開心時，時間過得快，而有時，時間過得很慢，科學家找到原因了

我們的時間感可能是我們所有經驗和行為的基礎，但這是一種不穩定和主觀的感覺，像手風琴一樣膨脹和收縮。周圍環境中的情緒、音樂、事件以及注意力轉移都可以為我們加快時間或減慢時間。當在屏幕上顯示圖像時，我們感知到憤怒的臉比中性的臉持續時間長，蜘蛛的持續時間比蝴蝶的持續時間長，紅色的持續時間比藍色的時間長。盯著看的鍋永遠不會沸騰，當我們玩得開心時時光會飛逝。

上個月在《自然神經科學》雜誌上，以色列魏茲曼科學研究所的三位研究人員對延展和壓縮我們的時間體驗提出了一些重要的新見解。他們發現了時間知覺與幫助我們通過獎賞和懲罰學習的機制之間長期存在聯繫的證據。他們還證明，對時間的感知與我們對下一個會發生的事情不斷更新的期望息息相關。

「每個人都知道，'開心時光會飛逝。'」 哈佛大學的認知神經科學家薩姆·格什曼說，「但是整個故事可能會更加細微：當您獲得比預期更多的樂趣時，時光會飛逝。」

了解時間

「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其通過，而支配我們經驗的機制似乎會從一種情況變為另一種情況。

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方面起著至關重要的作用。多巴胺對我們認為在給定時間段內經過的時間有眾多影響，這些影響可能會引起混淆。一些研究發現，多巴胺的增加會加速動物的內部時鐘，導致其高估時間的流逝。其他人發現多巴胺會事件時間壓縮，使事件看起來更短暫。還有一些人根據事件的發展會產生兩種時間感知效應。

多巴胺與時間感知的聯繫很有趣，部分原因是神經遞質以其在獎勵和強化學習過程中的功能而聞名。舉例來說，當我們收到意外的獎勵（即所謂的預測錯誤）時，我們會遭受到化學物質的湧入，這會告訴我們將來繼續追求這種行為。

多巴胺對於時間感知和學習過程是如此重要，這絕非偶然。甲基苯丙胺等藥物和帕金森氏症等神經系統疾病會改變這兩個過程，並會改變多巴胺。學習本身——行為與行為結果的關聯——需要及時將一個事件與另一個事件聯繫起來。「確實，強化學習算法的核心是時間信息，」葡萄牙尚帕裡莫（Champalimaud）基金會的神經科學家約瑟夫·帕頓（Joseph Paton）說。[帕頓曾是西蒙斯基金會（Simons Foundation）資助的西蒙斯全球大腦協作研究人員，該基金會也資助了《量子》雜誌。]

但是科學家還沒有弄清楚強化學習和時間感知在大腦中的整合方式和位置。「相反，這兩個領域傳統上是完全分開的。」喬治·梅森大學的心理學家馬丁·維納說，「沒有人問過『如果強化學習都使用相同的神經遞質系統，強化學習將如何影響時間，反之亦然？『」

預測誤差的力量

由伊多·託倫（Ido Toren），克里斯多福·阿伯格（Kristoffer Aberg）和羅尼·帕茲（Rony Paz）撰寫的新的《自然神經科學》論文對這一問題進行了更仔細的研究。研究參與者看到兩個數字在屏幕上閃爍，通常是一個零，然後是另一個零。第二個數字顯示的時間不同，參與者必須報告哪個數字持續時間更長。但是有時會隨機出現一個正整數或負整數，而不是第二個零：如果為正，則參與者會得到金錢的獎勵，但如果為負，則金錢會被扣除。

對於參與者而言，後果與第二刺激的感知持續時間的變化一致。當某事出乎預料但發生了好事時（研究人員稱之為「正預測錯誤」），刺激似乎持續了更長的時間。負面的預測錯誤帶來的令人不快的驚喜使這些經歷顯得更短。維拉諾瓦大學心理學家馬修·馬特爾（Matthew Matell）表示：「這基本上告訴我們，我們對時間的看法會因我們對結果的驚訝程度而有系統地產生偏差。」

研究小組表明，這種模式是定量的，預測誤差越大，感知時間失真越大。他們建立的強化學習模型能夠預測每個受試者在任務上的表現。對研究參與者的大腦掃描在稱為核殼的區域中追蹤了這種效應，該區域參與了運動學習和其他功能。

儘管需要進一步的實驗來確定手頭的精確機制（以及多巴胺的作用），但這項研究對學習和時間感知的模型都有啟示。帕夫洛夫（Pavlov）的狗知道鈴鐺代表食物，而且食物會以某種方式滋味——而且食物也迫在眉睫。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作為變量納入，但新作品強調的時間感知的主觀方面卻沒有。

神經疲勞的作用

現在可能是時候開始包含一些主觀性了。如果人類響應信號而延長或收縮時間體驗，這也可能會改變他們對某些行動和結果之間的距離的看法，這反過來可能會影響學會這些關聯的速度。加州理工學院前博士後研究員鮑文峰（Bowen Fung）說，與預測錯誤有關的時間效應還提供了「強化學習模型要想準確反映正在發生的事情，必須具備的額外特徵」。

馬特爾說：「考慮到這兩個系統的接口方式，它將對未來的建模者或試圖加深對大腦的理解的人員提出挑戰。」格什曼和他的博士生約翰·米哈伊爾（John Mikhael）一直在開發一種學習模型，其中包含了這些思想，通過自適應地調整大腦中的時間流來改善心理預測。

但是預測誤差並不是塑造我們對時間的感知的唯一因素。上周發表在《神經科學雜誌》上的一項研究表明：反覆受到短暫刺激的參與者往往高估了稍長時間間隔的持續時間。根據研究人員的說法，這可能是因為對較短持續時間作出反應的神經元變得疲倦，從而使調諧至較長持續時間的神經元對後續刺激的感知方式產生更大的影響。 （同樣，在反覆受到長期刺激後，測試對象低估了間隔時間稍短的持續時間。）

日本國立信息與通信技術研究所的認知神經科學家Masamichi Hayashi說：「通過改變刺激表現的背景，我們實際上可以操縱參與者如何感知這些持續時間。」他與加州伯克利大學分校的理察·伊夫裡（Richard Ivry）進行了這項研究。對大腦活動的掃描表明，右側頂葉區域負責這種主觀的時間體驗。

Hayashi、伊夫裡與魏茨曼（Weizmann）科學研究所的科學家專注於完全不同的大腦區域和機制，但兩項研究均觀察到了對時間感知的類似雙向影響。一方面，這說明了大腦中的計時過程是多麼分散和多樣。Hayashi說，但是正確的頂葉確實與核殼有功能和解剖上的聯繫，所以也許兩者的相互作用產生了對時間更內聚的感知。無論廣泛的規則和計算如何使這些（以及其他）交互作用成為可能，這可能是我們在時間上的經驗的基礎，但是在確定時間之前，科學家只能在預期的情況下觀看時鐘。