概括:无论是网球选手詹尼克·辛纳(Jannik Sinner)精准回击时速100英里的发球,还是你在黄灯前判断等待时间,大脑都在不断计算时间的流逝。一项新研究首次绘制了大脑内部“秒表”的图谱,揭示了时间感知并非单一区域的功能,而是跨越大脑皮层的接力赛。
使用高场功能磁共振成像(fMRI),研究小组发现时间感知经历三个不同的阶段:首先,枕叶视觉皮层编码物理持续时间,刺激越长,神经反应越强;其次,顶叶和运动前区将信号转换为选择性表示,特定神经元群仅在特定持续时间放电;最后,额叶皮质和前岛叶主观地对时间进行分类,让我们能够判断某事是否感觉“太慢”或“恰到好处”。
这项研究发表在《公共科学图书馆·生物学》(PLOS Biology)上,由Valeria Centanino、Gianfranco Fortunato和Domenica Bueti领导。他们利用高场fMRI测量健康志愿者的时间感知,揭示了当我们估计视觉刺激的持续时间时大脑中发生的情况。
“我们的结果表明,时间感知不是一个单一的过程,而是分布在大脑皮层的多个处理阶段的结果,”作者解释道。“从编码物理持续时间到构建时间的主观体验,每个阶段的贡献都不同。”
在初始阶段,枕叶视觉区域通过逐渐(单调)的神经反应对持续时间进行编码:刺激越长,神经反应越强。然后,这些信息在顶叶和运动前区域转化为选择性(单峰)表示,其中不同的神经群体优先响应特定的持续时间,从而能够“读出”时间。最后,包括额叶皮层和前岛叶在内的高阶区域参与持续时间的主观分类,塑造了时间的感知方式。
这项研究不仅确定了大脑中处理时间的位置,还提出了一种时间信息处理方式的机械模型。这个新框架不仅增进了我们对时间感知的理解,还为研究大脑如何构建主观时间以及为什么这种体验有时会被扭曲开辟了新途径。
关键问题解答:
问:为什么时间在紧张时感觉变慢?
答:研究表明时间感知的最后阶段发生在额叶皮质和前岛叶。这些区域与情绪和注意力密切相关。如果这些区域处于高度兴奋状态,它们会对物理持续时间进行不同的分类,让五分钟感觉像一分钟。
问:运动员的时间感知更精确吗?
答:很有可能。顶叶和运动前区的“选择性”神经群负责“读出”准确的时间。在精英运动员中,这些神经群可能经过更精细的调整,使他们能够区分500毫秒和510毫秒——这种差异对于普通人来说是模糊的。
问:时间感知能力可以训练吗?
答:由于该研究确定了用于“编码”和“分类”的特定大脑区域,因此它表明计时是一种技能。正如训练肌肉一样,重复的“读出”任务可能会增强运动前区域的独特神经群,使你的内部秒表更加准确。
原始研究:开放获取。
“Neuronal populations across the cortex underlie discrete, categorical, and subjective representations of visual durations” by Valeria Centanino, Gianfranco Fortunato, and Domenica Bueti. PLOS Biology
DOI:10.1371/journal.pbio.3003704