时间究竟是什么?我们又是如何知觉时间的呢?

新浪科技综合

作者注

  此时间知觉的英文为time perception,其中perception是感知的意思。在心理学中,区分感觉和知觉的关键在于,前者偏重于描述对事物个别特征在感觉通道的客观反映,而后者则偏重于描述事物作用于个体心理的整体主观印象。本文讨论的时间感偏向于后者的解释,故下文中均使用“时间知觉”来指代这一过程。

  人类的第一项伟大发现

  丹尼尔·J·布尔斯廷(Daniel J。 Boorstin)在他的著作《发现者》中提到:“人类第一项伟大发现便是时间”,这是他讲述人类文明史三部曲中的第一曲,奏响的是人类探索世界和自我的宏伟史诗。远古时代的人们从自然星象的更迭变化领悟时间的奥秘,于是他们得以计算节气时令,春耕秋收;也从自己和身边人身体的成熟衰老中感知时间的流逝。于是他们学会与时间赛跑,赶在生命尽头之前创造更多的个人价值。人们留下图腾崇拜,建立宗教信仰,试图冲破时间筑就的囚笼,超越生死追寻来世;人们发明语言文字,迎着时间的洪流,记录和传承人类文明的史诗。正是对时间流逝的体验和知觉,驱动了人类的进步和演化乃至文明的建立,时间无愧人类的第一项伟大发现。

  但是,时间究竟是什么?我们又是如何知觉时间的呢?

  事实上,我们每时每刻都在以我们体察不到的方式知觉时间。援引一下现代汉语词典对时间的定义:“时间是物质的运动、变化的顺序性、持续性的表现”。通过这个定义,我们可以把握到两个关键点,时间具有顺序性和连续性,对应到我们对时间知觉的两个最基本方面——即时序知觉(perception of temporal order)和时距知觉(perception of temporal duration)。

时间的顺序和因果的迷思

  时序知觉描述了我们对事件发生先后顺序的知觉。举个例子,“感到饥饿”这个事件一定发生在“去吃饭”之前,而“有饱腹感”这个事件一定发生在“吃过饭”之后。事实上,仅仅是例子中的“去”和“过”这样的词,也隐含了时间顺序性的秘密。另一个例子是我们对语言的使用和理解,“时间”大家都很好理解是什么意思,但是“间时”则是一个难以理解的假词。而在口语中这样的例子会更直接,因为我们对音节的处理似乎已经打上了根深蒂固的时序印记。

  在最近上映的电影《信条》中,配音和配乐的倒放的这些细节,都让我们意识到时间的逆转是如此不可思议。因为我们会不自觉地将事件按照发生的先后顺序排列在时间轴上。只是我们很难察觉,我们大脑中对时间概念的表征正是一条有方向的一维直线。正如乔治·莱可夫(George Lakoff)和马克·约翰逊(Mark Johnson)在《我们赖以生存的隐喻》一书中写道,我们对时间的理解是基于对空间的隐喻映射,时间是一维的矢量空间。正是因为在我们的思维中,时间具有方向性,导致时间的不可逆性,所以才有了无数类似于“滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄”这类将时间视作流水的绝妙比喻。

  读到这里,你可能会发问,为什么要强调“在我们的思维中,时间具有方向性”?难道在我们的思维之外,时间不具有方向性吗?也许我们无法想象如果时间不具有方向性,我们对世界的认识会有怎样的变化。但是我们能够轻易想象的是,对时间的一维线性知觉模式,即线性时间的思维为我们带来了什么。

  其实本章的小标题已经给出了答案,那就是“因果”。上面吃饭的例子很好理解由时序关系体现的因果,“因为饿,所以吃”以及“因为吃,所以饱”。这种对事件间因果联系的推理和认知,正是由我们对时间的一维线性知觉模式所导致的。在这个前提下,我们可以试想一个没有因果关系的世界。好在已经有更有想象力的人为我们做了类似的事情,帮助了可能难以想象的我们。在姜峯楠(Ted Chiang)的小说《你一生的故事》里,他描绘的外星生物七肢桶的思维中,我们能些许感受到没有方向的时间。七肢桶没有线性时间的概念,在它们的思维里,事件的发生不存在先后关系,也并不依赖因果联系。它们一生的故事如同电影的胶片,全都未经雕琢、毫无保留地在它们的“大脑”不断重映,未经历的已然发生过。

七肢桶的非线性时间思维并非作者天马行空的想象,而是有其来源。其实休谟(David Hume)很早就对因果问题提出过他的思考,他认为我们所认为的因果联系无非是感官经验上的连续性导致的,而事件发生时的“恒常联结”却是我们无法察觉的。而对这种因果联系的认识便是基于我们知觉时间的本能。如果我们丧失了时序知觉的本能,那么我们知觉到的世界也许早已尘埃落定,只等我们去经历和感受。在那个世界里,我们的大脑无需再对环境进行预测和控制,那么秩序和文明建立的动力源于何处,我们还未可知。

  时间的连续和知觉的魔术

  时距知觉描述了我们对事件持续时间的知觉。从武汉乘坐飞机到北京需要约2个小时,认真上完一节课大概需要45分钟,在繁忙的十字路口等待红灯变绿可能需要60秒,这些都是我们对事件持续性的描述。手表秒针往复的转动,沙漏中不断下落的流沙,我们借助这些计时工具来确认时间究竟持续了多久。但是当我们失去这些外部的时间线索后,我们对时间流逝的知觉似乎开始像魔术一样欺骗着我们的大脑。正如当你沉浸地听完一节你十分感兴趣的课程,45分钟好像转瞬即逝;而如果是在红灯面前焦躁地等待着通行,那你的感觉一定也和绝大多数人一般“度秒如年”。

  已有很多实验研究结果表明,我们并非天生的计时者这种知觉的魔术时时刻刻都在上演。在《大脑是台时光机》一书中,有一章介绍了一些在历史上真实进行的隔离实验。在这些实验中,参与者被要求在与日常生活完全隔离野外山洞或特制的实验室中独自生活几天到几周不等,在实验过程中,他们无法获得任何有关外界世纪时间的线索或信息。结果发现,绝大多数参与者被剥夺了来自于外界的计时线索后,都产生了一种奇怪的“时间膨胀感”(time dilation),他们认为实验持续的时间都比实际的时钟时间短了20%-40%。

  相比于几天乃至几周这种大尺度的时距估计,认知科学家们更容易在传统的心理行为实验室中,以人类为被试研究几秒左右这种小尺度的时距知觉现象。总的来说,研究者们通常都会使用“前瞻性计时”任务来观察我们究竟如何知觉时间。所谓“前瞻性计时”任务,就是参与者在完成任务之前就被告知了这个任务是和计时相关的,因此在任务过程中被试会有意识的去计时,这和在任务结束后要求被试回忆刚刚的任务持续了多久这种“回顾性计时”是不同的。具体来说,研究者通常采取的“前瞻性计时”任务有四种类型,其一是口头估计,即对一个给定的时间间隔进行口头估计;其二是时距复制,即通过按键或打拍子对一个给定的时间间隔进行复制;其三是时距产生,即要求参与者产生一个主试给定的时间单位;最后一个是比较任务,即要求参与者判断目标刺激的时距是比一个参考的时距长或短。结果发现,人们往往并不能准确地去估计时间,并且对时距估计的准确性往往受到目标刺激的物理属性的影响

 

  总之,实验室结果表明,在脱离了外部的计时工具之后,我们对时距的知觉变得如此不可靠,以至于我们不得不承认——人类并非天生的计时者

神经科学的已答与未答

  我们用物理学的方式记录和使用时间,于是发明了高效稳定的计时工具来帮助我们维持生产生活的秩序;同时我们用心理学的方式理解和感知时间,于是当人类尝试解开时间知觉的密码,便自然转向了我们的大脑。

  由于科学伦理的要求,研究者一般使用两种策略来研究时间知觉过程中的大脑活动。其一是使用无创的电生理记录或神经影像技术,记录普通人类在完成时间知觉相关任务中活跃的大脑区域;其二则是在科学伦理的允许下,将探测电极深入癫痫病人或实验动物的大脑组织,记录他们在进行和时间知觉相关活动时的神经元反应。这两种策略都让我们观察大脑是如何解码时间的。

  在过去的十几年里,有很多以人类为参与者的无创神经成像研究的结果表明,在进行时距知觉相关任务——例如计时任务时,个体大脑的顶叶皮层和辅助运动区有很大程度的激活。其中,最近发表在《神经科学期刊》的一篇文章指出,当研究者进一步尝试将个体对时间的表征区分为对客观时间的知觉和对时间的主观感知之后,核磁共振功能成像结果表明,大脑右侧顶叶皮层中缘上回的信号似乎表征了我们对时间距离的主观感觉。

  除了时距知觉,对时序知觉的研究也一直如火如荼。正如前文所述,对时间顺序的知觉常常表现为对事件发生先后顺序的记忆,所以从神经元层面探讨时间知觉和记忆的关系,试图找到大脑中专门负责处理时间信息的“时间细胞”也是神经科学家们孜孜以求的目标。过去十年中,研究者们以大鼠或小鼠为研究对象,并在它们大脑中的海马和内嗅皮层发现了所谓的“时间细胞”(time cells),这些神经元能够对事件发生的时间进行规律放电。在最近一项发表在PNAS的研究中,研究者以需要大脑植入电极治疗的癫痫病人为研究对象,同样在海马和内嗅皮层发现了“时间细胞”的踪迹,这是首次来自人类被试的证据。

 

  然而,神经元在对事件的编码的过程中总是同时包括了时间信息和空间信息,其神经元的放电模式和外界系统的变化密切相关,这种变化既可以解释为位置的改变,也可以解释为时间的流逝。为了更精细地考察神经元对时间知觉的放电模式,研究者们不得不尝试将神经元活动中时间和空间的成份加以分离。今年五月发表在《自然·神经科学》上的一项研究结果表明,研究者在小鼠的大脑海马神经元中,发现了一种独立于基于空间位置变化的事件编码模式。这种神经元放电模式在控制了小鼠的空间位置变化后,仍然能够对一个完整事件中按顺序组织的经验单元响应。因为2014年诺贝尔生理或医学奖的荣誉等身,大脑中负责空间定位和导航的GPS——“位置细胞”(place cells)和“网格细胞”(grid cells)开始在学界被人们所熟知;而在现在和不远的将来,大脑中时钟——即表征人们时间知觉的“时间细胞”也一定会在人类探索大脑奥秘的进程中迎来属于它的舞台。

神经科学尝试为我们在大脑皮层乃至神经元尺度揭示时间知觉的奥秘,但同时这种接近还原论思想的方法论,在面对时间知觉的一些问题的时候依然束手无策。不管是对原子钟中铯原子共振频率的探测,还是对沙漏中细沙下落速度的感知,抑或是对太阳东升西落周期的记录,当我们把试图把时间和空间联系起来,将其解释为“对系统物理状态变化的度量”,并将时间知觉看作神经系统对上述度量过程响应的时候,我们貌似巧妙地绕过了时间知觉中最神秘莫测的部分,那就是人类意识中的时间感。达利(Salvador Dalí)在《记忆的永恒》一画中,也许表达了他对时间感独特的思考,时钟时间刻在表上似乎没有改变的余地,但是时间感在我们的大脑中正如画中搭在树枝和桌面上那粘腻的“软表”一般扭曲了现实,充满了不可靠与不真实,然而那也许才是时间感真实存在的方式。

  讨论到这一层,我们似乎又站到了传统的意识困难问题的面前,对如何解释人类体会到的由客观刺激作用于感觉器官所引发的主观经验感受而不知所措。因为不管是隐藏在线性时间思维中对事件因果的解释,还是隐藏时钟线索后我们对时距不可靠的感知,这种宏观经验意识中的时间感是如何从不同神经元的微观放电模式中涌现?进一步,从人类文明的发展和延续的角度,这种宏观尺度上的时间感产生和微观尺度上的神经元演化都扮演者至关重要的角色,那么此两者是否存在必然的关联和内在的统一呢?这些问题依旧悬而未决。

  面对未知,更多时候我们能做的也许只有感受,但也正是这些未知才让人类的探索不断继续。说不定在遥远的未来,我们就能超越感受而去理解、描述、解释和控制现在的未知,但届时必将有全新的未知在等着我们!

  参考文献

  1。[美]迪恩·博南诺著, 闾佳译, (2019), 大脑是台时光机, 北京: 机械工业出版社。

  2。[加]丹·福尔克著, 严丽娟译, (2019), 时间的故事, 海口: 海南出版社。

  3.Grondin S。 (2010)。 Timing and time perception: a review of recent behavioral and neuroscience findings and theoretical directions。 Attention, perception & psychophysics, 72(3), 561–582。 https://doi.org/10.3758/APP.72.3.561

  4.Hayashi, M。 J。, & Ivry, R。 B。 (2020)。 Duration Selectivity in Right Parietal Cortex Reflects the Subjective Experience of Time。 The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience, 40(40), 7749–7758。 https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0078-20.2020

  5.Hayashi, M。 J。, van der Zwaag, W。, Bueti, D。, & Kanai, R。 (2018)。 Representations of time in human frontoparietal cortex。 Communications biology, 1, 233。 https://doi.org/10.1038/s42003-018-0243-z

  6.Kraus, B。 J。, Robinson, R。 J。, 2nd, White, J。 A。, Eichenbaum, H。, & Hasselmo, M。 E。 (2013)。 Hippocampal “time cells”: time versus path integration。 Neuron, 78(6), 1090–1101。 https://doi.org/10.1016/j.neuron.2013.04.015

  7.MacDonald, C。 J。, Lepage, K。 Q。, Eden, U。 T。, & Eichenbaum, H。 (2011)。 Hippocampal “time cells” bridge the gap in memory for discontiguous events。 Neuron, 71(4), 737–749。 https://doi.org/10.1016/j.neuron.2011.07.012

  8.MacDonald, C。 J。, Carrow, S。, Place, R。, & Eichenbaum, H。 (2013)。 Distinct Hippocampal Time Cell Sequences Represent Odor Memories in Immobilized Rats。 Journal of Neuroscience, 33 (36) 14607-14616。 https://doi.org/10.1523/-JNEUROSCI.1537-13.2013

  9.Nyberg, L。, Kim, A。 S。, Habib, R。, Levine, B。, & Tulving, E。 (2010)。 Consciousness of subjective time in the brain。 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107(51), 22356–22359。 https://doi.org/10.1073/-pnas.1016823108


  11.Sun, C。, Yang, W。, Martin, J。, & Tonegawa, S。 (2020)。 Hippocampal neurons represent events as transferable units of experience。 Nature neuroscience, 23(5), 651–663。 https://doi.org/10.1038/s41593-020-0614-x  10.Salz, D。 M。, Tiganj, Z。, Khasnabish, S。, Kohley, A。, Sheehan, D。, Howard, M。 W。, & Eichenbaum, H。 (2016)。 Time Cells in Hippocampal Area CA3。 The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience, 36(28), 7476–7484。 https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0087-16.2016

  12.Umbach, G。, Kantak, P。, Jacobs, J。, Kahana, M。, Pfeiffer, B。 E。, Sperling, M。, & Lega, B。 (2020)。 Time cells in the human hippocampus and entorhinal cortex support episodic memory。 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 202013250。 Advance online publication。 https://doi.org/-10.1073/pnas.2013250117

  作者:物离 | 封面:Leonard Dupond

 

  编辑:阿莫東森 排版:文英