科学

脑中的第纳鸟——关于时间知觉的变奏曲

文/杨 健

关于时间知觉的科幻小说，可以追溯到1904年威尔斯的《新加速剂》。这篇小说所设想的口服药物不仅能加速服用者的时间知觉，还能加速其运动做功、能量代谢，甚至生长发育的速度。在我国的志怪故事里也有这样的记述，一位樵夫因为专注于观棋而忘记了时间，直到斧子生锈了竟然都不曾察觉。这些充满想象力的故事不断引发着我们对时间知觉的思考。

与长度、重量、温度、气味等概念不同，时间没有承载它的客观物质基础，从这个意义上说，时间是不存在的，它只是意识为了理解客观事物存续和变化而构造的认知工具。我们可以看到颜色、听到声音、触摸温度，但却没有关于时间的感受器，那么问题来了:

时间是如何被我们觉知的？

我们看到日升月落，便知道一天过去了；看到花开花谢，便知道一年过去了；看到镜中的白发，便感慨这就是一生。知觉是感觉的认知整合，时间知觉也正是综合了多通道的感觉信息，依据有规律的自然现象形成的。为了更加客观精确地度量时间，我们还开发了日晷、钟表、日历等计时工具。

事实上，在没有这些外在参照物的情况下，我们依然能够在一定程度上保持时间知觉。甚至在睡眠等低意识状态下，它依然运作着，让我们定时醒来，只是这样的“生物钟”没有客观计时器那么可靠罢了。

为了研究这种神秘的内在时钟，志愿者被单独关在没有任何客观时间参照物的山洞里，仅仅按照自己的主观节律生活。结果不出几个月，他们就普遍高估了时间的流逝。这种对“时间长短”的判断被称为“时距知觉”。除此之外，时间知觉还有一个更重要的任务，那就是判断事物发展的“先后顺序”，这个任务由“时序知觉”完成。

飞转的物体，如车轮和风扇叶片等，在适当的转速下看起来像是在反向旋转。这是因为我们的意识、感知等心理过程是不连续的，时间知觉也不例外。时间知觉的不连续性使我们感知到的“现在”离散为相隔约三十毫秒的片段，也就是说，两个孤立事件的发生必须相隔三十毫秒以上，我们才能够区分它们的先后关系。

时序知觉把我们认知到的一切有序地组织起来，为我们识别时间的“顺序性”提供了可能。时间的顺序性如此重要，是因为它带来一个重要的概念——因果。没有时序的概念，我们将不能进行逻辑推理，甚至无法组织记忆、想象未来。

过去是记忆，未来是想象，我们能够感知的其实只有“现在”，可“现在”是什么呢？

大脑把多个感觉通道当前所感知到的刺激序列打包为一个个知觉单元，这些可被知觉为一个整体的刺激序列，就是我们所谓的“现在”，其上限大约为三秒。回想一下，当你命令别人“现在、立即、马上”的时候，是不是总喜欢数到“3”呢？

当一个个“现在”成了“记忆”，它就为我们进一步度量“未来”提供了内在参照物。

现在我们知道时间知觉的功能构成了，那么它是如何产生，又是怎样工作的呢？

我们对时觉生理机制的了解大多来自实验动物的研究。低等生命或许还不能认识“时间”的概念，但它们同样具备对时间的感知能力，从而表现出节律性的行为活动，比如公鸡的打鸣、第纳鸟每三十分钟的歌唱等，甚至连南非大叶树这样的植物也会表现出每两小时翻动一次叶片的神奇规律。

我们的大脑中就生活着这么一只欢快的第纳鸟，它规律地叫唤着，每秒五次，用歌声为我们报时，我们称之为“纹状体”。作为计时加工的核心结构，它通过改变放电频率来编码时距。

在计时中枢的合唱团里，作为主唱，纹状体的节奏感并不是很好，特别容易被指挥家“黑质”带偏。黑质是个任性的指挥家，它不喜欢默守作曲家“海马”的谱子来指挥演唱，因为海马总是凭“记忆”创作节拍，黑质不太信任它的创作方法，总是征求“眼耳身意”等现场观众的意见即兴发挥，并通过神经通路中的多巴胺和γ-氨基丁酸这两根指挥棒，给纹状体及其伴唱“内侧前额叶皮层”等高级中枢带节奏。当记忆歌谱里的1/2拍被唱成了1/4拍，这首叫作《时间》的变奏曲就被加快了一倍。

当然，时觉的实际生理机制要比这个合唱团复杂得多，它涉及更多的中枢投射、突触改建、神经递质和内分泌调节的复杂网络，容易受到很多内外部因素的影响。

那么时间知觉的影响因素有哪些呢？

事实上，年龄、性别、智商、运动……甚至仅仅是交叉双手都会改变我们的时觉。

作曲家“海马”是一个悲伤的老人，它总是怀旧地把“现在”和“记忆”做比较。随着年龄的增长，作为时觉参照物的“记忆”逐年累积，“现在”也就过得越来越快。为此，它创作了一首令人扼腕的歌曲《时间都去哪儿了？》。

女性趋向于高估短时距、低估长时距。这也许可以解释女朋友约会总是迟到，却可以在商场轻松逛上一个下午。她的内心独白可能是“Take it easy，还有整整五分钟才到约定时间”，以及“OMG，只有半天时间购物了”。

男性比女性的时序阈值更低，但打架的时候总认为是对方先动的手，这是强烈的因果信念在左右人们对时序的判断。

有些事让你度日如年，可有些人却一日不见如隔三秋。除了因果信念，情绪、动机、文化等认知因素也会自上而下地影响时觉。为了避免个体认知因素的影响，时觉的实验研究通常会采用无意义的刺激材料，比如闪光、纯音、电刺激等。

在控制时觉的主观因素中，注意力的影响可能最为显著。很多艺术家和作家在创作时会进入一种注意力高度集中的“心流状态”，表现为目标明确、高度兴奋、废寝忘食、不希望被打扰以及灵感爆发。这样的高光时刻让他们的时觉极度加快，从而在短时间内创造出优秀的作品。但相对的，心流状态却不能明显提高体力劳动者或运动员的工作表现。

疫情期间你是不是觉得时间过得特别快，一晃三年就过去了呢？这是因为我们的活动范围狭窄，生活单调重复，缺乏新异刺激。但有的人利用封控在家的时间，不断学习充实自己，为自己制造新异刺激，时间也可以为他慢下来。

既然时觉如此“善变”，我们可不可以人为地改变甚至控制它呢？

答案是肯定的。

时觉操纵最常用的方法就是提神药。据外媒报道，在最近的俄乌战场上，美国就疑似为乌军士兵提供了大量的安非他明。其实从二战到伊拉克战争，苯丙胺制剂以及莫达非尼等兴奋性药物就在外军中广为分发。这些药物可以提高战士觉醒水平和反应力，进而增加其连续军事作业的能力，但其巨大的副作用和战后的药物依赖问题令人担忧。

与药物的作用相比，行为训练的效果或许没有那么显著，但为了规避成瘾性和副作用，它可能是更好的选择。在日常生活中，与注意力相关的活动往往能改变我们的时间知觉，比如冥想、正念、VR游戏等。在实验条件下，通过人造自然现象和逐步调整钟表速度等方式，有计划地改变受试者记忆里的时间标尺，可以在一定程度上为其制造时间错觉。只是想要达到某些故事里那样夸张的效果，或许还得指望脑控技术的未来发展。

光遗传学技术通过遗传改造在中枢神经系统表达光敏蛋白，对特定的脑区施加光信号，便可通过诱发光敏蛋白的电活动获得想要的神经生理现象。但可见光难以穿透颅骨，需要通过手术植入光纤。为了实现非侵入性的大脑远程操纵，一种红外热敏脑控的新技术应运而生，其关键的脑控元件正是去年刚刚获得诺贝尔奖的辣椒素受体1。

为技术进步欢欣鼓舞的同时，我们必须永远保持警惕——这些脑控技术不仅可以改变时觉，理论上还可以操纵所有的脑活动，进而控制行为。届时，如果有人不怀好意，利用通信网络扩布脑控信号，无疑将是一件细思极恐的事情。

因此，我们得做好思想准备，试想一下时觉操纵会对人类的生活产生什么样的影响？

人生若白驹之过隙，对时间知觉善加利用，无疑会丰富我们的人生。在生病、无聊或悲伤的时刻，我们可以减慢时觉，让时间快进；但若是和喜欢的人在一起，哪怕一分钟也要地久天长。电影《虚拟实惊》里就设想了一种虚拟监狱，让人在一分钟内坐一年的牢，既达到教育改造的目的，又不至于让犯人出狱时与社会脱节。可对于临终之人，这算不算另一种形式的永生呢？如果科学家们进入这种永生状态搞科研，加速的产出无疑会造福人类，但极端的“时差”又会不会让他们感到孤立，就像被囚禁在时间的监狱里？如果以全社会集体加速来解决时觉加速者的社交需要，又会不会出现因加速率分配不均而导致的阶级分化，以及竞争性加速产生的社会压力呢？

除此之外，一个更基本的问题是，时觉加速究竟能不能提高人类的创造力？考试中，如果你没有解开一道谜题的能力，再多的时间也许都是枉然。但另一种说法却认为，相对永生的人类获得了近乎无限的学习和试误机会，“无限猴子”自然可以获得无限的创造力。可当“现在”的时限被无限拉长，有限的脑力又能否应对爆炸的信息量呢？

遗憾的是，时觉并不能无限加快，且不论血液循环和能量代谢的限制，编码时间的电活动频率本身就是有极限的。

神经细胞是以一种多米诺骨牌的方式传递信号的，每次脉冲过后需要几毫秒时间来复位骨牌才能再次传递信号，所以在不改造其电生理结构的前提下，电活动信号接踵而至的极限也就是几百赫兹。纹状体的正常电活动频率大约为五赫兹，即使达到上述极限，也不过加快了一百倍左右，也许这就是时觉加速的生理极限了。考虑到计时中枢与外周那些复杂的反馈，这个理论值可能还会大大降低。

因此，为了进一步讨论时觉加速对人类感知和运动的影响，我们不妨撇开那些尚未阐明的时觉调控机制，将讨论前提简化为：“在精确脑控技术下，时觉加速仅仅加快了计时中枢的电活动频率。”

在时觉加速者眼中，外部世界的运动会相对减慢。我们很容易直观地认为光波的波长会“被拉长”，色觉会出现红移。但高级中枢并不能直接感受客观刺激，它反映的只是感受器的电化学变化，而客观刺激对感受器的作用不会随主观时觉而变化。颜色感觉取决于三种视锥细胞兴奋比例，时觉变化并不影响其构成，所以也不会影响颜色的主观“定性”。

但光强这样的“定量”特征就不一样了。时觉加速增加了计时中枢编码时间的速度，视觉通路中，代表光强的动作电位的频率相对下降，主观视野就会变暗。但人类视觉的光强范围从一个光子到阳光直晒跨越了十三个数量级，瞳孔调节和光感受器的钙调机制会很快参与明暗适应。所以除非突然加速，高速时觉也是不会造成明暗适应的困扰的。

同样作为“定性”的感知方式，按说对音调的知觉也不应该受到时觉加速的影响。但音调不能像色彩合成一样融合成复合音调，我们没有橙色可用时，可以用红黄两色来调和，但我们同时听到C、E两种音调，并不能用D调来代替。究其原因，视色素只有三种，耳蜗基底膜的宽度和厚度却是无极渐变的。同时，由于时觉加速者听到的语速减慢，就像慢放的磁带一样，会造成音调的降低。音强的编码方式和光强类似，这里不再赘述。

由于篇幅限制，本文仅以视听通道为例来讨论时觉对感知的影响。但需要注意的是，各个感觉通道是相互影响的，而且由于信号换能方式的不同，来自不同感觉通道的时间信息并不完全同步，比如视觉慢于触觉、触觉慢于听觉。这种差异本可以忽略不计，但极端的时间加速者扩大了视听通道的这种“时差”，一旦超过时序知觉阈限，便有可能出现画面慢于声音的奇怪感知。

时觉加速对运动的影响主要体现在提高中枢处理信息的效率而缩短反应时间，并不直接影响感觉和运动响应，所以脑力参与越多的活动，时觉加速带来的福利也就越大。比起跑步这类的程序化运动，乒乓球这样的意向性运动则会更受益于时觉的加速。

相比而言，我们的运动输出很可能跟不上中枢的加速。除了肌肉响应的限制，神经传导速度也不受时觉的影响，它只取决于神经纤维的种类。人体运动信号最快只能以每秒一百二十米的速度传播，也就是说，作为一个一米来高的正常人，如果时觉加速一百倍，你需要主观上超过一秒的时间去指挥你的腿。

除此之外，我们还必须在长期加速中考虑到能量供给的问题。

磷酸原和糖酵解系统供能的功率强大，但只能在运动早期维持约半分钟左右，如果运动持续，低功率但稳定持久的有氧氧化系统将占据能量供给的主导地位。也就是说，时觉加速带来的运动福利只能持续一小会儿，之后就会“有心无力”，需要通过休息蓄能，才能再度短暂地展现出“超乎寻常”的运动能力。

迅速补充外源性能量物质或许可以突破这一瓶颈，但这对我们的散热能力提出了考验。如果达到威尔斯所设想的那种极端运动加速，即便不会因代谢产热而自焚，也会因大量排汗而脱水暴毙，更遑论高强度运动带来的代谢紊乱、肌肉损伤，甚至心肺衰竭。

运动加速者必然对心力储备有着更高的要求。通常情况下，我们可以通过提高心率来增加心脏的血液输出，但心率过高时，心室来不及充盈，反而会导致搏出量大幅度降低。

最后，既然我们不应该也不能追求无限的时觉加速，那究竟什么样的时觉才最适合我们呢？

漫长的进化塑造了我们现在的时觉，至少被历史所证明，它是最适合地球人类的。可时代在进步，环境在变化，既然时觉是适应的产物，那也许就不存在一成不变的“最适加速率”。无论未来的我们生活在元宇宙还是外太空，它总会随着生存环境的变化而不断变化。

人类的时觉将何去何从，没有人知道答案。我们只知道，时间它从不匀速，我们也一直在改变。而你，做好准备，迎接优胜劣汰了吗？

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