本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
我一直知道我们人类对时间的概念掌握得相当薄弱，但直到几周前，当我参加由基础问题研究所（Foundational Questions Institute）组织的关于时间本质的会议时，我才意识到它有多么薄弱。这次会议，甚至比 FQXi 之前的努力更像是一场不同学科的混搭：基础物理学、哲学、神经科学、复杂性理论。正如物理学家兼博主萨宾·霍森费尔德所指出的，跨越学术学科可能被高估了，但它确实很有趣。就像萨宾一样，我每天都在思考行星、暗物质、黑洞——它们对我来说已经变得平凡。但是大脑——现在那才是奇异的东西。因此，我全神贯注地听神经科学家们讲述我们的大脑如何感知过去、现在和未来。“感知”这个词可能不够有力：我们的大脑构建过去、现在和未来，有时会严重出错。
华盛顿大学的神经科学家凯瑟琳·麦克德莫特首先引用了著名记忆研究员恩德尔·图尔文的话，他将我们记住过去和预测未来的能力称为“心理时间旅行”。你不会在一群物理学家面前轻易使用“时间旅行”这个短语，对他们来说，这个概念不是一个方便的隐喻，而是一个非常真实的可能性。但是，当你听到我们的大脑如何在时间中滑行——以及我们的记忆如何不仅提供与过去的联系，还提供与未来的联系时——你就会理解图尔文的观点。
麦克德莫特概述了病人 K.C. 的案例，他的失忆症甚至比根据电影《记忆碎片》改编的更广为人知的H.M.还要严重。K.C. 在 1981 年的一次摩托车事故中患上了逆行性失忆症和顺行性失忆症。（文献中没有说他是否戴了头盔，但请以此为鉴。）他记不起几分钟前发生的事情。他保留了事实和技能，但记不起自己做过任何事情或去过任何地方。
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具有启发意义的是，他不仅记不起过去，也无法想象未来。当研究人员要求他想象自己可能会去的地方时，他说他看到的只是一片“巨大的空白”。麦克德莫特合作过的另一位病人可以抽象地解释未来，但他说他无法想象自己在其中。
为了研究没有脑损伤的人对过去和未来的感知，麦克德莫特对 21 名大学生进行了 fMRI 大脑扫描，要求他们回忆过去发生的具体事件，然后想象自己处于未来的特定场景中。主观上，两者感觉非常不同。然而，扫描结果显示了相同的活动模式。大脑各处散布的区域被点亮；我们的时间感知是分散的。作为对照，麦克德莫特还要求学生回忆涉及比尔·克林顿的事件（据推测，他们没有亲身参与），模式非常不同。在一项后续研究中，麦克德莫特要求 27 名学生预测在熟悉和不熟悉的地方发生的事件。熟悉事件的大脑扫描与回忆行为的大脑扫描相似；不熟悉事件的扫描则与众不同。
最重要的是，记忆对于构建我们在未来的情景至关重要。轶事证据支持了这一点。我们向前投射和回忆过去的能力都在 5 岁左右发展，并且擅长记忆的人也表示对未来有生动的想法。
麦克德莫特的同事亨利·罗迪格研究元认知——思考思考本身。我们对自己的记忆表达不同程度的自信。我们如何做到这一点显然是法院系统的一个问题。新泽西州最高法院最近收紧了对证人证词的考虑标准，理由是存在误报的风险。罗迪格指出，假阴性受到的关注较少，但也同样糟糕。最糟糕的目击者充满了激情，而最好的目击者却缺乏所有信念。在这两种情况下，无辜的人都可能被送上死囚牢房，而有罪的人则逍遥法外。
认知心理学家发现，自信有时与准确性相关，有时则不然。罗迪格给志愿者做了一个记忆词汇测试。他们必须学习一份单词列表；之后，他们会被呈现一系列单词，并且必须指出每个单词是否在原始列表中。他们还必须说出他们对自己的答案有多自信。
每当我听到这样的测试时，我都会为坏消息做好准备。但罗迪格说，人们实际上做得很好，他们的自信分数与他们回忆的准确性相符。他们的盲点是可以预测的。当呈现不在列表上但与列表上的单词是同义词时，他们在回忆准确性和自我评估方面都系统地搞砸了。研究结果与目击者的情况相符。我们大致上是对的，但很容易被类似的情况和面孔所迷惑。
这并不是说我们的记忆是计算机闪存的故障百出的湿件版本；而是计算机的比喻根本不适用。罗迪格说，我们只存储发生的事情的片段——我们将其编织在一起，感觉像一个无缝叙述的印象。当我们检索记忆时，我们也会重写它，以便下次我们去回忆它时，我们检索的不是原始记忆，而是我们上次回忆的记忆。因此，每次我们讲故事时，我们都会润色它，同时仍然真诚地相信我们记忆的真实性。
所以对你抓到 150 磅鲶鱼的朋友放松一点。他不是有意识地撒谎，这就是为什么他说话时充满信念，但这仍然不意味着你应该相信他的故事。迷惑是人类的本性；接受我们迷惑，则是神圣的。
说到鱼，正如西北大学的神经科学家马尔科姆·麦基弗曾经对我说过的，电鱼是神经科学的果蝇——研究我们如何感知世界的模式生物。麦基弗在 FQXi 会议上讲述了他对一种亚马逊电鱼进行的令人震惊的全面、不遗余力的研究，他使用了从超级计算机流体模拟到鱼的工作模型（捕捉在这个视频中）甚至艺术装置的所有方法。
这种鱼产生一个大约每厘米 1 毫伏，频率范围为 50 到 2000 赫兹的电场。水蚤是它的猎物，会通过扰乱电场暴露自己。（你可以根据这个概念构建一个接近传感器。我用它来控制我书房的灯。）让鱼类学家感到兴奋的是，当这条鱼出去捕猎时，它不是笔直向前游，而是以与其身体轴线成 30 度角的角度游动——这是一种看似荒谬的行为，几乎使水的阻力增加三倍。
但是，麦基弗证明了，这种方向也增加了电场感知的有效水体积。这条鱼在机械效率和感觉效率之间取得了平衡。概括这一见解，他区分了生物体周围的两个不同体积：感觉体积（它可以扫描猎物的区域）和运动体积（它可以直接到达的区域）。对于这条鱼和大多数其他水生动物来说，这两个体积的大小相当——再往远处看也没有意义。鱼的触角不会超出它的掌握。
然而，对于陆地动物来说，情况则大相径庭：它们的感觉体积比它们的运动体积大得多，因为光在空气中传播的距离比在海水中传播的距离远得多。因此，当我们的祖先从海里爬出来时，他们获得了提前计划自己行为的机会。他们不再局限于对直接刺激做出反应，而是有时间在移动之前观察场景并进行思考。能够利用感觉体积和运动体积差异的动物获得了进化优势。
麦基弗推测，这为意识的进化奠定了基础。毕竟，意识是什么，但不是在环境中制定计划并获得一些优势的能力，而不是在危机中跌跌撞撞？心理学家布鲁斯·布里奇曼在 20 世纪 90 年代初提出了这种意识观点。麦基弗在他的博客 Science Not Fiction 今年早些时候的帖子中详细阐述了这一点。
神经科学的有趣之处在于你可以自己做实验。贝勒医学院的大卫·伊格尔曼开始把我们当作他的测试对象。通过几种视觉错觉，他证明了我们都生活在过去：我们的意识落后于实际事件 80 毫秒。“当你认为事件发生时，它已经发生了，”伊格尔曼说。
在这些错觉之一中，闪光滞后效应，当物体移动经过时，会出现一道光闪烁，但我们不会看到两者是重合的；两者之间似乎存在轻微的偏移。通过改变实验的参数，伊格尔曼表明，发生这种情况是因为大脑试图追溯性地重建事件，有时会出错。他认为，原因是，我们的大脑试图从一系列时间到达的刺激中创建一个关于世界连贯的图景。如果你同时触摸你的脚趾和鼻子，你会同时感觉到它们，即使来自你鼻子的信号首先到达你的大脑。你同时听到和看到一个拍手的声音，即使听觉处理比视觉处理快。我们的大脑也会掩盖信息中的空白，例如眨眼。“你的意识会费尽周折地同步事物，”伊格尔曼说。但这意味着最慢的信号决定了节奏。
隐藏感知过程中的后勤细节的代价是，我们总是慢一拍。大脑必须取得平衡。悉尼的认知心理学家Alex Holcombe有一些巧妙的演示，表明某些形式的运动感知需要一秒或更长的时间才能注册，而我们的大脑显然不能等待那么久。我们对世界的看法是在我们观看的过程中形成的。
80毫秒规则在我们身上玩弄各种感知上的把戏。只要拍手的人距离你不到30米，你就能听到和看到拍手同时发生。但是超出这个距离，声音到达的时间比光晚80毫秒以上，大脑不再将视觉和听觉匹配起来。奇怪的是，这种转变是突然的：拍手的人只要从你身边走开一步，就会从同步变为不同步。同样，只要电视或电影配乐在80毫秒内同步，你就不会注意到任何延迟，但是如果延迟时间再长一点，两者就会突然且令人恼火地变得脱节。发生速度快于80毫秒的事件会躲过意识的雷达。击球手在意识到投手甚至已经投球之前就已经挥棒了。
意识的凝聚力对于我们对因果关系的判断至关重要，因此对于我们的自我意识也至关重要。在一个特别隐蔽的实验中，Eagleman和他的团队要求志愿者按下按钮使灯闪烁——有一个轻微的延迟。在按下大约10次后，人们逐渐适应了这个延迟，开始看到灯在他们按下按钮后立即闪烁。然后实验人员缩短了延迟时间，人们报告说灯在他们按下按钮之前就闪烁了。
Eagleman推测，这种因果倒置可以解释精神分裂症。我们所有人都有一个内在的独白，我们安全地将其归因于自己；如果我们没有，我们可能会认为它是一个外部的声音。因此，Eagleman开始对被诊断患有精神分裂症的人进行同样的按钮闪烁实验。他报告说，改变延迟时间并没有导致他们改变对因果关系的评估。“他们只是不调整，”Eagleman说。“他们看不到幻觉。他们在时间上不灵活。”他冒险说：“也许精神分裂症从根本上来说是一种时间感知障碍。”如果是这样，它就提出了新的疗法，可以哄骗精神分裂症患者的大脑重新校准他们的时间感。
在Eagleman最出名的实验中，他试图找出为什么当我们感到恐惧时，时间过得更慢。大脑中真的发生了什么吗——例如，感知的时间分辨率加快了——还是我们只是事后才这么认为？在集思广益了一些可能无法通过大学伦理委员会审查的恐吓策略后，他决定让志愿者乘坐你在游乐园里找到的那些自由落体或魔鬼坠落游乐设施。他们戴着一块特殊的腕表，其数字计数速度太快，人们在正常情况下无法识别——认为如果感知真的加快了，人们就能够读取这些数字。
唉，他们做不到。尽管他们一直报告说，游乐设施所花费的时间大约比实际时间长三分之一，但这一定是记忆的把戏；他们的超敏锐度只是海市蜃楼。
我们的记忆变得扭曲，因为我们的大脑对新奇事物的反应比对重复事物的反应更强烈。Eagleman通过要求志愿者估计光闪烁的持续时间来研究这种效应；那些在一系列中首次出现或打破既定模式的闪烁似乎持续的时间更长。意识的这一特征，就像80毫秒规则一样，解释了我们日常经历的很多事情。当我们参加一个无聊的活动时，它似乎永远不会结束。但是当我们回顾它时，它却一闪而过。相反，当你在做一些令人兴奋的事情时，时间似乎飞逝，但是当你回顾它时，它却会延伸。在第一种情况下，没有什么可回忆的，所以你的大脑缩短了持续时间的感觉。在第二种情况下，有很多可回忆的，所以事件似乎扩大了。当你玩得开心时，时间过得很快，但是当你平静地回忆时，时间却在慢慢流逝。
我怀疑，我们对时间的感知中这种反向关系也解释了随着年龄增长，我们的经历如何变化。当你还是个孩子时，你会醒来说：“我还有一整天的时间。我怎么可能把它全部填满呢？”但是当你成年时，它更像是：“我有一天的时间。我怎么可能把所有事情都做完呢？”而且不要让我开始讨论人们如何发誓说他们孩子生命的第一年过得太快了。（第二个孩子通常足以消除他们的幻想。）
你可能从我对Eagleman谈话的冗长描述中看出，当时它似乎飞快地过去了。在场的物理学家认为这是会议的亮点之一。它不仅本身引人入胜，而且对他们也有一些专业的兴趣。所有的物理学理论都从感觉数据开始。正如Eagleman所说，“我们把我们的物理学建立在我们的直觉之上。”
我们也将我们的物理学建立在对感知限制的认识之上。诸如相对论之类的理论的全部意义在于将世界的客观特征与我们视角的伪像分开。过去二十年中关于时间和物理学和哲学方面最重要的书籍之一，Huw Price的《时间之箭与阿基米德点》认为，因果关系的概念源于我们作为世界中的代理人的经验，可能不是现实的根本特征。
时间在物理学中扮演着多种角色，从定义因果序列到为宇宙的展开提供方向。这些角色中有多少植根于我们大脑感知时间的偶然方式？一个以截然不同的方式感知时间的外星生物会如何构建物理学？
大脑图像由圣路易斯华盛顿大学提供。鱼图像由Malcolm MacIver实验室提供。