導(dǎo)語
歲月如流，光陰似箭，歲月靜好。所有這些形容時(shí)間的詞，在不同情況下，都是我們對(duì)時(shí)間流逝高度可變的感知。這種主觀體驗(yàn)在人類大腦中的體現(xiàn)如何呢？葡萄牙的科學(xué)家們已經(jīng)開始揭開這個(gè)問題的面紗了。
（圖片來源：@GilCosta）
在里斯本尚帕利默未知技術(shù)研究中心(Champalimaud Centre for the Unknown)的神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)控小鼠腦的深部區(qū)域中某些神經(jīng)元的活動(dòng)來誘導(dǎo)動(dòng)物低估或高估固定時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間。換句話說，他們?cè)谛∈蟮哪X中第一次確定了調(diào)節(jié)判斷經(jīng)過時(shí)間的神經(jīng)回路。
大腦是如何產(chǎn)生這種對(duì)時(shí)間的可變估計(jì)的？由Learning Lab實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Joe Paton、博士生Sofia Soares和博士后 Bassam Atallah，給出了這個(gè)長期存在神經(jīng)生物學(xué)上的問題在神經(jīng)生物學(xué)上的答案，現(xiàn)已發(fā)表于《Science》。不僅于此，他們的研究結(jié)果也可以幫助解釋：為何當(dāng)我們覺得有趣時(shí)，時(shí)間猶如白駒過隙，而當(dāng)我們感到無聊時(shí)，時(shí)間卻慢得像一只蝸牛。
Learning Lab團(tuán)隊(duì)在研究神經(jīng)科學(xué)如何判斷持續(xù)時(shí)間方面已-經(jīng)多年，更有趣的是，了解大腦如何將原因與效果相聯(lián)系，甚至隨著時(shí)間的延長效果隨之延伸。最近，Paton的兩個(gè)朋友都發(fā)生了嚴(yán)重的事故，在事故發(fā)生的幾個(gè)小時(shí)之間，當(dāng)事人卻感覺像事故發(fā)生了幾個(gè)星期。Paton在思考一直在研究的神經(jīng)元可能在這個(gè)幻覺中發(fā)揮了什么作用。
時(shí)間的流逝似乎是一個(gè)難以捉摸的概念，從神經(jīng)生物學(xué)的角度來研究它可能顯得不可能。不像視覺或聽覺，對(duì)時(shí)間的判斷不能追溯到一個(gè)像眼睛或耳朵的感覺器官，Paton解釋說，這使其神經(jīng)基礎(chǔ)更難以確定。
但是時(shí)間的挑戰(zhàn)比這更深：我們每個(gè)人都非常清楚時(shí)間本身的客觀存在及其流動(dòng)已被一些理論物理學(xué)家質(zhì)疑。然而，估計(jì)持續(xù)時(shí)間的能力顯然對(duì)任何動(dòng)物的生存都至關(guān)重要。例如，想象一只兔子在開闊的地形喂養(yǎng)，它逗留的時(shí)間越久，被捕食者捕獲的可能性就越大。 Paton說，“對(duì)于從環(huán)境中吸收信息、決定何時(shí)預(yù)期發(fā)生事件、何時(shí)參與或脫離行動(dòng)，時(shí)間都非常重要?！?/p>
所以，難怪我們都能感覺到時(shí)間，但是大腦中產(chǎn)生了什么，才讓我們有這種重要的、主觀的經(jīng)驗(yàn)？
為了解開這種內(nèi)在的和普遍感知的神經(jīng)生物學(xué)，Learning Lab有興趣研究某些多巴胺釋放神經(jīng)元（多巴胺是大腦的化學(xué)信使之一或神經(jīng)遞質(zhì)）在大腦深處的結(jié)構(gòu)，稱為中腦黑質(zhì)密集體，對(duì)時(shí)間處理發(fā)揮著作用。
Paton在《Science》中寫道，多巴胺神經(jīng)元牽涉許多與時(shí)間估計(jì)變化相關(guān)的心理因素和失常癥。諸如動(dòng)機(jī)，注意力，感覺改變，新奇性，恐懼或感覺快樂的情緒因素，在Paton的實(shí)驗(yàn)中，給大鼠可怕的刺激，它的多巴胺釋放急劇下降。在人類中，黑質(zhì)的破壞導(dǎo)致帕金森病，損害對(duì)時(shí)間的感知。
選擇對(duì)多巴胺神經(jīng)元更仔細(xì)地觀察，是因?yàn)樗鼈兡芡渡涞郊y狀體上，Paton的研究小組之前對(duì)紋狀體進(jìn)行過徹底地研究，并發(fā)現(xiàn)紋狀體傳遞的信息支持時(shí)序行為。移除多巴胺輸入到紋狀體的神經(jīng)元，會(huì)導(dǎo)致選擇性的時(shí)間損失。
1小鼠與偉大的時(shí)間
科學(xué)家們開始訓(xùn)練小鼠執(zhí)行涉及計(jì)時(shí)的任務(wù)，“訓(xùn)練小鼠做出分類判斷為了區(qū)分感知是否為新的”Paton補(bǔ)充說，這種感官模式（如視覺）已經(jīng)研究了幾十年。這種方法甚至已經(jīng)用于時(shí)間方面的研究。第一作者Atallah說，“然而，當(dāng)開始訓(xùn)練老鼠并報(bào)道它們對(duì)時(shí)間的判斷，我們懷疑小鼠是否可以對(duì)時(shí)間進(jìn)行判斷！”。
為了克服這一點(diǎn)，研究人員不得不使用現(xiàn)代的分子和遺傳工具，能在快時(shí)間段測(cè)量和調(diào)控多巴胺神經(jīng)元。 “沒有人設(shè)法在時(shí)間流逝方面這樣做”，Soares說。 “到目前為止，關(guān)于多巴胺在時(shí)間辨別力中的作用有許多矛盾的結(jié)果”。
（圖片來源： @GilCosta）
那么他們到底做了什么呢？ Paton解釋說，首先，我們訓(xùn)練小鼠估計(jì)兩種音調(diào)之間的時(shí)間間隔，間隔時(shí)間是短于還是長于1.5秒。經(jīng)過幾個(gè)月的訓(xùn)練，小鼠變得相當(dāng)擅長時(shí)間間隔的判斷。小鼠將他們的鼻子放在右（表示時(shí)間間隔較短）或左（表示時(shí)間間隔較長）的端口，來表示它們自己的選擇。在任務(wù)期間，聲調(diào)之間的間隔會(huì)發(fā)生變化，如果小鼠選擇正確的答案（正確地估計(jì)時(shí)間），則它們將被獎(jiǎng)勵(lì)。
第二部分是被動(dòng)測(cè)量信號(hào)，用纖維光度測(cè)定技術(shù)反映中腦黑質(zhì)密度的多巴胺神經(jīng)元的電活動(dòng)。具體來說，使用遺傳工具使其在神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)發(fā)出熒光，研究者測(cè)量發(fā)射光的強(qiáng)度。由于熒光指示了在光纖尖端周圍的許多神經(jīng)元的電活動(dòng)，這就允許我們間接監(jiān)測(cè)這些神經(jīng)元在任務(wù)期間的活動(dòng)變化。通過熒光信號(hào)觀察到在第一和第二聲調(diào)開始時(shí)神經(jīng)元活動(dòng)增加。但更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元活動(dòng)本身的增加并不總是有相同的振幅。Soares說，“我們看到的是，神經(jīng)元活動(dòng)的增加越大（在第一和第二音調(diào)），動(dòng)物越傾向于低估間隔的持續(xù)時(shí)間；增加越小，動(dòng)物越傾向高估間隔的持續(xù)時(shí)間?！睙晒鈴?qiáng)度間接預(yù)測(cè)多巴胺神經(jīng)元的時(shí)間間隔判斷的實(shí)驗(yàn)表明，多巴胺神經(jīng)元的電活動(dòng)實(shí)際上與動(dòng)物的時(shí)間間隔的判斷密切相關(guān)。
2因果關(guān)系
在這一點(diǎn)上，Learning Lab想知道他們是否發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元的活動(dòng)與大腦跟蹤時(shí)間的方式之間的相關(guān)性，或兩者之間的因果關(guān)系。神經(jīng)元的活動(dòng)實(shí)際上是否能誘導(dǎo)小鼠對(duì)間隔時(shí)間辨別的改變？這些神經(jīng)元似乎反映了關(guān)于動(dòng)物估計(jì)持續(xù)時(shí)間的信息，但是它們能控制自己的時(shí)間感嗎？為了解決這個(gè)問題，Learning Lab進(jìn)行了第三輪實(shí)驗(yàn)，通過使用光遺傳學(xué)的方法，使光以特定和快速的方式操控（刺激或沉默）這些神經(jīng)元，以便觀察光刺激神經(jīng)元對(duì)動(dòng)物行為的影響。
研究發(fā)現(xiàn)，如果刺激神經(jīng)元，那么老鼠傾向于低估持續(xù)時(shí)間；如果沉默神經(jīng)元，那么傾向于高估持續(xù)時(shí)間。而這個(gè)結(jié)果與前面的實(shí)驗(yàn)中觀察到的小鼠腦內(nèi)信號(hào)，一起證明了多巴胺神經(jīng)元的活性足以改變動(dòng)物判斷時(shí)間流逝的方式，這是研究的主要結(jié)果。
人類多巴胺神經(jīng)元的活性也可以來改變判斷時(shí)間流逝的方式么？我們有相同類型的神經(jīng)元，它們控制我們感知持續(xù)時(shí)間的方式，并且這些神經(jīng)元可以被操控來改變我們對(duì)過去時(shí)間的主觀體驗(yàn)嗎？這種效應(yīng)如何導(dǎo)致多巴胺能系統(tǒng)功能障礙的注意力缺失癥或成癮癥？根據(jù)研究人員的研究結(jié)果，很可能在人類腦中也有相似的神經(jīng)回路。但問題是，研究中對(duì)小鼠進(jìn)行的測(cè)量的感知，不能等同于人類的感覺。
“當(dāng)我們研究動(dòng)物時(shí)，我們唯一可以衡量的是動(dòng)物的行為，但我們從未判斷它們的感知是什么”Paton說，“我們將這解釋為動(dòng)物的主觀體驗(yàn)”。
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