假期过得飞快？可能是因为大脑没想到会这么爽…

同学们，寒假余额已不足，当然也有很多同学已经开学，玩得不亦乐乎的你是不是觉得时间过得飞快？实际上，这可能是大脑出现了预测误差，当你获得的正向刺激比预想的还多的话，就会觉得时间流逝速度增加了。

我们对时间的感觉可能是一切经验和行为的基础，但这种感觉却是一种不稳定的主观感受，甚至会像海绵一样膨胀或收缩。情绪、音乐、周围发生的事情以及注意力的转移，都会改变我们对时间的感觉，让我们觉得时间加快或变慢了。例如，比起面对没有表情的脸，我们会在看到愤怒的脸时会觉得时间变慢了，这种感觉差异同样存在于蝴蝶和蜘蛛，蓝色和红色的图像对比中。生活中也会存在一些类似的经历，比如越着急锅里的水就越烧不开，而愉快的时光却总是转眼即逝。

针对“是什么延长和压缩了我们对时间的感受”这一问题，以色列魏兹曼科学研究所的研究者Ido Toren，Kristoffer Aberg和Rony Paz在去年8月发表于《自然-神经科学》的研究中提出了一种新见解。长期以来便有观点认为，我们会通过奖赏和惩罚进行学习，而其背后的机制与时间感知存在联系。如今，这三位研究者发现了支持这种观点的证据。研究还发现，大脑会不断对未来将要发生之事进行预测和期望，正是这种行为决定了我们的时间感知。

哈佛大学的认知神经科学家Sam Gershman说：“每个人都知道‘快乐的时光总是短暂的’，但是这句话完整的说法可能会更加微妙——如果你比预期的要更快乐，那时光就是短暂的。”

时间与学习

对大脑而言，“时间”并不代表着一种事物。不同的脑区会依靠不同的神经机制来追踪时间，而支配时间感的神经机制会随着不同情形发生变化。

过去数十年的研究表明，多巴胺在我们感知时间的过程中起着至关重要的作用。多巴胺会对时间的感觉产生无数影响，这些影响甚至可能会互相矛盾，引起混淆。一些研究发现，多巴胺的增加会加速动物的生物钟，使得动物高估时间的流逝速度；也有研究发现，多巴胺会让大脑压缩事件经过，使时间看起来过得更快；还有研究发现这两种效应都存在，具体要取决于事件背景。

多巴胺与时间感知的联系确实会让研究人员觉得很有兴趣，部分原因是多巴胺在奖赏和强化学习中具有功能。举例来说，当我们收到意外的奖赏（即我们产生了预测误差）时，化学物质多巴胺便会涌入，这一奖赏信号会让我们继续保持此前的行为。

多巴胺对时间感知和学习过程同样重要，这绝非偶然，比如甲基苯丙胺（methamphetamine）等药物和帕金森病等神经系统疾病会改变这两个过程，同时也会改变多巴胺的分泌。

而学习本身就是一种行为与结果的关联过程，它需要及时将一个事件与另一个事件联系起来。“实际上，强化学习机制的核心就是时间信息，”神经科学家Joseph Paton如此说道。

然而，科学家还没有弄清楚学习和时间感知在大脑中的整合方式，以及哪些区域参与了这一过程。其实，“在传统研究中，这两个领域是完全分开的，”美国乔治梅森大学的心理学家Martin Wiener说，“没人想过‘如果学习和时间感知都使用了相同的神经递质系统，那么二者会如何互相影响？’”

预测误差的影响

《自然-神经科学》上的这篇论文更仔细地探究了这个问题。研究中，受试者会看到两个数字依次在屏幕上闪烁，通常会在一个零之后再出现一个零。不过，屏幕偶尔也会随机出现一个正整数或负整数作为第二个数：如果为正，参与者会得到奖金，但如果为负，奖金就会被扣除。实验中，第二个数字显示的时长会产生变化，受试者必须报告哪个数字持续时间更长。

实验结果显示，当出乎预料的好事发生时（研究者称之为“正预测误差”），这种刺激会让受试者觉得持续了更久。而不愉快的结果（负预测误差），则会使大脑觉得这些经历变得更短暂。维拉诺瓦大学的心理学家Matthew Matell表示：“这基本上告诉我们，由于对结果的惊讶程度不同，我们对时间的感知也会系统性地产生偏差。”

研究团队表明，预测误差越大，对时间的感知失真越大。他们建立了一个强化学习模型，该模型能够预测每个受试者在任务中的表现。此外，他们还对受试者进行了大脑扫描，以此追踪核壳（putamen，与运动学习等功能有关的脑区）中的这种效应。尽管仍需进一步的实验来确定其中的精确机制（以及多巴胺的作用），这项研究对学习和时间感知模型都带来了启示。

神经疲劳的影响

如果我们在应对外部信号时会延长或缩短时间感知，那我们也可能会改变自己距离某些行为和结果的感觉，而这反过来可能会影响学习这些事物联系的速度。前加州理工学院博士后研究员Bowen Fung表示，与预测误差相关的时间效应也说明，“强化学习模型要想准确反映正在发生的事情，就必须具备这一额外特征。”

Matell说：“对未来的建模者或试图加深对大脑理解的人来说，把这种时间效应与强化学习间的相互作用考虑在内，是个不小的挑战。” Gershman和他的博士生John Mikhael已接受了这项挑战，正着手研发一种学习模型，以通过自适应地调整大脑中的时间流来改善心理预测。

但是，预测误差并不是塑造我们时间感的唯一因素。去年9月发表在《神经科学杂志》上的一项研究发现，反复受到短暂刺激的参与者往往会高估稍长间隔的持续时间。据这项研究，这可能是因为这一背景下，对较短暂刺激敏感的神经元变得疲倦，从而使对较持久刺激敏感的神经元主导了对后续刺激的感知方式。类似地，在反复受到长间隔刺激后，参与者会低估稍短时间间隔的持续时间。

大脑中缘上回（SMG）的神经元越疲劳，时间失真越大。图片来源：Hayashi and Ivry

日本国立信息与通信技术研究所的认知神经科学家Masamichi Hayashi说：“通过改变呈现刺激的背景情形，我们实际上可以操纵受试者如何感知这些持续的时间。”对大脑活动的扫描表明，右侧顶叶（right parietal lobe）的一个区域负责这种主观的时间体验。Hayashi与加州大学伯克利分校的Richard Ivry共同进行了这项研究。

Hayashi和Ivry，与魏兹曼的三位科学家聚焦了完全不同的大脑区域和机制，但两项研究均观察到了大脑对时间感知具有双向作用。一方面，这说明了大脑中的计时过程是如此多样化。但另一方面，Hayashi表示，右侧顶叶确实与核壳有功能和解剖上的联系，所以或许是二者的相互作用形成了对时间的综合感知。

任何使这种（或其他）相互作用成为可能的规律和计算方式，都可能构成我们感受时间的基础。但在这些规则和计算方式被确定之前，科学家们只能预先查看时钟来确定时间了。

来源:环球科学

撰文:Jordana Cepelewicz

翻译:樊亦非

原文链接：

https://www.quantamagazine.org/reasons-revealed-for-the-brains-elastic-sense-of-time-20200924/

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