来一场穿越时间的精神旅行,探索大脑中的神奇历程
精华笔记
作者迪恩.博南诺是加州大学洛杉矶分校神经生物学和心理学教授,也常常开展关于神经科学的讲座和访谈。在《大脑是台时光机》这本书中,作者从神经科学、物理学、心理学等跨领域研究的角度,解析了大脑这台“时光机”如何精妙地判断和感知时间,并实现时间精神旅行。
一、大脑感知时间的机制
人体依靠感觉器官接触外部世界,但不能直接感知和检测时间。感知和测量时间的功能,内置在我们大脑的神经元连接中,也内置在我们身体的器官和细胞里。不同的时间任务具有不同的长短尺度。所以,我们需要两套系统来协调完成时间的判断和感知:一是生物钟,用来判断较长尺度的时间;二是神经元之间的突触连接,用来判断较短尺度的时间。
生物钟维持着生物体与地球昼夜周期相适应的节律。昼夜周期通过光线信息被大脑中一个名为“视交叉上核”的结构所接收,这个结构可以通过激素传递信息给全身的细胞。收到信息的细胞通过调节基因的节律性表达,指导蛋白质的节律性生成,从而形成细胞内部的生物钟。这种调节维持了细胞的周期性活动。通过生物钟,我们可以判断“天”和“小时”。
而在更短的时间尺度上,生物钟则无法判断了。这就要依靠大脑中的神经元。大脑由上千亿个神经元组成,神经元之间通过突触相互连接和沟通,组成通讯网络。突触前后的神经元通过电信号进行信息的传输。
神经元之间的连接具有可塑性。 这种可塑性是指,神经元之间传递信号时,信号之间的时间间隔不同,产生的突触强度不同,相应的电信号就不同。所以突触强度的变化就可以用来判断不同的时间间隔。
每一个神经元在特定的时刻都具有特定的信号强度和可塑性,大脑中所有神经元的这些特性共同组成了这一时刻的大脑系统状态。通过这一系统状态的变化,大脑得以判断时间的变化。
有趣的是,为了应对同时执行的不同任务,大脑可以采取多时钟策略,也就是,同时启用多个“计时器”来工作,这样更有利于我们有条不紊地在特定的时刻完成多个任务。
大脑依靠神经元的突触可塑性来判断和记录时间,神经元可以选择性地响应不同的时间尺度。通过大脑内部的多个时钟,我们得以完成和协调不同的时间任务。所以说,大脑是一台感知时间的精妙机器。
二、间错觉”如何形成
尽管大脑有着精巧的机制来判断感知时间,但从日常经验和科学家的调研实验中我们都可以发现,大脑有时会产生时间“错觉”,即对时间的感知其实是经过心理构建的产物。
一方面,我们对时间的主观感知会受到情绪和情境的影响。爱因斯坦关于相对论有一段非常著名的调侃:“和漂亮姑娘在公园长椅上坐一小时就像一分钟,但在火炉上坐一分钟就像是坐了一小时”。很显然,同样的一分钟、同样的一小时在不同的环境、不同的心理状态下就会造成不同的时间感知。在危险和紧张的情绪上,大脑就像进入慢动作模式;而在开心、愉悦的情绪中,则会感觉到时间飞快。
另一方面,时间感知还会受到空间感知的影响。研究发现,只有当儿童理解了空间和速度的概念之后,才能逐渐理解时间。人类主要用空间来概念化时间,我们理解时间概念的能力,是在导航和理解空间的神经回路上增补而来的。大脑感知时间存在“卡帕效应”,也就是两件事物之间的空间距离,影响着人们对两件事物之间相隔时间的判断。
由于我们对时间的感知建立在空间感知的基础上,同时,我们对时间流逝的感知,容易受到环境、情绪和空间的影响,所以,大脑对时间的感知会产生错觉。
三、大脑与精神时间
最后,我们回到本书的书名:为什么说大脑是台时光机呢?
我们的大脑不仅能判断、感知时间,活在当下,还能记住过去、预测未来,在精神上把自己投射到过去或未来,在精神时间线上来回跳跃。心理学家把这种能力称为“精神时间旅行”。
展开精神时间旅行是人类特有的认知能力,它让人类得以总结过去的经验、就过去的事件进行沟通,同时预见到生存环境的不确定性,从而制定计划、采取步骤,比如播种粮食、修筑住所等,来适应自然的变幻莫测,谋得生存和发展。精神时间旅行让人类能传授跨代的记忆和知识,创造共同的未来,是人类文化的基石。
实现精神时间旅行需要不同脑区的协同工作,它包括以下步骤:接入过去的记忆,用这些记忆来唤起未来的场景,理解过去和未来之间的差异,判断行动的结果是否可取,记住自己想象的情景,最后采取决策和行动。大脑皮层的内侧颞叶可以提供接入过去体验的路径,而前额叶皮层可以灵活地操纵这些记忆,预想、评估新的场景。其中,记忆是实现精神时间旅行的基础,语义记忆提供了基础概念,而情境记忆则提供了具体的体验。
我们的大脑是一台最棒的时光机,它不仅可以用精妙的神经机制来判断时间,创造时间感知,还能让我们在精神上开展时间旅行,从而创造更美好的未来。