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人类和其他动物一样,非常善于记录时间的流逝,我们的身体和大脑所做的几乎所有事情都需要精确的发条 — 精确到毫秒。如果没有敏锐的时间感,人们将陷入毫无意义的混乱,无法移动、交谈、记忆或学习。
深入地理解大脑的计时器是如何工作的,有助于我们认识到:大脑是如何构建自己的现实的。一些研究表明,大脑有时会挤压、膨胀或扭曲时间。微妙的时间偏差与情绪、注意力、药物和精神分裂症等疾病有关。可见,大脑对时间的感知并不只是一种主观感受,它特定的运作规律与我们的身体息息相关。
大脑的计时并不总是像节拍器那样可靠。大多数人都亲身经历过这种现象。高冲击性的体验会减缓人对时间的感知,使世界陷入慢动作。一辆失控的汽车冲向中央隔离带,或者一名跳伞运动员向地面坠落,都会导致时间明显延长,使比赛看起来比实际时间更长。
即使面对的不是具有威胁生命的冲击性时间,当事人的时间感也可以延长。研究发现,仅仅经过10分钟的冥想,人们似乎感觉时间比客观上持续的时间更长。此外,情绪和温度也可以延长或缩短时间。例如,看着愤怒的脸或吓人的蜘蛛会让人觉得时间变慢了;在炎热的房间里跑步会让人感觉到时间流逝的减缓等。
致幻蘑菇和可卡因、LSD等药物以及某些药物也会扭曲大脑的时间感。患有注意力缺陷/多动障碍的儿童很难区分两种时间长度。帕金森氏病会出现计时问题。甚至于在症状出现之前,亨廷顿氏病患者在估算经过的时间方面就存在缺陷。脑损伤也可以扭曲人的时间感,尽管这种影响几乎总是微妙的-对于患者来说甚至没有注意到。
如此多的疾病、伤害、药物甚至身体状态都会影响时间感知,这一事实有力地证明大脑中的计时不是一个整体。
许多研究人员认为,大脑的大部分(如果不是全部的话)可能在某种程度上具有感知和响应时间的能力。大脑所做的几乎每件事都有自己的时间长度。科学家在《神经科学杂志》上报道,即使在培养皿中,神经细胞或神经元也能检测到时间信息并对其作出反应。
研究表明,当一个人被要求估计某一特定的持续时间(左)时,大脑的几个区域会处理外显时间的各个方面。其他领域涉及到隐式计时——在没有直接要求的情况下对事件持续时间进行计时预测。
新加坡神经科学家安东尼乌斯·范东根及其同事发现,从大鼠大脑皮层(大脑的外层)取出的神经细胞会对音乐的节奏做出复杂的反应。在对神经细胞网络进行基因工程以响应蓝光后,研究小组用“音乐”来重新调节这些细胞,音乐是根据歌曲的节奏和音符精心计时的光模式。当“听到”这些歌曲时,细胞的电反应通常可以确定在任何特定时刻播放的是拉格泰姆音乐还是古典音乐。随着时间的流逝,这些细胞针对音乐做出的节奏反应变得更好,这暗示着它们可以将节奏信息的记忆保持大约6秒钟。这些结果表明时间处理是大脑的基础。
当然,神经细胞通常不会生活在实验室的培养皿中。这些细胞位于大脑中复杂多样的网络中。对人脑扫描的研究也揭示了大脑如何处理时间各个方面的线索,结果表明大脑皮层、基底神经节和小脑都参与到时间的处理中。
杜克大学的神经科学家Tobias Overath及其同事设计了“声音被子”,一种将30到960毫秒的短片段拼接在一起的长串语音。脑部扫描显示,随着声音块变长,颞上沟变得更加活跃。这一发现是一个很好的例子,说明了当大脑将不同的声音合并成有意义的单词时,它是如何使用精确的时间信息的。
Overath说,目前尚不清楚颞上沟中的单个神经元是如何跟踪延长的声音的。大脑扫描方法,如杜克大学研究中使用的功能磁共振成像,没有检测单个神经细胞行为所需的分辨率。但对动物的研究可能会提供一些神经元如何保持时间的线索。 最近在老鼠身上进行的一项研究清楚地解释了一些细胞是如何计时的。老鼠被训练按下杠杆喝一口水。但是水只有在经过一定时间后才会出现。老鼠很快学会了在太早的时候不要浪费精力推杠杆,这一行为显示了它们的计时能力。
当老鼠在计时水的出现时,葡萄牙里斯本的神经科学们用电极偷听老鼠纹状体的神经元,纹状体是一个被认为对时间感知很重要的脑区。研究小组后续在《当代生物学》杂志上报道说,他们发现了在整个等待期内都能发出电信号的细胞。这些细胞持续记录着滴答作响的秒数。
更重要的是,许多细胞改变了它们的行为,即使在时间间隔变长的情况下,它们的序列也保持在正确的位置:例如,一个总是在12秒序列中间发射的细胞会随着等待增加而改变其行为,例如,在36秒序列的第二个18秒附近发射。
梅洛将这些细胞比作橡皮筋,橡皮筋可以膨胀和收缩以填满必要的时间。“你可以拉伸和压缩它,”他说。加州大学洛杉矶分校的神经科学家海伦·莫塔尼斯和迪安·布诺诺马诺在最近的一篇生物学社论中写道,研究结果表明“神经元编码的是相对时间”,而不是绝对时间。
大脑能够在时间上将不同的信号编织在一起,形成统一的体验,又称之为缓冲过程。某种类型的大脑缓冲区会在大约四分之一秒的时间内收集数据,并将其缝合成我们认为是“现在”的离散事件。新的研究表明,精神分裂症患者的这一过程出现了问题,他们经常把时间说成是一堆乱七八糟的东西。精神分裂症患者将他们的世界描述为一部分割的电影,他们必须重建电影的意义,因为时间对他们来说是不连续的。
根据van Wassenhove和她的同事的研究,当被要求做出有意识的时间判断时,精神分裂症患者比没有精神分裂症的人需要更长的时间内合并视觉和声音。健康的人在200毫秒的时间内有意识地将视觉和声音结合起来。对于精神分裂症患者来说,他们则需要约300或400毫秒。
目前,科学家们正在尝试操纵神经元的从而能够观察它们是否能在大脑中模拟时间感知。其他研究人员正在探索音乐节奏、事件时间顺序和心理时间旅行等概念,人们在这些概念中想象过去和未来。“针对所有这些方面的调整都是接近操控时间这个大概念的可能方式”。科学家们希望这些类型的实验将最终揭示大脑如何制造和保持自己的时间。
参考文献:
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