人類對時間的主觀體驗，與學(xué)習(xí)、預(yù)期落空和神經(jīng)疲勞有關(guān)。本文來自微信公眾號：神經(jīng)前研（ID：NeuroHub），編譯：Lemona，審校、編輯：阿莫東森，原文標(biāo)題：《流光易逝與度日如年：是什么改變了我們對時間的感知？》，頭圖來自：《星際穿越》劇照截圖

在我們的主觀經(jīng)驗中，時間并不是一成不變的：有時它會被“拉長”，讓我們感覺度日如年，有時卻會被“壓縮”，使人感慨時光飛逝。

人類所有體驗和行為或許都建立在時間感知的腳手架上。但這個腳手架并不穩(wěn)定，深受主觀意識的影響，像手風(fēng)琴一樣伸縮不定。周圍環(huán)境中的情感、音樂和時間，還有注意的轉(zhuǎn)移都能讓我們感受到時間的加速或減慢。在判斷屏幕上圖像出現(xiàn)的時長時，我們感覺憤怒的面孔會比中性的持續(xù)時間更久，蜘蛛比蝴蝶更久，紅色比藍色更久。有時候心急吃不了熱豆腐，而快樂的時光卻又總是短暫的。

時間感知與多巴胺

對于大腦來說，“時間”不是一個單一的概念。不同的腦區(qū)通過不同的神經(jīng)機制跟蹤時間的流逝，而控制我們時間體驗的機制似乎也會根據(jù)不同的情況而改變。

但是，通過幾十年的研究，人們發(fā)現(xiàn)，多巴胺（dopamine）這種神經(jīng)遞質(zhì)在時間感知中起到了重要作用——它以多種方式影響我們在特定時長內(nèi)感覺到的時間流逝。有些研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺會加快動物的生物鐘，導(dǎo)致它們高估時間的流逝。

但相反，也有人發(fā)現(xiàn)多巴胺會“壓縮”事件的時長。例如，來自葡萄牙查帕里馬德未知問題研究中心（Champalimaud Centre for the Unknown）的三位科學(xué)家2016年在《科學(xué)》發(fā)表了一項研究[i]。他們使用藥物遺傳學(xué)控制了小鼠中腦（midbrain）多巴胺的等級，發(fā)現(xiàn)短時間地刺激多巴胺神經(jīng)元足以讓小鼠感到時間過得更快，反之則更慢。

他們也證實了多巴胺對時間感知的重要性，包括：多巴胺神經(jīng)元讓小鼠能夠在每次測試中調(diào)整時間估計，而抑制多巴胺會降低小鼠對時間的行為敏感性，進一步說明多巴胺神經(jīng)元的活動反應(yīng)能直接控制時間判斷。不僅如此，更有研究證實這兩種影響都存在，具體程度取決于不同的環(huán)境設(shè)定。

時間感知與學(xué)習(xí)

為什么多巴胺與時間感知之間的聯(lián)系如此有趣？原因之一在于，多巴胺在獎勵與強化學(xué)習(xí)過程中的作用更為人所知。比如說，當(dāng)我們意外得到獎賞時，也就是出現(xiàn)預(yù)測誤差（prediction error）時，大腦中的多巴胺會突然增多，從而讓我們學(xué)會在未來繼續(xù)執(zhí)行同樣的行為，并再次獲得獎賞。

多巴胺對時間感知和學(xué)習(xí)過程都非常重要——這不是巧合。甲基苯丙胺（methamphetamine，中樞興奮藥）和帕金森等神經(jīng)疾病會同時影響兩者，并且都與多巴胺水平變化有關(guān)。學(xué)習(xí)本身——對于特定行為與其結(jié)果的關(guān)聯(lián)——就需要在時間上把事件聯(lián)系起來。查帕里馬德科研醫(yī)療中心的神經(jīng)科學(xué)家約瑟夫·派頓（Joseph Paton）*說：“強化學(xué)習(xí)算法的核心其實就是時間信息?！?/strong>（譯者注：派頓曾任西蒙斯全球腦合作項目（Simons Collaboration on the Global Brain）的研究員。西蒙斯基金（Simons Foundation）為該項目提供資金，同時也資助《Quanta》雜志。）

但知道多巴胺對學(xué)習(xí)和時間感知的共同影響還不夠。科學(xué)家們還需要搞清楚，強化學(xué)習(xí)和時間感知在大腦中到底是怎么整合的，又是在哪里發(fā)生整合的？喬治梅森大學(xué)的心理學(xué)家馬丁·維納（Martin Wiener）說，“這兩個領(lǐng)域在過去沒有什么交集。如果它們依賴于同一神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)，那為什么沒有人提出過強化學(xué)習(xí)與時間感知如何相互影響的問題？”

預(yù)測誤差的力量

“所有人都聽過‘快樂的時光總是短暫的’這個說法，”哈佛大學(xué)的認知神經(jīng)科學(xué)家薩姆·格什曼（Sam Gershman）說，“但是，這種體驗的全貌或許更加微妙：比預(yù)期更快樂的時光才是短暫的?！?/p>

2020年8月24日，在《自然-神經(jīng)科學(xué)》新發(fā)表的一篇論文[ii]中，以色列魏茨曼科學(xué)研究所（Weizmann Institute of Science）的伊多·托倫（Ido Toren）、克里斯托弗·阿伯格（Kristoffer Aberg）和羅尼·帕茲 （Rony Paz）進一步研究了強化學(xué)習(xí)與時間感知之間的關(guān)系，并解釋了彈性時間感知的原因。他們證明了以下兩點：

譯者注：操作性條件反射（operant conditioning）：又稱工具性條件反射（instrumental conditioning），一種通過獎勵和懲罰進行學(xué)習(xí)的機制。學(xué)習(xí)一般指將特定的行為與特定的結(jié)果聯(lián)系在一起。

實驗中，被試會看到兩個數(shù)字（大部分情況下是兩個“0”）在屏幕上閃現(xiàn)，而第二個數(shù)字會持續(xù)不同的時長；隨后被試需要報告哪個數(shù)字出現(xiàn)的時間更長。但是有時，第二個“0”會隨機被正或負的整數(shù)取代：如果是正整數(shù)，被試就能得到金錢的獎勵；如果是負整數(shù)，被試就會被“罰款”。

結(jié)果表明，被試的時間感知有規(guī)律地向正負數(shù)帶來的后果看齊。有意外驚喜時，也就是當(dāng)“正向預(yù)測誤差”（positive prediction error）出現(xiàn)時，他們感覺數(shù)字出現(xiàn)的時間更久，而討厭的負向預(yù)測誤差（negative prediction error）讓刺激看似更短暫。正如維拉諾瓦大學(xué)的心理學(xué)家馬修·馬爹利（Matthew Matell）作出的總結(jié)所言，“我們對結(jié)果的驚訝程度會系統(tǒng)地影響時間感知”，并且這種影響與預(yù)測誤差的大小有關(guān)：預(yù)測誤差越大，時間感知的扭曲越嚴重。

但是等等，如果我們再次回想“快樂的時光總是短暫的”——那為什么在這個實驗中，驚喜反而看似持續(xù)更久？雖然托倫和同事們證明了預(yù)測誤差強度與時間感知的影響，他們獲得的有關(guān)預(yù)測誤差正負的結(jié)果卻與主流結(jié)論和普遍的常識背道而馳。

所以，主觀的影響和時間感知到底有什么關(guān)系？如果不同的信號會讓我們拉伸或壓縮時間體驗，那么它們或許也會影響我們感知中特定行為和結(jié)果之間的遠近，從而影響我們學(xué)習(xí)這些行為和結(jié)果之間聯(lián)系的速度。前加州理工學(xué)院的博士后博文·馮（Bowen Fung）*認為，如果要讓強化學(xué)習(xí)模型更加準確，它們需要滿足一個額外的變量，也就是預(yù)測錯誤對時間感知的影響。（譯者注：博文·馮現(xiàn)在就職于澳大利亞一家名為“行為洞察團隊”（Behavioral Insights Team）的公司。）

馬爹利說：“對于未來想要建造模型，或者嘗試更好地理解大腦的人來說，他們面臨著一個新的挑戰(zhàn)：他們需要考慮這兩個系統(tǒng)是如何相互影響的。”格什曼和他的博士學(xué)生約翰·米哈爾（John Mikhael）正在開發(fā)一種包含這些概念的學(xué)習(xí)模型。在這個模型中，適應(yīng)性地調(diào)整腦內(nèi)的時間流逝可以提高心理預(yù)測的準確度。

神經(jīng)疲勞的作用

但是，預(yù)測誤差不是影響時間感知的唯一因素。2020年9月底，《神經(jīng)科學(xué)雜志》發(fā)表了一項研究[iii]，由日本情報通信研究機構(gòu)（National Institute of Information and Communications Technology）的認知神經(jīng)科學(xué)家林正道（Masamichi Hayashi）和加州大學(xué)伯克利分校的理查德·伊夫里（Richard Ivry）合作完成。

在他們的實驗中，被試會接觸重復(fù)而持續(xù)時間很短的刺激，每次刺激之間有不同時長的間隔；結(jié)果表明，重復(fù)的短時刺激會讓被試高估時間相對更長的間隔。他們認為，這很有可能是因為負責(zé)對更短時長的刺激做出反應(yīng)的神經(jīng)元逐漸變得疲勞，從而放大了對長時長敏感的神經(jīng)元的影響，改變了被試對后續(xù)刺激的感知（同樣的，重復(fù)接觸長時刺激后，被試會低估更短的間隔的時長）。

林說：“通過改變呈現(xiàn)刺激的背景環(huán)境，我們其實就可以操縱被試對這些時間段的感知?！?/p>

值得注意的是，林和伊夫里與魏茨曼的科學(xué)家們主要研究的腦區(qū)和機制完全不同：前者實驗的腦掃描揭示，預(yù)測誤差和時間感知的聯(lián)系來源于殼核（putamen）——一個負責(zé)運動學(xué)習(xí)和其他功能的結(jié)構(gòu)，它組成了基底神經(jīng)節(jié)（basal ganglia）的一部分；后者卻發(fā)現(xiàn)右頂葉（right parietal lobe）中的一個區(qū)域掌管我們對時間的主觀體驗。盡管如此，他們卻都發(fā)現(xiàn)了與時間感知互相影響的相似機制。誠然，這說明了大腦中計時過程的分散與多元化程度。

但林說，右頂葉的確與殼核有功能與結(jié)構(gòu)上的關(guān)聯(lián)，所以兩者之間的相互作用或許一起塑造了更加整體的時間感知。因此，想要知道時間體驗背后的過程與算法，只需要了解到底是什么讓這些（和其他）相互作用得以發(fā)生。但在它們被查明之前，科學(xué)家們或許只能期待地不?？幢砹恕粌H是手上的表，還有大腦中的。

參考文獻：

[i] Soares, S., Atallah, B. V, & Paton, J. J. (2016). Midbrain dopamine neurons control judgment of time. Science,354(6317), 1273 LP – 1277. https://doi.org/10.1126/science.aah5234

[ii] Toren, I., Aberg, K. C., & Paz, R. (2020). Prediction errors bidirectionally bias time perception. Nature Neuroscience, 23(10), 1198–1202. https://doi.org/10.1038/s41593-020-0698-3

[iii] Hayashi, M. J., & Ivry, R. B. (2020). Duration-selectivity in right parietal cortex reflects the subjective experience of time. The Journal of Neuroscience, 40(40), JN-RM-0078-20. https://doi.org/10.1523/jneurosci.0078-20.2020

文章參考自Quanta Magazine，已按其要求對全文做摘錄：原文：https://www.quantamagazine.org/reasons-revealed-for-the-brains-elastic-sense-of-time-20200924/本文來自微信公眾號：神經(jīng)前研（ID：NeuroHub），編譯：Lemona，審校、編輯：阿莫東森