科學(xué)探索：8天假期過得飛快？可能是因為大腦沒想到會這么爽……

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假期剛過，玩得不亦樂乎的你是不是覺得時間過得飛快？實際上，這可能是大腦出現(xiàn)了預(yù)測誤差，當(dāng)你獲得的正向刺激比預(yù)想的還多的話，就會覺得時間流逝速度增加了。
我們對時間的感覺可能是一切經(jīng)驗和行為的基礎(chǔ)，但這種感覺卻是一種不穩(wěn)定的主觀感受，甚至?xí)窈＞d一樣膨脹或收縮。情緒、音樂、周圍發(fā)生的事情以及注意力的轉(zhuǎn)移，都會改變我們對時間的感覺，讓我們覺得時間加快或變慢了。例如，比起面對沒有表情的臉，我們會在看到憤怒的臉時會覺得時間變慢了，這種感覺差異同樣存在于蝴蝶和蜘蛛，藍(lán)色和紅色的圖像對比中。生活中也會存在一些類似的經(jīng)歷，比如越著急鍋里的水就越燒不開，而愉快的時光卻總是轉(zhuǎn)眼即逝。
針對“是什么延長和壓縮了我們對時間的感受”這一問題，以色列魏茲曼科學(xué)研究所的研究者Ido Toren，Kristoffer Aberg和Rony Paz在今年8月發(fā)表于《自然-神經(jīng)科學(xué)》的研究中提出了一種新見解。長期以來便有觀點認(rèn)為，我們會通過獎賞和懲罰進(jìn)行學(xué)習(xí)，而其背后的機(jī)制與時間感知存在聯(lián)系。如今，這三位研究者發(fā)現(xiàn)了支持這種觀點的證據(jù)。研究還發(fā)現(xiàn)，大腦會不斷對未來將要發(fā)生之事進(jìn)行預(yù)測和期望，正是這種行為決定了我們的時間感知。
哈佛大學(xué)的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Sam Gershman說：“每個人都知道‘快樂的時光總是短暫的’，但是這句話完整的說法可能會更加微妙——如果你比預(yù)期的要更快樂，那時光就是短暫的?！?br> 時間與學(xué)習(xí)
對大腦而言，“時間”并不代表著一種事物。不同的腦區(qū)會依靠不同的神經(jīng)機(jī)制來追蹤時間，而支配時間感的神經(jīng)機(jī)制會隨著不同情形發(fā)生變化。
過去數(shù)十年的研究表明，多巴胺在我們感知時間的過程中起著至關(guān)重要的作用。多巴胺會對時間的感覺產(chǎn)生無數(shù)影響，這些影響甚至可能會互相矛盾，引起混淆。一些研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺的增加會加速動物的生物鐘，使得動物高估時間的流逝速度；也有研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺會讓大腦壓縮事件經(jīng)過，使時間看起來過得更快；還有研究發(fā)現(xiàn)這兩種效應(yīng)都存在，具體要取決于事件背景。


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多巴胺與時間感知的聯(lián)系確實會讓研究人員覺得很有興趣，部分原因是多巴胺在獎賞和強化學(xué)習(xí)中具有功能。舉例來說，當(dāng)我們收到意外的獎賞（即我們產(chǎn)生了預(yù)測誤差）時，化學(xué)物質(zhì)多巴胺便會涌入，這一獎賞信號會讓我們繼續(xù)保持此前的行為。
多巴胺對時間感知和學(xué)習(xí)過程同樣重要，這絕非偶然，比如甲基苯丙胺（methamphetamine）等藥物和帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病會改變這兩個過程，同時也會改變多巴胺的分泌。
而學(xué)習(xí)本身就是一種行為與結(jié)果的關(guān)聯(lián)過程，它需要及時將一個事件與另一個事件聯(lián)系起來?！皩嶋H上，強化學(xué)習(xí)機(jī)制的核心就是時間信息，”神經(jīng)科學(xué)家Joseph Paton如此說道。
然而，科學(xué)家還沒有弄清楚學(xué)習(xí)和時間感知在大腦中的整合方式，以及哪些區(qū)域參與了這一過程。其實，“在傳統(tǒng)研究中，這兩個領(lǐng)域是完全分開的，”美國喬治梅森大學(xué)的心理學(xué)家Martin Wiener說，“沒人想過‘如果學(xué)習(xí)和時間感知都使用了相同的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)，那么二者會如何互相影響？’”
預(yù)測誤差的影響
《自然-神經(jīng)科學(xué)》上的這篇論文更仔細(xì)地探究了這個問題。研究中，受試者會看到兩個數(shù)字依次在屏幕上閃爍，通常會在一個零之后再出現(xiàn)一個零。不過，屏幕偶爾也會隨機(jī)出現(xiàn)一個正整數(shù)或負(fù)整數(shù)作為第二個數(shù)：如果為正，參與者會得到獎金，但如果為負(fù)，獎金就會被扣除。實驗中，第二個數(shù)字顯示的時長會產(chǎn)生變化，受試者必須報告哪個數(shù)字持續(xù)時間更長。
實驗結(jié)果顯示，當(dāng)出乎預(yù)料的好事發(fā)生時（研究者稱之為“正預(yù)測誤差”），這種刺激會讓受試者覺得持續(xù)了更久。而不愉快的結(jié)果（負(fù)預(yù)測誤差），則會使大腦覺得這些經(jīng)歷變得更短暫。維拉諾瓦大學(xué)的心理學(xué)家Matthew Matell表示：“這基本上告訴我們，由于對結(jié)果的驚訝程度不同，我們對時間的感知也會系統(tǒng)性地產(chǎn)生偏差。”
研究團(tuán)隊表明，預(yù)測誤差越大，對時間的感知失真越大。他們建立了一個強化學(xué)習(xí)模型，該模型能夠預(yù)測每個受試者在任務(wù)中的表現(xiàn)。此外，他們還對受試者進(jìn)行了大腦掃描，以此追蹤核殼（putamen，與運動學(xué)習(xí)等功能有關(guān)的腦區(qū)）中的這種效應(yīng)。盡管仍需進(jìn)一步的實驗來確定其中的精確機(jī)制（以及多巴胺的作用），這項研究對學(xué)習(xí)和時間感知模型都帶來了啟示。
神經(jīng)疲勞的影響
如果我們在應(yīng)對外部信號時會延長或縮短時間感知，那我們也可能會改變自己距離某些行為和結(jié)果的感覺，而這反過來可能會影響學(xué)習(xí)這些事物聯(lián)系的速度。前加州理工學(xué)院博士后研究員Bowen Fung表示，與預(yù)測誤差相關(guān)的時間效應(yīng)也說明，“強化學(xué)習(xí)模型要想準(zhǔn)確反映正在發(fā)生的事情，就必須具備這一額外特征?！?br> Matell說：“對未來的建模者或試圖加深對大腦理解的人來說，把這種時間效應(yīng)與強化學(xué)習(xí)間的相互作用考慮在內(nèi)，是個不小的挑戰(zhàn)。” Gershman和他的博士生John Mikhael已接受了這項挑戰(zhàn)，正著手研發(fā)一種學(xué)習(xí)模型，以通過自適應(yīng)地調(diào)整大腦中的時間流來改善心理預(yù)測。
但是，預(yù)測誤差并不是塑造我們時間感的唯一因素。今年9月發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)雜志》上的一項研究發(fā)現(xiàn)，反復(fù)受到短暫刺激的參與者往往會高估稍長間隔的持續(xù)時間。據(jù)這項研究，這可能是因為這一背景下，對較短暫刺激敏感的神經(jīng)元變得疲倦，從而使對較持久刺激敏感的神經(jīng)元主導(dǎo)了對后續(xù)刺激的感知方式。類似地，在反復(fù)受到長間隔刺激后，參與者會低估稍短時間間隔的持續(xù)時間。


大腦中緣上回（SMG）的神經(jīng)元越疲勞，時間失真越大。圖片來源：Hayashi and Ivry
日本國立信息與通信技術(shù)研究所的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家Masamichi Hayashi說：“通過改變呈現(xiàn)刺激的背景情形，我們實際上可以操縱受試者如何感知這些持續(xù)的時間?！睂Υ竽X活動的掃描表明，右側(cè)頂葉（right parietal lobe）的一個區(qū)域負(fù)責(zé)這種主觀的時間體驗。Hayashi與加州大學(xué)伯克利分校的Richard Ivry共同進(jìn)行了這項研究。
Hayashi和Ivry，與魏茲曼的三位科學(xué)家聚焦了完全不同的大腦區(qū)域和機(jī)制，但兩項研究均觀察到了大腦對時間感知具有雙向作用。一方面，這說明了大腦中的計時過程是如此多樣化。但另一方面，Hayashi表示，右側(cè)頂葉確實與核殼有功能和解剖上的聯(lián)系，所以或許是二者的相互作用形成了對時間的綜合感知。
任何使這種（或其他）相互作用成為可能的規(guī)律和計算方式，都可能構(gòu)成我們感受時間的基礎(chǔ)。但在這些規(guī)則和計算方式被確定之前，科學(xué)家們只能預(yù)先查看時鐘來確定時間了。
作者：Jordana Cepelewicz
翻譯：樊亦非
編輯：楊心舟
引進(jìn)來源：quantamagazine
引進(jìn)鏈接：https://www.quantamagazine.org/reasons-revealed-for-the-brains-elastic-sense-of-time-20200924/


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