Giving centre stage to top-down inhibitory mechanisms for selective attention

Abstract

Selective attention determines the sensory signals that are processed at higher levels at the expense of others and is biased by higher-order brain regions which anticipate task-relevant stimuli and increase neural sensitivity to them in the sensory cortex. Often, this is thought to occur through excitation of selected neurons, but some studies have suggested that it is not the full description of the process. Increasingly, evidence has pointed to an alternative, top-down inhibitory biasing mechanism. Here, we investigated such an inhibitory model of attention. We first showed how sensitivity to stimulus features known to be task-irrelevant are reduced through top-down suppression. Secondly, we demonstrated a biologically grounded spiking model’s ability to modulate information processing and benchmarked it to physiology. Lastly, we explored the interaction between the excitatory and inhibitory models of top-down attention in a foraging agent. Our results support the inhibitory model of top-down attention as a biological attentional mechanism and show how it fits into the current zeitgeist of top-down attentional mechanisms.

L’atenció selectiva determina els senyals sensorials que es processen a nivells superiors a costa dels altres. Està esbiaixada per regions cerebrals d’ordre superior que anticipen estímuls rellevants per a la tasca i augmenten la sensibilitat neuronal a l’escorça sensorial. Sovint, es creu que això es produeix mitjançant l'excitació de neurones seleccionades, però alguns estudis han suggerit que no és la descripció completa del procés. Cada vegada més, l’evidència apunta cap a un mecanisme alternatiu de polarització inhibitiva de dalt a baix. Aquí hem investigat, aleshores, un model d’atenció inhibitori. Primer, vam demostrar com es redueix la sensibilitat a les funcions d’estímul irrellevants per tasques mitjançant la supressió de dalt a baix. En segon lloc, vam demostrar la capacitat d’un model d’espiga basat en la biologia per modular el processament de la informació i l’hem comparat amb la fisiologia. Per últim, hem explorat la interacció entre els models excitadors i inhibidors d’atenció de dalt a baix en un agent de cerca d’aliments. Els nostres resultats donen suport al model inhibitori de l’atenció de dalt a baix com a mecanisme d’atenció biològica i mostren com s’adapta al ‘zeitgeist’ actual dels mecanismes d’atenció de dalt a baix.