在科幻大片《黑客帝国》的经典场景中，生活开始以慢动作运行。枪支对着主角尼奥射击，但子弹飞行的速度就像穿过糖浆一样——我们英雄的快速反应使他能够跳出危险地带。我们许多人在事故或其他生死攸关的情况下都经历过类似的事件减速。你看到路上的树枝，踩下刹车，似乎过了很长时间才知道你是否避免了碰撞，或者是否为时已晚。
当然，我们知道物理时间不会因为我们主观上感到压力而客观地减慢。但是，我们真的能在令人恐惧的情况下更快地思考和行动吗？最近，贝勒医学院的神经心理学家大卫·M·伊格曼决定找出答案，他要求心理学研究生从150英尺高的金属脚手架上跳入安全网中心。
在他们自由落体期间，他的人体“炮弹”手腕上佩戴着显示器，数字在显示器上快速连续出现。这些数字闪烁得非常快，以至于在正常情况下无法辨认。伊格曼想知道，在极度恐惧的情况下，测试对象是否可以在每个时间间隔内获取更多信息。换句话说，主观时间的减慢是否能让他们辨认出原本难以辨认的快速移动的数字？
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毫不奇怪，他的学生吓得魂不附体。此外，他们报告说，他们的坠落似乎花费了实际时间的两倍。然而，他们在阅读显示器上的数字方面，并不比在不那么惊险的情况下的人做得更好。
伊格曼的实验戏剧性地表明，有意识的人类头脑——尽管具有惊人的观察、认知和推理能力——可能是一个非常糟糕的时钟。我们的时间感会随着许多因素而加速或减速，包括恐惧和压力。我们的头脑很容易进入这种“时间错觉”状态，在这种状态下，我们对时间的判断（以及我们躲避子弹的感知能力）肯定不可信。一个多世纪以来，认知科学家一直在研究我们大脑的计时能力，以及它们与我们有意识的时间感之间的关系。尽管付出了这些努力，但理解其潜在机制仍然是现代认知神经科学面临的最大挑战之一。
良好的时钟
我们有意识的头脑所表现出的糟糕的时间感更加令人困惑，因为在其他方面，我们的大脑被证明是非常精确的计时器。例如，考虑一下对运动的无意识控制。任何尝试过网球的人都知道，运动员只有十分之几秒的时间来预测球将落在哪里，如何定位自己的身体以及以什么角度回球。其他运动任务，如步行、杂耍或驾驶，也依赖于亚秒级精确计时的运动动作。
如此精确的运动执行表明，动物的大脑包含一个或多个生物钟。就像装饰我们手腕的手表和出现在从汽车仪表板到微波炉的一切事物上的计时器一样，这些生物钟大概依赖于对周期性发生的恒定模式的检测和计数。在我们的例子中，大脑中神经细胞脉冲的周期性爆发——很像节拍器的节拍——构成了一个完美的时间信号，可以被其他神经元“计数”。
在运动控制的情况下，大脑中的许多区域必须协调起来才能产生适当的运动动作。这些区域包括皮质区域网络以及皮质下核，如基底神经节，但时间和步速信息似乎起源于小脑。由于其结构，该区域特别适合计时任务。小脑外层大型浦肯野细胞的树突形成了一个平行且均匀间隔的网格，其他神经元的轴突垂直穿过该网格。由于电脉冲倾向于以相同的速度穿过这些垂直轴突，因此运动信号可以非常精确地计时和同步。
然而，大脑能够精确测量的不仅仅是突然的抽搐。更长的时间尺度似乎也参与其中。例如，即使在几天内被剥夺了外部时间线索，人们仍然会在相对规律的时间表上完成睡眠、醒来和进食的周期。在 20 世纪 30 年代，当时在克拉克大学的生理学家哈德森·霍格兰假设，由体内化学过程驱动的中央时钟可能是这种规律性的原因。但直到 20 世纪 80 年代初，研究人员才在大脑中找到了可能的候选者：视交叉上核 (SCN)。
这个由仅仅 3000 多个神经元组成的小簇位于视神经交叉上方——或多或少直接位于眼睛后方——在调节生物体的睡眠-觉醒周期中起着至关重要的作用，这涉及到体温、激素代谢和总体警觉水平。SCN 向附近的垂体发出节律性信号，垂体然后将信使物质释放到血液中，并释放到松果体，松果体负责褪黑激素的产生和释放。这是一个略多于 24 小时的自然周期——这就是为什么它被称为昼夜节律（拉丁语 circa 的意思是“大约”，dies 的意思是“天”）。
经常乘坐飞机的人和轮班工人非常清楚昼夜节律的持久性。洲际航班后的时差反应或因轮班工作而导致的特殊方向感丧失可能需要几天才能消退，因为身体的自然节律会适应新的环境或时间表。
告诉我何时
具有讽刺意味的是，尽管大脑似乎拥有精确的生物钟，但我们心灵的眼睛似乎无法读取它们。相反，一分钟、一小时或一天对我们来说显得有多长或多短，差异很大，并且可能取决于多种不同的影响因素，包括生理因素，如体温和疲劳，或精神障碍，如精神分裂症和抑郁症。研究表明，即使是 LSD 和可卡因等药物也可能产生深远的影响，加速或减缓主观时间的流逝。
因此，时间的心理体验——就像所有其他感官一样——可以被我们的身体状态可预测地影响。在体温的情况下，这可能是最确定的：高温与主观时间的延长有关，而低温与主观时间的缩短相对应。换句话说，发烧的人肯定会觉得给定的时间段比没有发烧的人更长。
但伊格曼的“跳高”实验和许多其他实验表明，使用心理触发因素很容易操纵我们的时间感，通过简单地改变感官输入或情绪状态来缩小和扩大我们对一分钟或一小时的感觉。
例如，当我们受到大量新的、快速变化的或复杂的刺激时，例如当我们玩引人入胜的视频游戏时，时间会过得非常快。大概我们有限的注意力资源被快节奏的感知情况的需求所吸收。相反，在低刺激时期——例如在排长队或执行例行任务时——时间似乎过得很慢。
事后看来，情况大相径庭，正如英国基尔大学的心理学家约翰·韦登在 2005 年所证明的那样。他向一组测试对象展示了一段 9 分钟的电影《世界末日》片段。第二组在等候室里度过了相同的时间，无所事事。哪一组主观上感觉时间过得更快？毫无疑问，对于那些观看电影片段的人来说，时间飞逝。
然而，当研究人员在稍后一段时间再次询问测试对象时，那些在实验期间坐在等候室里无所事事的人估计时间比那些观看电影的人短了整整 10%。事后看来，事件丰富的时期显得更长，而无聊的阶段则显得更短。似乎至关重要的是积累的记忆数量。丰富而多样的记忆与较长的时间段相关，而强度较低或相似的记忆与较短的时间段相关。这清楚地表明，时间的主观体验源于注意力和记忆过程的相互作用——有些人说是副产品。
三秒规则
然而，人类至少可以准确地估计一个时间间隔。这种奇怪的持久能力最早是由时间研究的早期先驱卡尔·冯·维尔德特在 1868 年描述的，他将这个时间间隔称为“无差异点”。研究对象估计，持续时间短于三秒的音调持续时间比实际持续时间长，而持续时间长于三秒的音调则被报告为较短。
三秒无差异点——主观印象和客观持续时间大致相同的间隔——在过去一个世纪中一直没有改变。鉴于过去 100 年来的技术和社会革命——以及文化加速——这种一致性似乎相当引人注目。现代高速交通和快速通信造就了匆忙的生活方式。电视和视频片段加速了我们的视觉习惯。然而，这个关键的三秒阈值似乎仍然不变，这表明它在很大程度上是根植于大脑中的。
一些专家认为，这个相同的时间窗口可能与时间的另一个方面有关，即我们对现在的体验。慕尼黑大学的脑研究人员恩斯特·珀佩尔等人都持这种观点。珀佩尔创造了“主观现在”这个术语，用来描述时间中狭窄的鞍部，它既不是完全过去，也不是几乎不属于未来——心理上的“现在”。
珀佩尔从以下示例等观察结果中得出结论：尝试尽可能快地说一系列无意义的音节，如“ba kyoo ba kyoo ba kyoo”。即使在很短的时间后，这些声音也会融合到单元中。在某个时候，它们会自动让你想起阿塞拜疆的首都巴库或古巴。然而，语义顺序不是保持不变的；音节的分组变化得相当快，从巴库到古巴，然后再回到巴库。正如受控实验所表明的那样，这种周转平均每三秒发生一次。
那时和现在
我们的头脑构建我们丰富的时间概念的另一种方式是通过时间顺序的质量来说明的——头脑决定事件的顺序。时间心理学家发现，这种能力有一些有趣的特征，尤其是在对非同时性和序列的感知方面。感知的按时间顺序排列的分辨率决定了两个闪光、针刺或声音是分别出现还是同时出现。如果刺激在特定阈值以下呈现——换句话说，快速连续呈现——它们会融合在一起，我们体验到它们是同步的或连续的。
每个感官通道都有自己的所谓融合阈值——我们的听力非常敏锐，按时间顺序排列的分辨率为两毫秒；相比之下，我们的视觉通常会被 40 毫秒的间隔所淹没。如果情况不是这样，电视屏幕上的动作对我们来说就会显得像是快速连续的瞬间快照，而不是我们实际感知到的平稳移动的物体。正是“懒惰”的视觉装置将这些印象在空间和时间上联系在一起。
此外，实验表明，检测按时间顺序排列的同步性和辨别感官印象的顺序是两种完全不同的动物。测试对象可能会感知到以 20 毫秒的间隔发生的两次点击是非同步的；然而，他们可能无法分辨出两种不同的声音中哪一种先出现。为此，刺激需要间隔至少 40 毫秒。
时间守护者还是节奏组的追随者？
我们大脑的多少部分参与创造我们的时间感，或者它们究竟做什么，仍然不清楚。研究最活跃的领域之一集中在识别影响时间估计的组织区域。例如，对脑损伤患者的研究表明，如果小脑因事故或中风而部分受损，患者通常在执行精细运动任务方面会遇到很大困难——但在识别几秒钟的间隔的能力方面也会遇到很大困难。如果神经损伤涉及额叶，一个人可能会报告说，持续几秒钟的声音只不过是“咔哒”一声。
在 2003 年的一项研究中，罗马托尔维尔加塔大学的贾科莫·科赫和他的同事采取了不同的方法，通过使用经颅磁刺激来扭曲健康人的时间间隔估计。这项技术将强大的电磁场聚焦在大脑的一个区域，暂时扰乱局部神经元功能。这些研究人员发现，当他们的受试者的额叶成为目标时，受试者始终低估了声音的持续时间。
从这项工作中，一件事情立即变得显而易见。我们的头脑不依赖
于我们大脑中的单个时钟——可能无数的神经元模块可能有助于我们的时间感。然而，更根本的是，研究人员争论大脑的任何神经元回路是否实际上专门用于有意识地测量时间，或者时间感知机制是否完全弥散在整个大脑中。为了支持前一种观点，华盛顿大学的神经生物学家迈克尔·沙德伦在 2005 年进行了一项实验。他训练恒河猴将目光固定在电脑屏幕上的一个点上；该点会在一段可变的时间后消失。这种消失是动物等待特定时间量的信号，然后观察其视野的特定部分，它们会因此获得果汁奖励。
与此同时，沙德伦记录了顶叶或更准确地说是在外侧顶内区 (LIP) 中单个神经元的电活动。研究人员发现，这些神经元的活动模式与经过的时间以及预期奖励的时间密切相关——它们反映了长达几秒钟的等待间隔即将结束的可能性。过于简单地说，这些神经元的功能有点像鸡蛋定时器。沙德伦认为，在它们的自然栖息地，许多动物经常寻找某些食物来源，为了完成这项任务，它们需要对经过的时间进行认知表征。沙德伦的报告是首次描述此类表征的直接关联——在 LIP 中专门神经细胞的水平上。
或者，杜克大学的沃伦·梅克和维拉诺瓦大学的马修·马特尔质疑是否存在特定的“时间神经元”。相反，他们识别出了一种高度敏感的节律检测器，纹状体，它是基底神经节的一部分。梅克和马特尔还训练动物（在本例中为大鼠）适应特定的时间间隔。如果啮齿动物在正确的时间按下按键，食物颗粒就会掉进它们的笼子里。正如纹状体的细胞追踪显示的那样，在学习间隔的结束时，该区域伴随着剧烈的活动爆发。但这些研究人员认为，这种活动是纹状体对来自大脑各处的信号进行采样的结果——正如基底神经节与大多数皮质大脑区域紧密相连这一事实所表明的那样。梅克和马特尔将大脑比作音乐会期间的交响乐团，纹状体扮演听众的角色；音乐中周期性模式的重现表明学习的时间间隔已经结束。
换句话说，他们认为没有专门的秒表。我们的时间感是由于大脑出于其他原因而进行的大量节律性活动而产生的，这与心理学研究表明注意力和记忆效应很容易扭曲时间体验相符。然而，这个模型的问题在于，在大脑交响曲中，无数的声音在任何给定时间齐声歌唱。是什么使纹状体能够识别出一种周期性收敛比另一种更重要？这个问题有待未来的研究。
开放领域
围绕是否存在专门的计时神经元的争论突出了时间感知研究的一个特点，这使得跟踪和参与其中令人兴奋：它是认知神经科学的一个领域，其中基本问题仍然有待解答。相比之下，科学家们多年前甚至几十年前就已经确定了各种视觉功能的专用神经元的存在，以及其他感官中的类似神经元。在未来几年，脑成像和其他技术的进步预计将为时间研究人员在这方面产生新的重要见解。
然而，我们可能永远无法真正知道，为什么进化赋予了我们几种高度可靠的感官，这些感官是神经工程的真正奇迹，但却给我们留下了一种如此容易扭曲的时间流逝感。尽管所有进化论的解释都具有高度推测性，但我将提出一个可能的理由。每一秒的流逝都代表着生物体生命中有限的机会资源。如果我是一个食物采集者，并且花费数小时而没有捕捉到晚餐，那么沉闷时刻的缓慢拖延有助于提醒我继续前进并减少损失。另一方面，如果我在每个角落都能找到食物，那么几个小时就会像几分钟一样飞逝，我很高兴继续塞满我的麻袋。因此，这种弹性时间感可能比精确的时间感更能帮助动物更好地管理它们的活动。当您发现自己有很多时间时，这值得思考。