在本期“Brain Inspired”播客中，加州大学洛杉矶分校神经生物学和心理学教授迪恩·布奥诺马诺（Dean Buonomano）探讨了大脑如何通过皮层回路内的动态来感知时间。他的研究使用保留组织细胞结构的培养脑切片，测试计时是否是皮层中的基本计算。他还与物理学家卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）合作，试图在神经科学和物理学的时间概念之间建立桥梁。此外，布奥诺马诺讨论了为什么人工智能无需神经科学也能继续进步，以及为什么集成信息理论需要新的物理学才能变得科学可检验。
一、大脑中的时间：一种基本计算
| 问题 | 布奥诺马诺的观点 |
|---|---|
| 时间感知的机制 | 时间感知由皮层回路内的动态介导，而非专门的“计时细胞” |
| 计时是否是基本计算 | 计时可能是皮层中的一种基本计算，与空间、特征处理并列 |
| 研究方法 | 使用培养脑切片（保留组织细胞结构）测试计时功能 |
| 为什么是基本计算 | 动物需要预测事件的时间（如捕食者出现、奖励交付），时间信息与空间、模态信息同样重要 |
二、神经科学与物理学中的时间概念
| 方面 | 物理学时间 | 神经科学时间 |
|---|---|---|
| 本质 | 在物理学（尤其是相对论）中，时间是四维时空的一个维度，与空间密不可分 | 大脑中，时间是神经动态的涌现属性 |
| 方向 | 物理学基本定律（如牛顿力学、量子力学）在时间上是对称的；热力学第二定律（熵增）给出方向 | 时间感知具有明确的方向（从过去到未来） |
| 感知范围 | 从普朗克时间（10⁻⁴³秒）到宇宙年龄（10¹⁸秒） | 从毫秒（声音定位）到分钟、小时（间隔计时），到昼夜节律（24小时） |
| 可逆性 | 在微观层面，过程在理论上是时间可逆的 | 大脑中的过程是不可逆的（记忆从过去来，行动指向未来） |
三、集成信息理论的批判
| 观点 | 布奥诺马诺的立场 |
|---|---|
| 集成信息理论（IIT） | 一种关于意识的理论，声称意识等于系统“集成信息”的量（Φ） |
| 主要批评 | 集成信息理论不科学，因为要使其可检验，需要新的物理学（目前不存在） |
| 问题核心 | 理论中的关键变量（Φ）在实际神经系统中无法可靠测量；理论本质上不可证伪 |
四、人工智能与神经科学的关系
| 问题 | 布奥诺马诺的观点 |
|---|---|
| 人工智能是否需要神经科学？ | 人工智能无需神经科学也能继续进步（工程驱动进展，而非生物学驱动） |
| 神经科学能否启发人工智能？ | 可以，但不是必需的；当前人工智能的成功更多来自规模化（更多数据、更大模型）而非生物学洞见 |
| 未来交叉点 | 理解大脑的高效学习（从少量例子学习）可能对人工智能有重大影响；但当前我们尚未达到这一点 |
五、关键研究：培养脑切片中的计时
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| 模型系统 | 保留组织细胞结构的培养脑切片 |
| 优势 | 比行为动物更简化，允许对计时机制进行机械探究 |
| 目标 | 测试计时是否是皮层中的基本计算——即是否独立于其他功能（如感觉处理）内置于皮层回路中 |
| 初步发现 | 皮层回路具有内在的计时能力，不需要专门的“时钟”神经元或核团 |
六、对神经科学的启示
| 启示 | 描述 |
|---|---|
| 时间作为第一性原理 | 时间感知不应被视为次于空间或特征处理，而可能是皮层计算的核心组成部分 |
| 动态而非专用回路 | 时间信息由神经动态编码，而非专用的“计时细胞”或“时钟回路” |
| 跨时间尺度 | 大脑在多个时间尺度上运作：毫秒（声音定位）、秒-分钟（间隔计时）、小时（昼夜节律）、年（发育可塑性） |
| 物理学与神经科学的桥梁 | 需要跨学科努力来理解“主观时间”（神经科学）和“物理时间”（物理学）之间的关系 |
七、结论：时间是大脑的基本维度
迪恩·布奥诺马诺的研究表明，计时是皮层中的一种基本计算，由神经动态而非专用回路介导。他批判集成信息理论不科学，因为它需要新的物理学才能变得可检验。他还认为，人工智能无需神经科学也能继续进步，尽管生物学洞见最终可能对高效学习有重要贡献。神经科学与物理学的交叉对于理解时间的本质至关重要。
核心信息：
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计时可能是皮层中的一种基本计算。
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时间感知由皮层动态介导，而非专用“计时细胞”。
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集成信息理论需要新物理学才能成为科学理论。
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人工智能可以无需神经科学继续进步。
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神经科学与物理学的桥梁对于理解时间的本质至关重要。
参考来源：
Buonomano, D. (2025). Dean Buonomano explores the concept of time in neuroscience and physics. The Transmitter（Brain Inspired播客）.