揭示大腦彈性時間感的原因

　　根據我們的主觀經驗，時間會有長和有短。最近的一項研究，解釋了其中的原因。

　　我們的時間感也許是我們所有經驗和行為的基礎，然而這卻是一種不穩定又主觀的感覺，會像手風琴一樣膨脹和收縮。情緒、音樂、周圍環境中的事件以及注意力的轉移，都會加速或放緩我們的時間感。當我們看到屏幕上的圖片時，我們會覺得憤怒的臉存在時間比無表情的臉更長，蜘蛛的存在時間比蝴蝶的更長，紅色的比藍色的更長。眼看著鍋裡煮水，水好像怎麼都不沸騰；而開心的時候，時間又過得飛快。

　　上個月在《自然神經科學》雜誌上，以色列魏茨曼科學研究所的三位研究人員對影響我們時間感的因素提出了一些重要的新見解。他們發現，有證據表明，時間感與幫助我們通過獎勵和懲罰進行學習的機制之間，存在聯繫。他們還證明，對時間的感知，與我們大腦對下一個將發生事情的不斷更新的期望息息相關。

　　「大家都知道，『開心的時候，時間過得飛快』，」未參與這項研究的哈佛大學認知神經科學家薩姆·格什曼說，「但背後真實的原因可能是這樣的：當你收穫比預期更多的快樂時，時光飛逝。」

　　學習時間

　　「時間」對大腦而言並不僅僅意味著一件事。不同的大腦區域依靠不同的神經機制來追蹤時間的流逝，而支配我們經驗的機制似乎會從這一種情況變成下一種情況。

　　但是數十年的研究表明，神經遞質多巴胺在我們如何感知時間這方面有著至關重要的作用。多巴胺對我們在給定時間段內感知已經流逝的時間，有無數影響，而這些影響可能會引起混淆。有些研究發現，多巴胺的增加會加速動物的內部時鐘，從而導致動物高估時間的流逝；其他研究則發現多巴胺會壓縮事件，使事件看起來更短暫；還有的研究認為，根據具體情況，兩種影響都存在。

　　多巴胺與時間感之間的聯繫十分有趣，部分原因在於該神經遞質以其在獎勵和強化學習過程中的功能而聞名。比如，當我們收穫意外的獎勵時——也就是出現預測誤差時，我們會感受到多巴胺的湧入，這會告訴我們未來繼續保持這樣的行為。

　　多巴胺對時間感和學習過程是如此之重要，這絕非偶然。甲基苯丙胺等藥物，以及帕金森氏症等神經系統疾病，會改變這兩個過程，也會改變多巴胺。而學習本身——行為與行為結果的關聯——需要及時地將一件事與另一件事聯繫起來。

　　但是科學家仍沒有弄清楚強化學習和時間感在大腦中究竟是如何結合以及又在哪裡結合的。相反，「這兩個領域傳統上是完全獨立的，」喬治梅森大學的心理學家馬丁·魏納說，「如果這兩個領域使用的是相同的神經遞質系統的話，也並沒有人問，』強化學習如何影響計時』，或反過來『時間如何影響強化學習』。」

　　預測誤差的力量

　　這篇發表於《自然神經科學》雜誌的論文作者為艾多·託倫、克里斯多福·阿伯格和羅尼·帕茲。研究參與者會在屏幕上看到兩個數字閃爍，通常是一個零接著一個零。第二個數字展示的時間長短不一。參與者需要回答，哪個數字持續時間更長。但有時候，第一個零之後，屏幕上也會隨機出現一個正整數或負整數，而不是又一個零：如果是正整數的話，參與者會得到現金獎勵，如果是負整數的話，現金就會被收走以作為懲罰。

　　對於參與者而言，後果與對第二刺激持續時間的感知變化一致。當未預期但積極的事情發生時——研究人員稱其為「正預測誤差」，刺激持續時間似乎更長。負預測誤差帶來的令人不快的意外會使得經歷顯得更短暫。「基本上就是說，我們對結果的驚訝程度會系統地影響我們對時間的感知，」維拉諾瓦大學的心理學家馬修·馬特爾說。

　　研究團隊證明，這種模式是定量的，預測誤差越大，感知的時間失真度越高。他們創建的強化學習模型可以預測每個參與者在任務中的表現。研究參與者的腦部掃描也在被稱為核殼的區域跟蹤到這種效果。核殼區域涉及運動學習和其他功能。

　　儘管需要進一步的實驗才能確定現有的精確機制（以及多巴胺的作用），但這項研究至少給學習模型和時間感知模型帶來了一些啟發。巴甫洛夫的流著口水的狗知道鈴鐺代表食物，也知道食物就在眼前。但是，該時間成分通常已降級到強化學習模型的外圍。獎勵的客觀時機通常被整合為變量，但新研究中強調的時間感知的主觀方面卻未參與其中。

　　神經疲勞的作用

　　現在是時候加入一些主觀性的因素了。如果人類根據信號延長或縮短他們的時間體驗，那麼這也可能會改變他們對某些特定行動和結果遠近的感知——這反過來可能會影響認識到這種關聯性的速度。與預測誤差相關的時間影響也提供了「準確代表當下所發生事情的強化學習模型所必須滿足的一個額外特徵，」加州理工學院前博士後研究員鮑恩·馮說。

　　「對未來的建模人員或試圖加深對大腦理解的人員而言，在研究中把這兩個系統的相互作用也考慮在內是有難度的，」馬特爾說。格什曼和他的博士學生約翰·米哈伊爾一直在嘗試開發一個可以融合這些思想的學習模型，在該模型中，心理預期可以通過自適應地調節大腦中的時間流來得到改善。

　　但是預測誤差並非塑造我們時間感的唯一因素。以上周發表於《神經科學》雜誌上的一項研究為例：反覆受到短暫刺激的參與者，在遇到稍微延長一點點的時間間隔時，往往會傾向於高估這段時長。根據研究人員的說法，這可能是因為對較短持續時間做出反應的神經元感到疲倦了，從而對調節到長持續時間的神經元如何感知後續刺激帶來更大影響。（同樣地，在反覆受到長刺激後，參與者也會低估間隔稍變短的持續時間。）

　　日本情報通信研究機構的認知神經科學家林正道說：「通過改變刺激表現的背景，我們實際上可以操縱參與者感知持續時間的方式。」對大腦活動的掃描圖片顯示，右側頂葉區域負責這種主觀的時間感。

　　林正道的研究關注的大腦區域和機制與魏茨曼科學研究所科學家們的關注點不同，但兩項研究均觀察到對時間感知的類似雙向影響。一方面，這說明大腦中的計時過程非常分散和多樣。但林正道也說，右側頂葉確實與核殼有功能和解剖上的聯繫，所以兩者之間的相互作用可能會產生一種更內聚的時間感。使這些相互作用（或其他）成為可能的廣泛規則和計算或許是構成我們時間體驗的基礎，但在確定之前，科學家們仍只能看著時鐘，感受時間的流逝。（勻琳）