同學們,寒假余額已不足,當然也有很多同學已經(jīng)開學,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)了預測誤差,當你獲得的正向刺激比預想的還多的話,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,但這種感覺卻是一種不穩(wěn)定的主觀感受,甚至會像海綿一樣膨脹或收縮。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,以色列魏茲曼科學研究所的研究者Ido Toren,Kristoffer Aberg和Rony Paz在去年8月發(fā)表于《自然-神經(jīng)科學》的研究中提出了一種新見解。長期以來便有觀點認為,我們會通過獎賞和懲罰進行學習,而其背后的機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)生之事進行預測和期望,正是這種行為決定了我們的時間感知。
哈佛大學的認知神經(jīng)科學家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——如果你比預期的要更快樂,那時光就是短暫的。”
時間與學習
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)機制來追蹤時間,而支配時間感的神經(jīng)機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)這兩種效應都存在,具體要取決于事件背景。
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習中具有功能。舉例來說,當我們收到意外的獎賞(即我們產(chǎn)生了預測誤差)時,化學物質(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習過程同樣重要,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。
而學習本身就是一種行為與結果的關聯(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,強化學習機制的核心就是時間信息,”神經(jīng)科學家Joseph Paton如此說道。
然而,科學家還沒有弄清楚學習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,這兩個領域是完全分開的,”美國喬治梅森大學的心理學家Martin Wiener說,“沒人想過‘如果學習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?’”
預測誤差的影響
《自然-神經(jīng)科學》上的這篇論文更仔細地探究了這個問題。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,屏幕偶爾也會隨機出現(xiàn)一個正整數(shù)或負整數(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,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。
實驗結果顯示,當出乎預料的好事發(fā)生時(研究者稱之為“正預測誤差”),這種刺激會讓受試者覺得持續(xù)了更久。而不愉快的結果(負預測誤差),則會使大腦覺得這些經(jīng)歷變得更短暫。維拉諾瓦大學的心理學家Matthew Matell表示:“這基本上告訴我們,由于對結果的驚訝程度不同,我們對時間的感知也會系統(tǒng)性地產(chǎn)生偏差?!?/p>
研究團隊表明,預測誤差越大,對時間的感知失真越大。他們建立了一個強化學習模型,該模型能夠預測每個受試者在任務中的表現(xiàn)。此外,他們還對受試者進行了大腦掃描,以此追蹤核殼(putamen,與運動學習等功能有關的腦區(qū))中的這種效應。盡管仍需進一步的實驗來確定其中的精確機制(以及多巴胺的作用),這項研究對學習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果的感覺,而這反過來可能會影響學習這些事物聯(lián)系的速度。前加州理工學院博士后研究員Bowen Fung表示,與預測誤差相關的時間效應也說明,“強化學習模型要想準確反映正在發(fā)生的事情,就必須具備這一額外特征。”
Matell說:“對未來的建模者或試圖加深對大腦理解的人來說,把這種時間效應與強化學習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)一種學習模型,以通過自適應地調(diào)整大腦中的時間流來改善心理預測。
但是,預測誤差并不是塑造我們時間感的唯一因素。去年9月發(fā)表在《神經(jīng)科學雜志》上的一項研究發(fā)現(xiàn),反復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)元主導了對后續(xù)刺激的感知方式。類似地,在反復受到長間隔刺激后,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研究所的認知神經(jīng)科學家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,右側頂葉(right parietal lobe)的一個區(qū)域負責這種主觀的時間體驗。Hayashi與加州大學伯克利分校的Richard Ivry共同進行了這項研究。
Hayashi和Ivry,與魏茲曼的三位科學家聚焦了完全不同的大腦區(qū)域和機制,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,都可能構成我們感受時間的基礎。但在這些規(guī)則和計算方式被確定之前,科學家們只能預先查看時鐘來確定時間了。
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