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同學們，寒假余額已不足，當然也有很多同學已經開學，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驗和行為的基礎，但這種感覺卻是一種不穩定的主觀感受，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月發表于《自然-神經科學》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系。如今，這三位研究者發現了支持這種觀點的證據。研究還發現，大腦會不斷對未來將要發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。不同的腦區會依靠不同的神經機制來追蹤時間，而支配時間感的神經機制會隨著不同情形發生變化。

過去數十年的研究表明，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生無數影響，這些影響甚至可能會互相矛盾，引起混淆。一些研究發現，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；也有研究發現，多巴胺會讓大腦壓縮事件經過，使時間看起來過得更快；還有研究發現這兩種效應都存在，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（即我們產生了預測誤差）時，化學物質多巴胺便會涌入，這一獎賞信號會讓我們繼續保持此前的行為。

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系統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過程，它需要及時將一個事件與另一個事件聯系起來。“實際上，強化學習機制的核心就是時間信息，”神經科學家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，以及哪些區域參與了這一過程。其實，“在傳統研究中，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遞質系統，那么二者會如何互相影響？’”

預測誤差的影響

《自然-神經科學》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字依次在屏幕上閃爍，通常會在一個零之后再出現一個零。不過，屏幕偶爾也會隨機出現一個正整數或負整數作為第二個數：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，第二個數字顯示的時長會產生變化，受試者必須報告哪個數字持續時間更長。

實驗結果顯示，當出乎預料的好事發生時（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性地產生偏差。”

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。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）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，是個不小的挑戰。” Gershman和他的博士生John Mikhael已接受了這項挑戰，正著手研發一種學習模型，以通過自適應地調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月發表在《神經科學雜志》上的一項研究發現，反復受到短暫刺激的參與者往往會高估稍長間隔的持續時間。據這項研究，這可能是因為這一背景下，對較短暫刺激敏感的神經元變得疲倦，從而使對較持久刺激敏感的神經元主導了對后續刺激的感知方式。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時間。

大腦中緣上回（SMG）的神經元越疲勞，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科學家Masamichi Hayashi說：“通過改變呈現刺激的背景情形，我們實際上可以操縱受試者如何感知這些持續的時間。”對大腦活動的掃描表明，右側頂葉（right parietal lobe）的一個區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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