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时间的脚步为啥时快时慢,地经济学家发现了与

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-11-08 23:06

大多数人都能感受时间的流逝。但同样是一分钟时间,你在不同的场景下可能会有截然不同的感受:与自己爱慕的人相谈甚欢时它可能短得像只有几秒,但在听一堂枯燥乏味的课时它却可能长得像一个小时。从“春宵苦短”到“一日不见如三秋兮”,在各式各样的情境下,人们对时间流逝的感受不尽相同。

  这篇文章讲的是,我们对时间的感知,是受到多巴胺影响的。

世界上最精确的时钟以稳定的速度运行,每3亿年只有大约1秒的时间。

时间的脚步为啥时快时慢,地经济学家发现了与复杂的念头。近日据外媒报道,华盛顿大学医学院研究人员发表在《CELL》(《细胞》上的一项研究表明,一组称为伤害性感受神经元的细胞在小鼠断裂点之前变得非常活跃。它们能释放痛敏肽,一种抑制多巴胺的复杂分子,并且与复杂的动机、奖励系统有关。

是什么左右着我们对时间间隔的判断?近日,葡萄牙的尚帕利默未知科学研究中心(Champalimaud Centre for the Unknown)的神经生物学家约瑟夫·帕顿(Joseph J. Paton)课题组在小鼠的脑部发现了一组和时间判断有关的神经元。他们发表在《科学》杂志上的结果[1]也许能为“快乐不知时日过”这样的现象提供解释。

我们可能都有过这样的经历,快乐兴奋时感觉光阴似箭,痛苦无聊时又感觉度日如年。也就是说,情绪状态会影响我们对时间的感知,这种体验背后的原因是什么呢?

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通过发现放弃背后的科学,将为复杂的动机和奖励系统提供新的见解,同时这项研究是首次描述复杂伤害吸收调节系统的影响。研究人员说,这一发现可能会帮助人们在抑郁时找到动力,反过来也会降低药物滥用障碍的形成。

betway必威官网手机版 2帕顿(上图)的两个朋友曾经遭遇意外。从得知消息到被告知朋友会好起来不过区区几小时,帕顿却感觉自己像熬了几个星期一样。他的研究组做出的结果可能帮助解释人为什么会有这样的时间感知。图片来源:research.janelia.org

多巴胺大家都知道吧,是一种大脑分泌的神经传导物质,由大脑当中的多巴胺能神经元分泌,可以影响人的情绪。比如,运动会促进多巴胺的分泌,所以运动后我们会很兴奋。一直以来,很多科学家都认为多巴胺的分泌,和时间感知之间也存在着某种联系。但这个说法一直没有定论。不过最近,葡萄牙科学家约瑟夫·佩顿等几位研究者,在《科学》杂志上发表了一篇论文,在这两者之间找到了比较准确的答案。

但是大脑会采取那些有节奏的时间并产生自己的时间感 - 拉伸蜱虫并碾碎屁股。但为什么大脑不能像常规时钟那样保持时间?换句话说,为什么当你玩得开心的时候会飞,为什么当你感到无聊时它就会消失?

痛敏肽神经元位于中脑腹侧被盖区附近,VTA有着大量能在愉悦活动中释放多巴胺的神经元。尽管科学家们之前已经研究了快速、简单的神经递质对多巴胺神经元的影响,但这项研究是首次描述这种复杂的痛觉调节系统的影响。

小鼠来当“计时员”

具有计时功能的手表和手机固然能帮我们准确计时,但即使不借助这些工具,人类和许多动物也能对流逝的时间进行估计。小鼠就是掌握这种“计时”能力的生物之一。以水作为奖励,帕顿和同事训练小鼠用鼻子指示自己对时间长短的判断:参与实验的小鼠将会听到两个提示音,这两个信号的间隔有长有短,而它们需要判断这间隔是长于还是短于1.5秒。只有正确的判断会使得它们获得奖励。经过几个月的训练,小鼠们就已经精于此道。

betway必威官网手机版 3小鼠的时间判断实验设计。实验开始时,小鼠将鼻子伸入在中间的孔,当两次声音播放完毕后,它们需要选择将鼻子伸进“长间隔”(左侧)或“短间隔”(右侧)。做出正确的选择时,它们会得到奖励。图片来源:参考文献[1]

此前的一些研究提示,位于中脑的多巴胺神经元的活动可能直接影响动物对时间的估计能力。帕顿和同事也将关注点放在这些神经元所在的位置。通过让小鼠中脑出的神经元在活跃时发出荧光,帕顿和同事靠测定光度来检测这些神经元在小鼠进行实验时的活跃状况。他们发现,这些神经元会在三个时刻特别兴奋:听到第一个提示音、听到第二个提示音以及做出了正确的选择得到奖励时。不过,小鼠们也并不是总能选对答案(人类也一样)。研究者发现,如果小鼠没选对而没捞到奖励,它们中脑处的多巴胺神经元就不会在做出选择之后再次兴奋。看起来,多巴胺神经元的活动与小鼠所参与的时间判断实验是有关的。

为了搞清楚多巴胺和时间感知之间的关系,研究人员利用小鼠做了几次实验。想用小鼠做实验,首先面对的挑战就是,要让小鼠学会感知人类的时间,比如一秒到底是多长。为此,佩顿和他的同事们特意设计了一套“小鼠时间训练法”,让小鼠可以判断1.5秒是多长时间。

大脑如何追求时间取决于它的期望。纽约哥伦比亚大学欧文医学中心的神经科学家Michael Shadlen博士说,大脑可以代表事情发生的可能性,因为它尚未发生。[2018年我们了解大脑的10件事]

研究人员表示:“我们最大的发现是,被称为神经肽的大型复杂神经递质通过作用于VTA对动物行为有非常强大的影响。这一发现可能会帮助人们在抑郁时找到动机,反过来也会降低药物滥用障碍的形成。”

只是相关,还是因果?

但实验只做到这里,还不足以在多巴胺神经元与计时功能之间建立因果关系。为此,帕顿和同事对这些神经元的活动模式进行了更细致的分析。由于第二个提示音的响起对小鼠来说意味着“奖励马上就要来啦!”,它们中脑处的多巴胺神经元在此时的反应会比第一个提示音响起时更加强烈。

显然,当两个声调的间隔越接近1.5s,小鼠们就越难准确判断自己听到的是“长间隔”还是“短间隔”。在这种情况下,研究者发现中脑的多巴胺神经元对第二个提示音的反应越剧烈,小鼠就越倾向于认为两个信号之间的时间短于1.5秒——不管实际情况是长于还是短于。反之,如果这些神经元对第二个声音的活跃程度越低,小鼠们在实验中就越可能将鼻子伸向指示“长”的位置。但是,在小鼠容易做出正确判断(比如遇到的间隔是2.4秒或0.6秒)时,上述的规律则并不明显。这意味着,小鼠在实验中的决策不但受这些多巴胺神经元的活跃程度影响,也的确依赖于两次声音刺激之间的时间间隔。

betway必威官网手机版 4研究者把参与实验的小鼠按照第二声提示音后的多巴胺神经元活跃程度分成高(蓝色)中(灰色)低(红色)三组,发现小鼠在面对较为困难(时间间隔接近1.5s)的任务时,低组的小鼠更倾向于做出“长间隔”判断,而高组的小鼠更倾向于做“短间隔”的判断。但在面对相对简单的任务时,它们做出的判断几乎不受神经元活性影响。横轴为间隔时间,纵轴为小鼠选择“长间隔”的概率。图片来源:参考文献[1]

但研究者仍然还不能确定这些神经元的活动变化能否导致小鼠的选择变化。为了找出答案,他们利用了光遗传学方法,人为改变小鼠中脑处这些多巴胺神经元的活跃情况,观察小鼠对提示音间隔的判断会不会受影响。结果符合他们的预期——当抑制多巴胺神经元活性时,小鼠更倾向于做出“长间隔”的判断,而在激活多巴胺神经元活性时,小鼠更倾向于做出“短间隔”的判断。换句话说,对这一位置的多巴胺神经元活动进行干预,就足以改变小鼠对时间间隔的判断。

帕顿的研究证实了中脑里的多巴胺神经元在判断时间间隔中发挥的作用。在我们人类身上,或许也是它们在掌管我们对时间的感知——快乐能够自然地让我们的多巴胺能神经系统变得活跃,而恐惧则会抑制这一系统的活动,我们眼中的时间也相应流动得更快或更慢。

虽然有关这一领域的研究才刚刚开始,科学家还需要更多的实验证据来说明多巴胺到底与我们的时间观念有何联系。但至少,我们能够更好地回答文章最初的问题:为什么我们会觉得“春宵苦短”?也许是因为那个让你快乐的分子,悄悄推动了你的时间轴。

(编辑:Calo)

研究者做了一个有三个孔洞的训练装置,小鼠的鼻子一开始放在中间的孔洞里。这个时候,研究人员会播放两段音调相同、但时间间隔小于1.5秒的声音。如果小鼠把鼻子从中间的孔洞挪到右边的孔洞,研究人员就会给它奖励;当两段声音间隔大于1.5秒时,小鼠把鼻子挪到左侧的孔洞里,就会得到奖励。经过几个月的反复训练,小鼠逐渐可以判断1.5秒这个时间的长短了。

Shadlen告诉Live Science,每一个想法都有各种各样的“视野”。例如,在一本书中,视野位于每个音节的末尾,每个单词的结尾,下一个句子的结尾等等。他说,时间根据我们预测这些视野的方式而变化。

这个发现是通过观察寻找蔗糖的老鼠的神经元而得到的。研究人员将蔗糖放进一个洞里,老鼠必须通过嗅觉才能才能发现蔗糖。一开始很容易,然后变成两个洞,然后是五个,借着成倍增加,直到最后所有的老鼠都放弃了寻找蔗糖。神经活动记录显示,当小鼠停止寻找蔗糖时,这些“消极”或“沮丧”的神经元变得最活跃。

参考文献:

  1. Soares, Sofia, Bassam V. Atallah, and Joseph J. Paton. "Midbrain dopamine neurons control judgment of time." Science 354.6317 (2016): 1273-1277.

接下来,研究者利用遗传技术,在小鼠的脑内植入了一种特殊的蛋白。这种蛋白可以在多巴胺能神经元被激活时,发出特定波长的荧光。研究者就可以通过光的强弱,来间接地测量出这个神经元活动的强弱。

Shadlen说,当你真正全神贯注于某种东西时,大脑会预测到“大局”并看到近距离和远距离的视野,这让时间似乎在颤动。但是当你感到无聊时,你会期待更接近的视野,例如句子的结尾而不是故事的结尾;这些视野不是整体编织在一起的,时间也在爬行。

在哺乳动物中,在哺乳动物中,追求奖励的神经回路是由保持体内平衡的机制来调节的,而这种机制倾向于保持内部稳定以适应环境变化。研究人员指出,在野外的动物不会力在资源稀缺的环境中寻求奖励,因为这样会带来暴露于捕食者或能量消耗的风险,因此持续寻求不稳定的回报可能是不利的。

文章题图:erdavd.deviantart.com

研究人员发现,在实验当中,小鼠的多巴胺能神经元活动越剧烈,小鼠越会低估1.5秒的持续时间;反之呢,小鼠就会高估1.5秒的持续时间。简单来说,就是多巴胺释放得越多,小鼠越感到“光阴似箭”;而当多巴胺减少时,小鼠就容易觉得“度日如年”。

大脑中没有一个点能够以这种方式感知时间。Shadlen说,相反,任何产生思想和意识的领域都可能参与这项任务。

研究人员表示,人类这些调节过程中的缺陷可以表现为行为功能障碍,包括抑郁、上瘾和饮食失调。而我们的这些发现可能会对那些动机神经元功能不正常的患者有很大帮助。

小鼠的这种反应会是巧合吗?为了进一步验证这个结论,佩顿和同事们又利用光遗传学技术,设计了另一组实验。他们使用的光遗传蛋白有两种,分别是兴奋性和抑制性光遗传蛋白。如果小鼠的多巴胺能神经元当中,有兴奋性的光遗传蛋白,那么当它受到光刺激时,多巴胺的分泌就会变多;反之,如果有抑制性的光遗传蛋白,受到光刺激时,多巴胺的分泌就会变少。有了光遗传技术,研究者可以通过对光线强弱的控制,来实现多巴胺分泌量的控制。

betway必威官网手机版,“几乎可以肯定,大脑中存在大量的计时机制,”葡萄牙私人生物医学研究基金会Champalimaud基金会的神经科学家Joe Paton补充道。(这些主观时间机制与昼夜节律无关,或者我们的身体如何与我们星球的24小时轮换相关联。)

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这次的实验结果再次表明,当光刺激促使神经元释放更多的多巴胺时,小鼠会感到“光阴似箭”;如果抑制了这些神经元,那小鼠则容易感到“度日如年”。

一种机制涉及当您进行活动时,脑细胞相互激活并形成网络的速度。这些神经元形成的路径越快,我们感知时间的速度就越快,Paton和他的团队在啮齿动物身上发现了。

值得一提的是,大脑中其实很多部位都会分泌多巴胺,而这次实验,主要研究了脑部的一个特定区域。为什么选择这个区域呢?研究人员说,因为帕金森病会破坏这个脑区,所以帕金森患者对时间的判断也会出现障碍。现在研究已经发现,得了抑郁症或者帕金森症的患者,他们的多巴胺能神经元活动更平缓,所以才总感觉“时间过得慢”。而对于躁狂症患者来说呢,他们的多巴胺能神经元活动更剧烈,所以会感觉“时间过得快”。

另一种机制涉及大脑中的化学物质。同样,在啮齿类动物中,Paton和他的同事发现,一组释放神经递质多巴胺的神经元- 一种参与感觉奖励的重要化学物质 - 会影响大脑感知时间的方式。当你玩得开心时,这些细胞会更活跃,它们释放出大量的多巴胺,你的大脑判断时间已经过去的时间比实际时间短。当你没有乐趣时,这些细胞不释放多巴胺,时间似乎减慢。

尽管这项研究还只在动物身上进行,实验结果能不能用在人类身上,还需要更多关于人类实验研究结果的支持。但是不可否认,这项研究会为今后的脑科学研究提供重要的思路。

目前尚不清楚为什么我们的大脑在追踪时间时没有系统的准确性。但佩顿说,它可能具有进化优势。“生活是一系列我应该留下或应该离开的决定,”Paton告诉Live Science。这种内在的时间感可以帮助动物决定什么时候留在某个地方是有益的。

以上就是这项研究的主要内容,供你参考。

但是当你回顾过去时,事件的感知持续时间涉及大脑记忆的方式,斯坦福大学心理学和公共心理健康与人口科学的兼职教授David Eagleman博士说。他说,为新记忆编码的神经元网络比不是新奇的东西更密集。当你回头看时,那些更密集的网络似乎让记忆持续的时间更长。

本文源自:公众号“知识分子”(光阴似箭还是度日如年?可能是多巴胺的问题!)   

例如,如果你想要长途飞行,但你总是需要长途飞行,你可能会记得它比当时看起来更快,因为你的大脑并没有留下太多记忆,他说。

此文是老卢的微商笔记:

此外,“随着年龄的增长,时间似乎加快了,”伊格曼告诉Live Science。当你还是个孩子的时候,一切看起来都很新奇,因此你的大脑会建立密集的网络来记住那些事件和经历。然而,作为一个成年人,你已经看到了更多,所以这些事件并没有促使创造这样的记忆。那么,你回顾一下你年轻时说的那句话,“那个时间到了哪里去了?”

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