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大脑对时间感的弹性认知

2020 / 09 / 27新浪科技
Tags 大脑

9月27日消息,根据我们的主观经验,时间会有长和有短。最近的一项研究,解释了其中的原因。

我们的时间感也许是我们所有经验和行为的基础,然而这却是一种不稳定又主观的感觉,会像手风琴一样膨胀和收缩。情绪、音乐、周围环境中的事件以及注意力的转移,都会加速或放缓我们的时间感。当我们看到屏幕上的图片时,我们会觉得愤怒的脸存在时间比无表情的脸更长,蜘蛛的存在时间比蝴蝶的更长,红色的比蓝色的更长。眼看着锅里煮水,水好像怎么都不沸腾;而开心的时候,时间又过得飞快。

上个月在《自然神经科学》杂志上,以色列魏茨曼科学研究所的三位研究人员对影响我们时间感的因素提出了一些重要的新见解。他们发现,有证据表明,时间感与帮助我们通过奖励和惩罚进行学习的机制之间,存在联系。他们还证明,对时间的感知,与我们大脑对下一个将发生事情的不断更新的期望息息相关。

“大家都知道,‘开心的时候,时间过得飞快’,”未参与这项研究的哈佛大学认知神经科学家萨姆·格什曼说,“但背后真实的原因可能是这样的:当你收获比预期更多的快乐时,时光飞逝。”

学习时间

“时间”对大脑而言并不仅仅意味着一件事。不同的大脑区域依靠不同的神经机制来追踪时间的流逝,而支配我们经验的机制似乎会从这一种情况变成下一种情况。

但是数十年的研究表明,神经递质多巴胺在我们如何感知时间这方面有着至关重要的作用。多巴胺对我们在给定时间段内感知已经流逝的时间,有无数影响,而这些影响可能会引起混淆。有些研究发现,多巴胺的增加会加速动物的内部时钟,从而导致动物高估时间的流逝;其他研究则发现多巴胺会压缩事件,使事件看起来更短暂;还有的研究认为,根据具体情况,两种影响都存在。

多巴胺与时间感之间的联系十分有趣,部分原因在于该神经递质以其在奖励和强化学习过程中的功能而闻名。比如,当我们收获意外的奖励时——也就是出现预测误差时,我们会感受到多巴胺的涌入,这会告诉我们未来继续保持这样的行为。

多巴胺对时间感和学习过程是如此之重要,这绝非偶然。甲基苯丙胺等药物,以及帕金森氏症等神经系统疾病,会改变这两个过程,也会改变多巴胺。而学习本身——行为与行为结果的关联——需要及时地将一件事与另一件事联系起来。

但是科学家仍没有弄清楚强化学习和时间感在大脑中究竟是如何结合以及又在哪里结合的。相反,“这两个领域传统上是完全独立的,”乔治梅森大学的心理学家马丁·魏纳说,“如果这两个领域使用的是相同的神经递质系统的话,也并没有人问,’强化学习如何影响计时’,或反过来‘时间如何影响强化学习’。”

预测误差的力量

这篇发表于《自然神经科学》杂志的论文作者为艾多·托伦、克里斯托弗·阿伯格和罗尼·帕兹。研究参与者会在屏幕上看到两个数字闪烁,通常是一个零接着一个零。第二个数字展示的时间长短不一。参与者需要回答,哪个数字持续时间更长。但有时候,第一个零之后,屏幕上也会随机出现一个正整数或负整数,而不是又一个零:如果是正整数的话,参与者会得到现金奖励,如果是负整数的话,现金就会被收走以作为惩罚。

对于参与者而言,后果与对第二刺激持续时间的感知变化一致。当未预期但积极的事情发生时——研究人员称其为“正预测误差”,刺激持续时间似乎更长。负预测误差带来的令人不快的意外会使得经历显得更短暂。“基本上就是说,我们对结果的惊讶程度会系统地影响我们对时间的感知,”维拉诺瓦大学的心理学家马修·马特尔说。

研究团队证明,这种模式是定量的,预测误差越大,感知的时间失真度越高。他们创建的强化学习模型可以预测每个参与者在任务中的表现。研究参与者的脑部扫描也在被称为核壳的区域跟踪到这种效果。核壳区域涉及运动学习和其他功能。

尽管需要进一步的实验才能确定现有的精确机制(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。巴甫洛夫的流着口水的狗知道铃铛代表食物,也知道食物就在眼前。但是,该时间成分通常已降级到强化学习模型的外围。奖励的客观时机通常被整合为变量,但新研究中强调的时间感知的主观方面却未参与其中。

神经疲劳的作用

现在是时候加入一些主观性的因素了。如果人类根据信号延长或缩短他们的时间体验,那么这也可能会改变他们对某些特定行动和结果远近的感知——这反过来可能会影响认识到这种关联性的速度。与预测误差相关的时间影响也提供了“准确代表当下所发生事情的强化学习模型所必须满足的一个额外特征,”加州理工学院前博士后研究员鲍恩·冯说。

“对未来的建模人员或试图加深对大脑理解的人员而言,在研究中把这两个系统的相互作用也考虑在内是有难度的,”马特尔说。格什曼和他的博士学生约翰·米哈伊尔一直在尝试开发一个可以融合这些思想的学习模型,在该模型中,心理预期可以通过自适应地调节大脑中的时间流来得到改善。

但是预测误差并非塑造我们时间感的唯一因素。以上周发表于《神经科学》杂志上的一项研究为例:反复受到短暂刺激的参与者,在遇到稍微延长一点点的时间间隔时,往往会倾向于高估这段时长。根据研究人员的说法,这可能是因为对较短持续时间做出反应的神经元感到疲倦了,从而对调节到长持续时间的神经元如何感知后续刺激带来更大影响。(同样地,在反复受到长刺激后,参与者也会低估间隔稍变短的持续时间。)

日本情报通信研究机构的认知神经科学家林正道说:“通过改变刺激表现的背景,我们实际上可以操纵参与者感知持续时间的方式。”对大脑活动的扫描图片显示,右侧顶叶区域负责这种主观的时间感。

林正道的研究关注的大脑区域和机制与魏茨曼科学研究所科学家们的关注点不同,但两项研究均观察到对时间感知的类似双向影响。一方面,这说明大脑中的计时过程非常分散和多样。但林正道也说,右侧顶叶确实与核壳有功能和解剖上的联系,所以两者之间的相互作用可能会产生一种更内聚的时间感。使这些相互作用(或其他)成为可能的广泛规则和计算或许是构成我们时间体验的基础,但在确定之前,科学家们仍只能看着时钟,感受时间的流逝。