在科幻大片《駭客帝國》的經典場景中，生活開始以慢動作執行。槍支對著主角尼奧射擊，但子彈飛行的速度就像穿過糖漿一樣——我們英雄的快速反應使他能夠跳出危險地帶。我們許多人在事故或其他生死攸關的情況下都經歷過類似的事件減速。你看到路上的樹枝，踩下剎車，似乎過了很長時間才知道你是否避免了碰撞，或者是否為時已晚。
當然，我們知道物理時間不會因為我們主觀上感到壓力而客觀地減慢。但是，我們真的能在令人恐懼的情況下更快地思考和行動嗎？最近，貝勒醫學院的神經心理學家大衛·M·伊格曼決定找出答案，他要求心理學研究生從150英尺高的金屬腳手架上跳入安全網中心。
在他們自由落體期間，他的人體“炮彈”手腕上佩戴著顯示器，數字在顯示器上快速連續出現。這些數字閃爍得非常快，以至於在正常情況下無法辨認。伊格曼想知道，在極度恐懼的情況下，測試物件是否可以在每個時間間隔內獲取更多資訊。換句話說，主觀時間的減慢是否能讓他們辨認出原本難以辨認的快速移動的數字？
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毫不奇怪，他的學生嚇得魂不附體。此外，他們報告說，他們的墜落似乎花費了實際時間的兩倍。然而，他們在閱讀顯示器上的數字方面，並不比在不那麼驚險的情況下的人做得更好。
伊格曼的實驗戲劇性地表明，有意識的人類頭腦——儘管具有驚人的觀察、認知和推理能力——可能是一個非常糟糕的時鐘。我們的時間感會隨著許多因素而加速或減速，包括恐懼和壓力。我們的頭腦很容易進入這種“時間錯覺”狀態，在這種狀態下，我們對時間的判斷（以及我們躲避子彈的感知能力）肯定不可信。一個多世紀以來，認知科學家一直在研究我們大腦的計時能力，以及它們與我們有意識的時間感之間的關係。儘管付出了這些努力，但理解其潛在機制仍然是現代認知神經科學麵臨的最大挑戰之一。
良好的時鐘
我們有意識的頭腦所表現出的糟糕的時間感更加令人困惑，因為在其他方面，我們的大腦被證明是非常精確的計時器。例如，考慮一下對運動的無意識控制。任何嘗試過網球的人都知道，運動員只有十分之幾秒的時間來預測球將落在哪裡，如何定位自己的身體以及以什麼角度回球。其他運動任務，如步行、雜耍或駕駛，也依賴於亞秒級精確計時的運動動作。
如此精確的運動執行表明，動物的大腦包含一個或多個生物鐘。就像裝飾我們手腕的手錶和出現在從汽車儀表板到微波爐的一切事物上的計時器一樣，這些生物鐘大概依賴於對週期性發生的恆定模式的檢測和計數。在我們的例子中，大腦中神經細胞脈衝的週期性爆發——很像節拍器的節拍——構成了一個完美的時間訊號，可以被其他神經元“計數”。
在運動控制的情況下，大腦中的許多區域必須協調起來才能產生適當的運動動作。這些區域包括皮質區域網路以及皮質下核，如基底神經節，但時間和步速資訊似乎起源於小腦。由於其結構，該區域特別適合計時任務。小腦外層大型浦肯野細胞的樹突形成了一個平行且均勻間隔的網格，其他神經元的軸突垂直穿過該網格。由於電脈衝傾向於以相同的速度穿過這些垂直軸突，因此運動訊號可以非常精確地計時和同步。
然而，大腦能夠精確測量的不僅僅是突然的抽搐。更長的時間尺度似乎也參與其中。例如，即使在幾天內被剝奪了外部時間線索，人們仍然會在相對規律的時間表上完成睡眠、醒來和進食的週期。在 20 世紀 30 年代，當時在克拉克大學的生理學家哈德森·霍格蘭假設，由體內化學過程驅動的中央時鐘可能是這種規律性的原因。但直到 20 世紀 80 年代初，研究人員才在大腦中找到了可能的候選者：視交叉上核 (SCN)。
這個由僅僅 3000 多個神經元組成的小簇位於視神經交叉上方——或多或少直接位於眼睛後方——在調節生物體的睡眠-覺醒週期中起著至關重要的作用，這涉及到體溫、激素代謝和總體警覺水平。SCN 向附近的垂體發出節律性訊號，垂體然後將信使物質釋放到血液中，並釋放到松果體，松果體負責褪黑激素的產生和釋放。這是一個略多於 24 小時的自然週期——這就是為什麼它被稱為晝夜節律（拉丁語 circa 的意思是“大約”，dies 的意思是“天”）。
經常乘坐飛機的人和輪班工人非常清楚晝夜節律的永續性。洲際航班後的時差反應或因輪班工作而導致的特殊方向感喪失可能需要幾天才能消退，因為身體的自然節律會適應新的環境或時間表。
告訴我何時
具有諷刺意味的是，儘管大腦似乎擁有精確的生物鐘，但我們心靈的眼睛似乎無法讀取它們。相反，一分鐘、一小時或一天對我們來說顯得有多長或多短，差異很大，並且可能取決於多種不同的影響因素，包括生理因素，如體溫和疲勞，或精神障礙，如精神分裂症和抑鬱症。研究表明，即使是 LSD 和可卡因等藥物也可能產生深遠的影響，加速或減緩主觀時間的流逝。
因此，時間的心理體驗——就像所有其他感官一樣——可以被我們的身體狀態可預測地影響。在體溫的情況下，這可能是最確定的：高溫與主觀時間的延長有關，而低溫與主觀時間的縮短相對應。換句話說，發燒的人肯定會覺得給定的時間段比沒有發燒的人更長。
但伊格曼的“跳高”實驗和許多其他實驗表明，使用心理觸發因素很容易操縱我們的時間感，透過簡單地改變感官輸入或情緒狀態來縮小和擴大我們對一分鐘或一小時的感覺。
例如，當我們受到大量新的、快速變化的或複雜的刺激時，例如當我們玩引人入勝的影片遊戲時，時間會過得非常快。大概我們有限的注意力資源被快節奏的感知情況的需求所吸收。相反，在低刺激時期——例如在排長隊或執行例行任務時——時間似乎過得很慢。
事後看來，情況大相徑庭，正如英國基爾大學的心理學家約翰·韋登在 2005 年所證明的那樣。他向一組測試物件展示了一段 9 分鐘的電影《世界末日》片段。第二組在等候室裡度過了相同的時間，無所事事。哪一組主觀上感覺時間過得更快？毫無疑問，對於那些觀看電影片段的人來說，時間飛逝。
然而，當研究人員在稍後一段時間再次詢問測試物件時，那些在實驗期間坐在等候室裡無所事事的人估計時間比那些觀看電影的人短了整整 10%。事後看來，事件豐富的時期顯得更長，而無聊的階段則顯得更短。似乎至關重要的是積累的記憶數量。豐富而多樣的記憶與較長的時間段相關，而強度較低或相似的記憶與較短的時間段相關。這清楚地表明，時間的主觀體驗源於注意力和記憶過程的相互作用——有些人說是副產品。
三秒規則
然而，人類至少可以準確地估計一個時間間隔。這種奇怪的持久能力最早是由時間研究的早期先驅卡爾·馮·維爾德特在 1868 年描述的，他將這個時間間隔稱為“無差異點”。研究物件估計，持續時間短於三秒的音調持續時間比實際持續時間長，而持續時間長於三秒的音調則被報告為較短。
三秒無差異點——主觀印象和客觀持續時間大致相同的間隔——在過去一個世紀中一直沒有改變。鑑於過去 100 年來的技術和社會革命——以及文化加速——這種一致性似乎相當引人注目。現代高速交通和快速通訊造就了匆忙的生活方式。電視和影片片段加速了我們的視覺習慣。然而，這個關鍵的三秒閾值似乎仍然不變，這表明它在很大程度上是根植於大腦中的。
一些專家認為，這個相同的時間視窗可能與時間的另一個方面有關，即我們對現在的體驗。慕尼黑大學的腦研究人員恩斯特·珀佩爾等人都持這種觀點。珀佩爾創造了“主觀現在”這個術語，用來描述時間中狹窄的鞍部，它既不是完全過去，也不是幾乎不屬於未來——心理上的“現在”。
珀佩爾從以下示例等觀察結果中得出結論：嘗試儘可能快地說一系列無意義的音節，如“ba kyoo ba kyoo ba kyoo”。即使在很短的時間後，這些聲音也會融合到單元中。在某個時候，它們會自動讓你想起亞塞拜然的首都巴庫或古巴。然而，語義順序不是保持不變的；音節的分組變化得相當快，從巴庫到古巴，然後再回到巴庫。正如受控實驗所表明的那樣，這種週轉平均每三秒發生一次。
那時和現在
我們的頭腦構建我們豐富的時間概念的另一種方式是透過時間順序的質量來說明的——頭腦決定事件的順序。時間心理學家發現，這種能力有一些有趣的特徵，尤其是在對非同時性和序列的感知方面。感知的按時間順序排列的解析度決定了兩個閃光、針刺或聲音是分別出現還是同時出現。如果刺激在特定閾值以下呈現——換句話說，快速連續呈現——它們會融合在一起，我們體驗到它們是同步的或連續的。
每個感官通道都有自己的所謂融合閾值——我們的聽力非常敏銳，按時間順序排列的解析度為兩毫秒；相比之下，我們的視覺通常會被 40 毫秒的間隔所淹沒。如果情況不是這樣，電視螢幕上的動作對我們來說就會顯得像是快速連續的瞬間快照，而不是我們實際感知到的平穩移動的物體。正是“懶惰”的視覺裝置將這些印象在空間和時間上聯絡在一起。
此外，實驗表明，檢測按時間順序排列的同步性和辨別感官印象的順序是兩種完全不同的動物。測試物件可能會感知到以 20 毫秒的間隔發生的兩次點選是非同步的；然而，他們可能無法分辨出兩種不同的聲音中哪一種先出現。為此，刺激需要間隔至少 40 毫秒。
時間守護者還是節奏組的追隨者？
我們大腦的多少部分參與創造我們的時間感，或者它們究竟做什麼，仍然不清楚。研究最活躍的領域之一集中在識別影響時間估計的組織區域。例如，對腦損傷患者的研究表明，如果小腦因事故或中風而部分受損，患者通常在執行精細運動任務方面會遇到很大困難——但在識別幾秒鐘的間隔的能力方面也會遇到很大困難。如果神經損傷涉及額葉，一個人可能會報告說，持續幾秒鐘的聲音只不過是“咔噠”一聲。
在 2003 年的一項研究中，羅馬托爾維爾加塔大學的賈科莫·科赫和他的同事採取了不同的方法，透過使用經顱磁刺激來扭曲健康人的時間間隔估計。這項技術將強大的電磁場聚焦在大腦的一個區域，暫時擾亂區域性神經元功能。這些研究人員發現，當他們的受試者的額葉成為目標時，受試者始終低估了聲音的持續時間。
從這項工作中，一件事情立即變得顯而易見。我們的頭腦不依賴
於我們大腦中的單個時鐘——可能無數的神經元模組可能有助於我們的時間感。然而，更根本的是，研究人員爭論大腦的任何神經元迴路是否實際上專門用於有意識地測量時間，或者時間感知機制是否完全彌散在整個大腦中。為了支援前一種觀點，華盛頓大學的神經生物學家邁克爾·沙德倫在 2005 年進行了一項實驗。他訓練恆河猴將目光固定在電腦螢幕上的一個點上；該點會在一段可變的時間後消失。這種消失是動物等待特定時間量的訊號，然後觀察其視野的特定部分，它們會因此獲得果汁獎勵。
與此同時，沙德倫記錄了頂葉或更準確地說是在外側頂內區 (LIP) 中單個神經元的電活動。研究人員發現，這些神經元的活動模式與經過的時間以及預期獎勵的時間密切相關——它們反映了長達幾秒鐘的等待間隔即將結束的可能性。過於簡單地說，這些神經元的功能有點像雞蛋定時器。沙德倫認為，在它們的自然棲息地，許多動物經常尋找某些食物來源，為了完成這項任務，它們需要對經過的時間進行認知表徵。沙德倫的報告是首次描述此類表徵的直接關聯——在 LIP 中專門神經細胞的水平上。
或者，杜克大學的沃倫·梅克和維拉諾瓦大學的馬修·馬特爾質疑是否存在特定的“時間神經元”。相反，他們識別出了一種高度敏感的節律檢測器，紋狀體，它是基底神經節的一部分。梅克和馬特爾還訓練動物（在本例中為大鼠）適應特定的時間間隔。如果齧齒動物在正確的時間按下按鍵，食物顆粒就會掉進它們的籠子裡。正如紋狀體的細胞追蹤顯示的那樣，在學習間隔的結束時，該區域伴隨著劇烈的活動爆發。但這些研究人員認為，這種活動是紋狀體對來自大腦各處的訊號進行取樣的結果——正如基底神經節與大多數皮質大腦區域緊密相連這一事實所表明的那樣。梅克和馬特爾將大腦比作音樂會期間的交響樂團，紋狀體扮演聽眾的角色；音樂中週期性模式的重現表明學習的時間間隔已經結束。
換句話說，他們認為沒有專門的秒錶。我們的時間感是由於大腦出於其他原因而進行的大量節律性活動而產生的，這與心理學研究表明注意力和記憶效應很容易扭曲時間體驗相符。然而，這個模型的問題在於，在大腦交響曲中，無數的聲音在任何給定時間齊聲歌唱。是什麼使紋狀體能夠識別出一種週期性收斂比另一種更重要？這個問題有待未來的研究。
開放領域
圍繞是否存在專門的計時神經元的爭論突出了時間感知研究的一個特點，這使得跟蹤和參與其中令人興奮：它是認知神經科學的一個領域，其中基本問題仍然有待解答。相比之下，科學家們多年前甚至幾十年前就已經確定了各種視覺功能的專用神經元的存在，以及其他感官中的類似神經元。在未來幾年，腦成像和其他技術的進步預計將為時間研究人員在這方面產生新的重要見解。
然而，我們可能永遠無法真正知道，為什麼進化賦予了我們幾種高度可靠的感官，這些感官是神經工程的真正奇蹟，但卻給我們留下了一種如此容易扭曲的時間流逝感。儘管所有進化論的解釋都具有高度推測性，但我將提出一個可能的理由。每一秒的流逝都代表著生物體生命中有限的機會資源。如果我是一個食物採集者，並且花費數小時而沒有捕捉到晚餐，那麼沉悶時刻的緩慢拖延有助於提醒我繼續前進並減少損失。另一方面，如果我在每個角落都能找到食物，那麼幾個小時就會像幾分鐘一樣飛逝，我很高興繼續塞滿我的麻袋。因此，這種彈性時間感可能比精確的時間感更能幫助動物更好地管理它們的活動。當您發現自己有很多時間時，這值得思考。