一、注意的生理機制
注意和其他心理現象一樣，是由神經系統不同層次、不同腦區的協同活動來完成的。從19世紀中葉以來，生理學家和心理學家們進行過多方面的研究，試圖揭示注意活動的復雜的神經機制。
(一)朝向反射
朝向反射(orientatingreflex)是由情境的新異性所弓|起的一種復雜而又特殊的反射。它是注意最初級的生理機制。
20世紀初，在巴甫洛夫的實驗室里曾經發生過這樣一件事:巴甫洛夫的一位助手用狗做實驗，使狗形成了對聲音的食物性條件反射。事后，請巴甫洛夫去實驗室參觀。
令人奇怪的是，每當巴甫洛夫在場的時候，實驗就不成功，實驗動物已經建立的條件反射明顯地被抑制了。經過仔細分析，巴甫洛夫認為，由于他在場，狗對新異刺激物(“陌生人")產生了一種特殊形式的反射，因而對已建立的條件反射產生了抑制作用。
巴甫洛夫把這種特殊的反射叫朝向反射。這是人和動物共同具有的一種反射。
朝向反射是由新異刺激物引起的。刺激物一旦失去新異性(習慣化)，朝向反射也就不會發生了。朝向反射又是一種非常復雜的反射。它包括身體的一系列的變化，如動物把感官朝向刺激物;正在進行的活動受到壓抑;四肢血管收縮，頭部血管舒張;心率變緩;出現緩慢的深呼吸;瞳孔擴散;腦電出現失同步現象等。
在朝向反射時出現的一系列身體變化，有助于提高動物感官的感受性，并能動員全身的能量資源以應付個體面臨的活動任務,如趨向活動的目標、逃離威脅個體生存的情境等。朝向反射的這種特殊作用，使它在人類和動物的生活中具有巨大的生物學意義。
(二)腦干網狀結構
腦干網狀結構是指從脊髓上端到丘腦之間的一種彌散性的神經網絡。網狀結構(eticular formation) 的神經細胞形狀很復雜，大小也不等，它們的軸突較長，側枝也較多。因此，一個神經元可以和周圍的許多神經元形成突觸;一處受到刺激就可以引起周圍細胞的廣泛的興奮。
研究發現，來自身體各部分的感覺信號，一部分沿感覺傳導通路(特異通路)，直接到達相應的皮層感覺區;另一部分通過感覺通路上的側枝先進人網狀結構，然后由網狀結構釋放一種沖擊性脈沖，投射到大腦皮層的廣大區域，從而使大腦產生一般性的興奮水平和覺醒水平，使皮層功能普遍得到增強。
網狀結構不傳遞環境中的特定信息，但它對維持大腦的一般性活動水平，保證大腦有效地加工特定的信號，具有重要的意義。
(三)邊緣系統和大腦皮層的功能
網狀結構的激活作用，使腦處于覺醒狀態。沒有由網狀結構引起的大腦活動的普遍激活，就不可能有注意。但是，覺醒并不等于注意，用網狀結構的激活作用不能充分解釋注意的選擇性。人選擇一些信息，而離開另一些信息，是和腦的更高級的部分一邊緣系統和大腦皮層的功能相聯系的。
邊緣系統(limbicsystem)是由邊緣葉、附近皮層和有關的皮層下組織構成的一個統一的功能系統。它既是調節皮層緊張性的結構，又是對新舊刺激物進行選擇的重要結構。一些研究表明，在邊緣系統中存在著大量的神經元，它們不對特殊通道的刺激作反應，而對刺激的每一變化作反應。因此，當環境中出現新異刺激時，這些細胞就會活動起來，而對已經習慣了的刺激不再進行反應。這些神經元也叫“注意神經元”。它們是對信息進行選擇的重要器官，是保證有機體實現精確選擇的行為方式的重要器官。這些組織的失調，將引起整個行為選擇的破壞。臨床觀察表明，這些部位的輕度損傷，將使患者出現高度分心的現象;這些部位嚴重損傷，將造成精神錯亂和虛構現象，意識的組織性與選擇性也會因此而消失。
產生注意的最高部位是大腦皮層。大腦皮層不僅對皮層下組織起調節、控制的作用，而且是主動地調節行動、對信息進行選擇的重要器官。對大腦額葉(frontal lobe)嚴重損傷的病人進行的臨床觀察表明，這種病人不能將注意集中在所接受的言語指令上，也不能抑制對任何附加刺激物的反應。這些病人在沒有干擾的條件下能做某些事情，但只要環境中出現任何新的刺激或存在任何干擾作用，如有外人走進病房或病房中有人在說話，他們就會停止原來進行的工作，把枧線轉向外來者或說話人的方向。由于注意高度分散,使他們無法完成有目的的行為。
人腦額葉直接參與由言語指示所引起的激活狀態。它通過與邊緣系統和網狀結構的下行聯系，不僅能夠維持網狀結構的緊張度，而且能夠對外周感受器產生抑制性的影響。額葉損傷的病人表現出對新異刺激和環境干擾的過分敏感，可能與額葉喪失了對皮下組織的抑制作用有關。
近些年來，事件相關電位(event related potential, ERP)技術、腦礅圖( magneti cencephalography, MEG)技術、正電子發射斷層掃描(PET) 和功能磁共振成像(FMRI)等新技術不斷應用于神經心理學研究。應用這些技術，人們對注意的神經機制及注意對大腦活動的影響進行了大量的實驗研究。一般說來，認知活動在大腦皮層都有相應的功能區或功能單元定位，如視覺活動通常定位在大腦枕葉(occipitallobe)部位，而聽覺活動則定位在顳葉(temporal lobe)區域。研究發現，當注意指向一定的認知活動時，可以改變相應的大腦功能區或神經功能單元(通常是由很多神經元組成的神經環路)的激活水平，從而對當前的認知活動產生影響。注意的這種作用可以通過三種方式來實現:①提高目標認知活動對應的神經功能單元的激活水平;②抑制目標周圍起干擾作用的神經功能單元的活動;③上面兩種方式的結合(LaBerge,1997)。來自PET和ERP的研究一致顯示，當注意巢中在某一認知活動時，其相應的神經功能單元的活動水平增加。
基于已有的研究發現，拉貝奇(LaBerge, 1997)提出對某一對象的注意需要三個腦區的協同活動，這三個腦區分別是:①認知對象或認知活動的大腦功能區(功能柱);②能提高腦的激活水平的丘腦神經元;③大腦前額葉的控制區，可以選擇某些腦區作為注意的對象，提高其激活水平,使激活維持一定的程度和時間。這三個腦區通過三角環路的形式結合起來，是產生注意現象的生理基礎。
二、注意的認知理論
(一)注意的選擇功能
從20世紀60年代以來，心理學家對注意的選擇功能進行了大量的研究，提出了一系列理論模型。這些理論解釋了注意的選擇作用的實質，以及人腦對信息的選擇究競發生在信息加工的哪個階段上。
1.過濾器理論
1958年，英國心理學家布羅德本特(Broadbent, 1958) 根據雙耳分聽的一系列實驗結果，提出了解釋注意的選擇作用的一種理論:過濾器理論(filter theory)。 布羅德本特認為:神經系統在加工信息的容量方面是有限度的，不可能對所有的感覺刺激進行加工。當信息通過各種感覺通道進入神經系統時，要先經過一個過濾機制。只有一部分信息可以通過這個機制，并接受進一步的加工;而其他的信息就被阻斷在它的外面，而完全喪失了。布羅德本特把這種過濾機制比喻為一個狹長的瓶口，當人們往瓶內灌水時，一部分水通過瓶頸進入瓶內，而另一部分水由于瓶頸狹小，通道容量有限，而留在瓶外了。這種理論有時也叫瓶頸理論或單通道理論。
2.衰減理論
過濾器理論得到了某些實驗事實的支持，但進一步研究發現，這種理論并不完善。
例如，在雙耳分聽的研究中，有研究發現來自非迫隨耳的信息仍然受到了加工(Gray,1960)。
基于日常生活觀察和實驗研究的結果，特瑞斯曼(Treisman, 1964) 提出衰減理論(attenuation thory)。衰減理論主張，當信息通過過濾裝置時，不被注意或非追隨的信息只是在強度上減弱了，而不是完全消失。特瑞斯曼指出，不同刺激的激活閾限是不同的。有些刺激對人有重要意義，如自己的名字、火警信號等，它們的激活閾限低，容易激活。當它們出現在非追隨的通道時，容易被人們所接受。
特瑞斯曼的理論與布羅德本特的理論對過濾裝置的具體作用有不同的看法，但兩種理論又有共同的地方:①兩種理論有相同的出發點，即主張人的信息加工系統的容量有限，因此，對外來的信息必須經過過濾或衰減裝置加以調節;②兩種理論都假定信息的選擇發生在對信息的充分加工之前。只有經過選擇以后的信息，才能受到進一步的加工、處理。
3.后期選擇理論
多伊奇等入(Deutschet, al., 1963) 提出了選擇性注意的另外一種觀點:后期選擇理論，后由諾曼(Normen 1968)加以完善。這種理論認為，所有輸入的信息在進入 過濾或衰減裝置之前已受到充分的分析，然后才進入過濾或衰減的裝置，因而對信息的選擇發生在加工后期的反應階段。后期選擇理論有時也叫完善加工理論、反應選擇理論或記憶選擇理論。
4.多階段選擇理論
過濾器理論、衰臧理論及后期選擇理論都假設，注意的選擇過程發生在信息加工的某個特定階段上，這意味著信息加工系統是非常刻板的。約翰斯頓等人(Johnston &Heinz，1978) 提出了一個較靈活的模型，認為選擇過程在不同的加上階段上都有可能發生。這就是多階段選擇理論。這一理論的兩個主要假設是:①在進行選擇之前的加工階段越多，所需要的認知加工資源就越多;②選擇發生的階段依賴于當前的任務要求。
多階段選擇理論看起來更有彈性，由于強調任務要求對選擇階段的影響，避免了過于絕對化的假設所帶來的難題。
(二)注意與認知資源分配
1.認知資源理論
上面介紹的幾種理論分別提出了不同的假設，試圖解釋注意對信息進行選擇的機制。這些理論都假設注意是一個容量有限的通道，認為進入感覺器官的刺激必須經過它，才能得到后續的加工。認知資源(cognitivecapacity)理論則從另外一個角度來理解注意，即注意是如何協調不同的認知任務或認知活動的。不同的認知活動對注意提出的要求不相同。例如，對一個熱練司機來說，開車是一件很容易的事，所以他可以毫無困難地一邊開車一邊和別人交談。但是當交通非常擁擠時，他必須小心翼翼地開車，這時他和別人的談話可能不得不停下來。認知資源理論認為，與其把注意看成一個容量有限的加工通道，不如看做一組對刺激進行歸類和識別的認知資源或認知能力。這些認知資源是有限的。對刺激的識別需要占用認知資源，當刺激越復雜或加工任務越復雜時，占用的認知資源就越多。當認知資源完全被占用時，新的刺激將得不到加上。
該理論還假設，輸入刺激本身并不能自動地占用資源，而是在認知系統內有一個機制負責資源的分配。這一機制是靈活的，可以受我們的控制，這樣我們可以把認知資源分配到重要的刺激上。
2.雙加工理論:自動化加工和意識控制加工在注意的認知資源理論的基礎上，謝夫林等人(Shiffrin & Schneider, 1977) 進一步提出了雙加工理論。該理論認為，人類的認知加工有兩類:自動化加工(automatic processing)和受意識控制的加工(ontrolled processing)。 其中自動化加工不受認知資源的限制，不需要注意，是自動化進行的。這些加工過程由適當的刺激引發，發生比較快，也不影響其他的加工過程。在習得或形成之后，其加工過程比較難改變。而意識控制的加工受認知資源的限制，需要注意的參與，可以隨環境的變化而不斷進行調整。
雙加工理論可以解釋很多注意的現象。我們通常能夠同時做好幾件事，如可以一邊騎自行車一邊欣賞路邊的風景，或是一邊看電視一邊織毛衣等。在同時進行的活動中,其中一項或多項已變成自動化的過程(如維持自行車平衡和織毛衣)，不需要個體再消耗認知資源，因此個體可以將注意集中在其他的認知過程上。
意識控制的加工在經過大量的練習后，有可能轉變為自動化加工。例如，初學一種動作技能(如騎自行車)時，需要全神貫注，注意力高度集中。當經過不斷練習，已經熟練掌握這一技能時，就不需要占用太多的注意了。
