大脑是一个非常活跃的器官。我们灰质的各个角落的数百万个神经元发出无休止的信号流。许多神经元似乎自发地放电，没有任何可识别的触发因素。借助脑电图 (EEG) 和微电极记录等技术，大脑研究人员正在倾听我们头脑中的复调音乐会。任何精神活动都伴随着背景处理的持续增强和减弱。这种看似混乱的背后原理尚不清楚。然而，正如每个人都知道的那样，这种混乱创造了我们自己独特的、连续的意识流。
然而，将注意力长时间集中在一个物体上是非常困难的。我们的意识不断地从一个输入跳到另一个输入。我刚写完这句话，我的眼睛就从电脑屏幕移到窗外的树上。我能听到远处有狗叫声。然后我想起了这篇文章的截止日期——不会再延期了。我坚定地强迫自己输入下一行。
这种印象流是如何形成的？我们的感知真的像看起来那样连续吗？还是像电影中的帧一样，被分成离散的时间片段？这些问题是心理学家和神经科学家正在研究的最有趣的问题之一。答案将满足的不仅仅是我们的好奇心——它们将告诉我们，我们对现实的体验是准确的还是虚构的，以及我的虚构是否与你的不同。
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你看到那只动物了吗？
我们感知、思考或感觉到的任何事物都不会凭空进入我们的内心视野。每一个精神壮举都扎根于大脑中的特定过程。科学研究方法不太适合研究伴随我们意识体验的神经元过程。然而，关于主观体验的神经基础已经了解了很多。我的老朋友和同事，已故的弗朗西斯·克里克，和我一起创造了一个术语来描述这些迷人的过程：意识的神经关联物，或 NCC——与我们体验到的每一丝意识相关的神经元放电集。
我们该如何理解这些 NCC 的产生和消失？ 它们是否像雅典娜从宙斯的头中诞生一样——完全从无意识的大脑活动中形成，然后又立即溶解？ 这样一种全有或全无的原则肯定符合我们的主观体验，在这种体验中，一个想法或感觉突然出现，然后又消失了。 另一方面，NCC 可能会在较长时间内积累，直到它们侵入我们的意识，然后可能只会缓慢消退，直到它们变得非常微弱，以至于我们再也无法感知到它们。
爱沙尼亚塔尔图大学的心理学家塔利斯·巴赫曼提出了类似于第二种理论的观点。 巴赫曼认为，任何一种感觉的意识都需要时间，这与照片的显影过程相当。 任何有意识的感知——比如红色——都不会立即出现； 我们会逐渐意识到它。 大量实验工作似乎支持这一假设。
测量反应时间是研究意识时间结构的最明显方法。 早在 19 世纪，心理学家就让测试对象接触持续时间和强度各不相同的闪光。 他们试图发现一个人必须暴露在刺激中多长时间才能有意识地感知到它，以及两个刺激必须在时间上有多接近才能被感知为一个连续的感觉。
今天，研究人员在电脑屏幕上闪烁一个黑色小条，并要求受试者在识别出该条是垂直还是水平时立即按下按钮。 然而，以这种方式测量，反应时间不仅包括眼睛和大脑处理刺激所需的时间间隔，还包括所需的运动反应（按下按钮）所需的时间。
为了分离这些成分，法国图卢兹大脑与认知研究中心等的研究人员西蒙·J·索普测量了所谓的诱发电位——神经元电活动的改变。 这种大脑信号可以通过连接到头皮的电极捕获，就像在脑电图记录中一样。 在一项实验中，受试者被要求快速决定在屏幕上闪烁几分之一秒的图像是否包含动物。 即使他们不知道会投射出哪种动物，这项任务也并不困难。
结果表明，个人需要不到半秒的时间才能给出正确的答案。 当他们被要求按下按钮以指示图像是否显示汽车或其他交通工具时，时间也差不多。 然后，研究人员将动物图像触发的大脑反应与不含动物的场景引起的大脑反应进行了比较。 在呈现后的最初几分之一秒内，脑电图模式几乎相同。
神经冲动从眼睛视网膜传到头部后部的视觉中枢大约需要 30 到 50 毫秒。 到 150 毫秒时，动物图像反应的诱发电位与非动物图像之后的脑电位有所不同。 换句话说，在大约十分之一秒后，大脑皮层中的某些东西开始区分动物图像和非动物图像。 鉴于单个神经元的处理时间在毫秒范围内，这种分类非常迅速，并且只能通过大规模并行处理来完成。
然而，这个结果并不意味着信息“动物或非动物”可以在 150 毫秒内有意识地访问。 视觉是一闪而过的，但大脑需要更多时间来产生有意识的印象。
掩盖现实
当刺激快速连续出现时，可能会发生奇怪的事情，无论它们是视觉的、听觉的还是触觉的，都无关紧要。 例如，注册一个图像可能会扭曲之前或之后的图像，或者如果它们在监视器上快速闪烁，则会完全抑制它们。 心理学家将这种效应称为掩蔽。
掩蔽清楚地表明，我们的感知可能会严重偏离现实。 这种对感知的系统性扭曲教会了研究人员大脑用来构建其世界观的规则。 最常用的技术是后向掩蔽，其中掩蔽发生在初始刺激之后。 加利福尼亚大学戴维斯分校的神经心理学家罗伯特·埃夫隆发现，在这里，两种刺激可以完全融合。 当埃夫隆在一个 10 毫秒长的红光之后立即闪烁一个 10 毫秒长的绿光时，他的受试者报告说只看到一个闪光。 他们看到了什么颜色？ 黄色，而不是变成绿色的红光。 快速连续的两个图像有时会导致一个有意识的印象。
最近，法国奥赛 INSERM 的认知研究员 Stanislas Dehaene 使用掩蔽技术研究词语处理。 Dehaene 向躺在功能性磁共振成像 (fMRI) 扫描仪中的受试者快速连续地展示了一系列幻灯片。 幻灯片上是一些简单的单词，比如“狮子”。 这些单词出现的时间仅为 30 毫秒——刚好足够个人正确解码它们。 然而，如果目标词前后出现一系列随机图像，识别率就会急剧下降。
当看到这个词时，fMRI 机器记录到多个位置的剧烈大脑活动，包括视觉和语言中枢。 然而，当“狮子”这个词在屏幕上被紧随其后的随机图像掩盖时，大脑活动变得迟钝，并局限于视觉皮层中参与视觉早期阶段的部分。 掩蔽消除了对“狮子”的有意识识别； 只有视觉大脑的输入阶段被激活。
研究人员延长了刺激之间的时间间隔，但仍然实现了掩蔽——长达 100 毫秒。 这意味着，即使一个图像在先前图像十分之一秒后击中视网膜，也可能抵消对第一个图像的有意识感知。 然而，尽管掩蔽阻碍了视觉印象的发展，但它无法阻止无意识处理：受到鼓励猜测的测试对象通常正确识别了初始图像，即使它们已被掩盖而无法进行有意识的感知。
一瞬间有多长？
我们如何解释这种异常现象？ 第二个刺激甚至如何改变对已经到来的刺激的感知？ 想想两股海浪正逼近海滩； 如果它们以相同的速度移动，第二个海浪永远无法赶上第一个海浪。 但反馈机制参与了神经处理。 正如视觉皮层内甚至皮层和更深层大脑区域之间的神经信号开始来回穿梭一样，随后的信息可能会扭曲早期信息的处理。
掩蔽可以向后延伸多远的时间告诉我们大脑反馈回路中的时间延迟。 如果我们将实验得出的最大掩蔽跨度（约 100 毫秒）加到辨别视觉信号所需的 150 毫秒上，这意味着至少需要大约四分之一秒才能有意识地看到刺激。 根据其特征，时间跨度可能会更长，但几乎永远不会更短。 我们的感知似乎大大落后于现实——而我们并没有注意到这一点。
意识的神经关联物具有某种最短寿命，这种存在或多或少对应于我们经验中可以称为最小感知时刻的东西。 在所有可能性中，后向掩蔽期间随后的脑活动会干扰那些标志着目标刺激的开始和消失的过程。 反过来看，先前活动的残余会停留很短一段时间，并可能暂时阻止新的 NCC 的发展。 这种重叠的神经联盟之间的竞争可能是意识的一个重要特征。
感觉印象来来往往的原因有很多：眼球运动、注意力转移，或者只是感觉细胞变得疲劳。 例如，随着视觉输入的增加，视觉皮层的放电活动稳步上升，并且一旦达到某个阈值，可能会急剧上升。 这就是为什么，例如，短暂闪烁的光比相同强度的稳定光束显得更亮。 在最初的快速增加之后，稳定光束的感知亮度逐渐开始漂移到较低的值。
如果感知如此简单的输入都可能如此多变，那么想象一下大脑评估真实世界必须有多么复杂。 意识研究面临的重大问题之一是，我们周围的世界非常复杂且多方面。 物体很少能简化为像简单亮度或颜色那样容易测量的特性。 例如，一张脸的特征在于独特的形状、轮廓、颜色和纹理。 眼睛的位置和目光、嘴巴的表情、鼻子的形状、皮肤褶皱和瑕疵——我们如何将所有这些细节整合到一个统一的图像中，以传达一个人的身份、性别和情绪状态？
这个问题触及了所谓的结合问题的核心。 如果 NCC 在大脑中不同的处理中心在不同的时间出现，那么是否不应该以时间延迟来感知每个属性？ 大脑如何能够整合所有这些个体活动？
伦敦大学学院的神经生物学家塞米尔·泽基多年来一直在研究这个问题。 通过测量受试者如何感知在屏幕上移动时可以随机改变颜色的正方形，他表明，物体颜色的变化比物体运动方向的变化快 60 到 80 毫秒被看到。 也就是说，同一时刻的一个属性的注册时间与另一个属性的注册时间不同。 这一发现表明，意识的假定统一性可能没有太多真实性——至少当我们观察极短的时间跨度时是这样。
然而，这种差异很少在我们的日常生活中显现出来。 当一辆汽车从我身边疾驰而过时，它的形状似乎并没有落后于它的颜色，即使每个处理步骤——对形状、颜色、声音、速度和运动方向的感知——都需要我大脑的不同区域进行单独评估，每个区域都有其自身的动态和延迟。 由于大脑没有注册异步性的机制，因此可以快速达成统一的印象。 我们几乎从不意识到不同的时间延迟。 我们只是同时感知到一个物体的所有属性——尽管这个合成图像可能是不连贯的。
时间快照
意识的一个常见比喻是，我们生活在时间的河流中并体验事物。 这意味着感知从我们一天醒来的第一刻起一直顺利进行，直到我们晚上将头枕在枕头上。 但这种意识的连续性可能又是另一种错觉。 考虑一下患有严重偏头痛而导致电影视觉的患者。 根据提出这个术语的神经学家和著名作家奥利弗·萨克斯的说法，这些男女偶尔会失去他们的视觉连续感，而是看到一系列闪烁的静止图像。 这些图像不会重叠或看起来叠加； 它们只是持续时间太长，就像一部电影卡在定格画面上，然后突然向前跳跃以赶上实时移动场景。
萨克斯描述了一位医院病房里的妇女，她开始往浴缸里放水洗澡。 当水升到一英寸深时，她走到浴缸边，然后站在那里，被水龙头迷住了，浴缸里的水溢出来，流到地板上。 萨克斯走到她身边，碰了碰她，她突然看到了溢出的水。 她后来告诉他，她脑海中的图像是水从水龙头流到一英寸深的水中，直到他碰了她，才发生进一步的视觉变化。 萨克斯本人在饮用萨卡乌（一种在密克罗尼西亚流行的醉人饮料）后也经历过电影视觉，他将摇曳的棕榈树描述为一系列静止图像，就像电影放映得太慢，其连续性不再保持。
这些临床观察表明，在正常情况下，我们几乎或根本不会注意到感觉的时间分裂。 我们的感知似乎是一系列单独快照的结果，是一系列瞬间，就像单独的、离散的电影帧，当快速滚动过去时，我们将其体验为连续运动。 重要的是，我们体验到在或多或少同一时刻发生的事件是同步的。 而按顺序到达我们的事件则按该顺序感知。
根据研究的不同，这种快照的持续时间在 20 到 200 毫秒之间。 我们尚不知道这种差异反映了我们仪器的粗糙程度，还是神经元的某些基本特性。 尽管如此，这种离散的感知快照可能解释了时间有时似乎过得更快或更慢的常见观察。
假设由于某种原因，每个时刻的快照持续时间增加，因此每秒拍摄的快照更少。 在这种情况下，外部事件看起来会更短，时间似乎会飞逝。 但是，如果单个图像的持续时间较短——单位时间内图像数量较多——那么时间似乎会过得更慢。
经历过车祸、自然灾害和其他创伤事件的人经常报告说，在戏剧性事件的高潮时，一切似乎都慢动作了。 目前，我们对大脑如何调节我们的时间感知知之甚少。
事实上，如果较大的神经元群体的变化联盟是意识的神经关联物，那么我们最先进的研究技术不足以跟踪这个过程。 我们的方法要么以粗略的时间分辨率（例如，fMRI，它跟踪秒级时间尺度上的缓慢功耗）覆盖大脑的大片区域，要么我们精确地（在千分之一秒内）记录数十亿神经元中的一个或少数神经元的放电率（微电极记录）。 我们需要覆盖整个大脑的精细仪器，以了解分散在各处的数千个神经元如何协同工作。 最终，这种程度的询问可能会使我们能够利用技术来操纵我们的意识流。 就目前情况而言，这只是一个梦想。