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科学揭秘:大脑为什么在感知时间的时候有快有慢?

我们的时间感受,可能是基础经验与行为的结合体,但同时也体现为一种不稳定的主观判断。周边环境中的氛围、音乐、事件以及注意力转移都有可能加快或减慢时间的流逝。当观看屏幕上的图像时,我们发现“气愤脸”比“平静脸”更能拖慢时间、蜘蛛比蝴蝶更能拖慢时间、红色比蓝色更能拖慢时间。越是盯着看,水就越不会烧开。还有就是,“欢乐的时光总是过得特别快”。

在上个月的《自然神经科学》杂志上,以色列魏兹曼科学研究所的三位研究人员对于时间体验的延展与压缩提出了一系列重要的新见解。他们证明,时间感知与我们通过奖惩机制进行学习的过程存在着密切关联。而且,人们对于时间的感知,与对即将发生的事件所不断更新的预期同样息息相关。

哈佛大学认知神经科学家Sam Gershman表示,“每个人都知道「欢乐的时光总是过得特别快」,但其中的具体过程其实更加复杂:当你获得的欢乐比预期更多时,时间才会飞快地流逝。

科学揭秘:大脑为什么在感知时间的时候有快有慢?

学习时间

对大脑来说,“时间”绝不是简单的单一概念。大脑中的不同区域会依靠不同的神经机制跟踪时间的流逝,而我们的经验体系往往会在不同机制之间来回切换。

但数十年的研究表明,「神经递质多巴胺」在我们感知时间方面确实发挥着至关重要的作用。多巴胺会给我们对于时间段长短的判断发挥复杂的影响,甚至引发时间认知混淆。部分研究发现,多巴胺会加速动物体内的生物时钟,导致其低估实际经过的时长。也有一些人发现,多巴胺会压缩事件过程,令事件在感受上更短暂。还有部分研究者结合特定场景,意识到这两种影响可能同时存在。

多巴胺与时间感知之间的联系非常有趣,部分原因在于,这种神经递质本身向来以奖励与强化学习过程而闻名。举例来说,当我们收到意外的奖励(即所谓预测误差)时,这种化学物质会大量涌入,引导我们未来继续追求类似的感受。

多巴胺对于时间感知及学习过程如此重要,绝对不是偶然。甲基苯丙胺等药物及帕金森氏症等神经系统疾病往往会改变这两种过程,并影响到多巴胺的分泌。学习本身(即把行为与结果加以关联的过程)要求我们将不同事件联系起来。葡萄牙Champalimaud基金会神经科学家Joseph Paton表示,“事实证明,强化学习算法同样会将时间作为核心信息。”

但科学家们并不清楚,强化学习与时间知觉在大脑中的具体整合方式与处理位置。乔治·梅森大学心理学家Martin Wiener表示,“相反,在传统上人们总是把这两个领域彼此区分开来。没人提出过「如果强化学习与时间感知使用的是相同的神经递质系统,那么二者之间是如何相互影响的」这类问题。”

预测误差的力量

Ido Toren、Kristoffer Aberg与Rony Paz在《自然神经科学》的最新论文中全面探讨了这个问题。参与者们会在屏幕上看到两个闪烁的数字,通常是一个零接着下一个零。第二个数字显示的时长有所不同,而参与者需要报告哪个数字的持续时间更长。但有时候其中会随机出现一个正整数或负整数以取代第二个零:如果为正,则参与者会得到金钱奖励;如果为负,则扣除奖金。

对参与者而言,奖励机制与对持续时间的感知确实保持着统一性。当出乎预料的好事发生时(研究人员称其为「正面预测误差」),刺激的持续时间似乎变长了。而负面预测误差带来的反面刺激,则让这些经历显得较短。维拉诺瓦大学心理学家Matthew Matell表示,“这基本上证实了,我们对于结果的意外程度,确实会对时间感知造成系统性的偏差。”

研究小组还表明,这种模式确有定量性,即预测误差越大,时间感知层面的失真也就越严重。他们建立的强化学习模型能够预测每位受试者的实际表现,并对受试者大脑中参与运动学习及其他功能的核壳区域跟踪到了这一效应。

尽管需要进一步的实验才能确定其中的精确联动机制(以及多巴胺的作用),但这项研究至少给学习模型和时间感知模型带来了一些启发。巴甫洛夫实验中,流着口水的狗知道铃声代表食物,也知道食物就在眼前。但是,时间元素往往只被归结于强化学习模型的边缘位置——换言之,客观层面的时机往往能以变量形式明确存在,而此次新研究中强调的时间感知作为一类主观因素,却长期未得到应有的重视。

神经疲劳的秘密

主观因素的作用,应该得到人们的高度重视。如果人类在响应信号时会在时间感受方面发生延长或缩短,则这一切必然会给他们对于某些行动及结果间的联系产生影响,这反过来又会影响到建立关联的思维速度。加州理工学院前博士后研究员Bowen Fung指出,与预测误差相关的时间效应,证明“强化学习模型要想准确反映正在发生的事物,就必须参考更多额外特征。”

Mtaell解释道,“考虑到这两套系统的对接方式,相信其将给未来的建模工作或者对大脑工作机理的深刻分析带来新的挑战。Gershman和他的博士生John Mikhael一直在开发一种学习模型,希望引入这些元素,以自适应方式调整大脑中的时间流,以改善心理预测效果。”

但是,预测误差并不是塑造时间感知的唯一因素。上周发表在《神经科学杂志》上的一项研究表明,反复受到短暂刺激的受试者,往往会对间隔较长的两种信号的持续时间做出高估。根据研究人员们的介绍,这可能是因为持续时间较短的神经元对后续刺激的感知方式发生了重大变化。(同样的,在反复受到长期刺激之后,测试对象会对间隔较短的两种信号的持续时间有所低估。)

日本国立信息与通信技术研究所认知神经科学家Masamichi Hayashi表示,“通过改变刺激的表现背景,我们实际上可以操纵受试者对时间的感知结果。”在与加州大学伯克利分校的Richard Ivry进行合作研究之后,他们通过对大脑活动的扫描发现,右侧顶叶区域专门负责处理这种主观层面的时间感受。

Hayashi与Ivry所关注的大脑区域与时间感知机制虽然与以色列魏兹曼研究所的团队完全不同,但两项研究均观察到了类似的时间感知双向影响机制。这一方面说明,大脑中的计时机制是种分散且多样的过程。另外也表明,由于右侧顶叶确实与核壳有功能和解剖学意义上的联系,因此二者之间的相互作用可能会产生一种更加内聚的时间感。也许正是这些相互作用(或其他机制),构成了我们在时间体验层面的规则与计算基础;但在得出明确结论之前,科学家们决定仍然用老办法来核对时间——看表。

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