導語
歲月如流，光陰似箭，歲月靜好。所有這些形容時間的詞，在不同情況下，都是我們對時間流逝高度可變的感知。這種主觀體驗在人類大腦中的體現如何呢？葡萄牙的科學家們已經開始揭開這個問題的面紗了。
（圖片來源：@GilCosta）
在里斯本尚帕利默未知技術研究中心(Champalimaud Centre for the Unknown)的神經科學家團隊已經發現，可以通過調控小鼠腦的深部區域中某些神經元的活動來誘導動物低估或高估固定時間間隔的持續時間。換句話說，他們在小鼠的腦中第一次確定了調節判斷經過時間的神經回路。
大腦是如何產生這種對時間的可變估計的？由Learning Lab實驗室的項目負責人Joe Paton、博士生Sofia Soares和博士后 Bassam Atallah，給出了這個長期存在神經生物學上的問題在神經生物學上的答案，現已發表于《Science》。不僅于此，他們的研究結果也可以幫助解釋：為何當我們覺得有趣時，時間猶如白駒過隙，而當我們感到無聊時，時間卻慢得像一只蝸牛。
Learning Lab團隊在研究神經科學如何判斷持續時間方面已-經多年，更有趣的是，了解大腦如何將原因與效果相聯系，甚至隨著時間的延長效果隨之延伸。最近，Paton的兩個朋友都發生了嚴重的事故，在事故發生的幾個小時之間，當事人卻感覺像事故發生了幾個星期。Paton在思考一直在研究的神經元可能在這個幻覺中發揮了什么作用。
時間的流逝似乎是一個難以捉摸的概念，從神經生物學的角度來研究它可能顯得不可能。不像視覺或聽覺，對時間的判斷不能追溯到一個像眼睛或耳朵的感覺器官，Paton解釋說，這使其神經基礎更難以確定。
但是時間的挑戰比這更深：我們每個人都非常清楚時間本身的客觀存在及其流動已被一些理論物理學家質疑。然而，估計持續時間的能力顯然對任何動物的生存都至關重要。例如，想象一只兔子在開闊的地形喂養，它逗留的時間越久，被捕食者捕獲的可能性就越大。 Paton說，“對于從環境中吸收信息、決定何時預期發生事件、何時參與或脫離行動，時間都非常重要。”
所以，難怪我們都能感覺到時間，但是大腦中產生了什么，才讓我們有這種重要的、主觀的經驗？
為了解開這種內在的和普遍感知的神經生物學，Learning Lab有興趣研究某些多巴胺釋放神經元（多巴胺是大腦的化學信使之一或神經遞質）在大腦深處的結構，稱為中腦黑質密集體，對時間處理發揮著作用。
Paton在《Science》中寫道，多巴胺神經元牽涉許多與時間估計變化相關的心理因素和失常癥。諸如動機，注意力，感覺改變，新奇性，恐懼或感覺快樂的情緒因素，在Paton的實驗中，給大鼠可怕的刺激，它的多巴胺釋放急劇下降。在人類中，黑質的破壞導致帕金森病，損害對時間的感知。
選擇對多巴胺神經元更仔細地觀察，是因為它們能投射到紋狀體上，Paton的研究小組之前對紋狀體進行過徹底地研究，并發現紋狀體傳遞的信息支持時序行為。移除多巴胺輸入到紋狀體的神經元，會導致選擇性的時間損失。
1小鼠與偉大的時間
科學家們開始訓練小鼠執行涉及計時的任務，“訓練小鼠做出分類判斷為了區分感知是否為新的”Paton補充說，這種感官模式（如視覺）已經研究了幾十年。這種方法甚至已經用于時間方面的研究。第一作者Atallah說，“然而，當開始訓練老鼠并報道它們對時間的判斷，我們懷疑小鼠是否可以對時間進行判斷！”。
為了克服這一點，研究人員不得不使用現代的分子和遺傳工具，能在快時間段測量和調控多巴胺神經元。 “沒有人設法在時間流逝方面這樣做”，Soares說。 “到目前為止，關于多巴胺在時間辨別力中的作用有許多矛盾的結果”。
（圖片來源： @GilCosta）
那么他們到底做了什么呢？ Paton解釋說，首先，我們訓練小鼠估計兩種音調之間的時間間隔，間隔時間是短于還是長于1.5秒。經過幾個月的訓練，小鼠變得相當擅長時間間隔的判斷。小鼠將他們的鼻子放在右（表示時間間隔較短）或左（表示時間間隔較長）的端口，來表示它們自己的選擇。在任務期間，聲調之間的間隔會發生變化，如果小鼠選擇正確的答案（正確地估計時間），則它們將被獎勵。
第二部分是被動測量信號，用纖維光度測定技術反映中腦黑質密度的多巴胺神經元的電活動。具體來說，使用遺傳工具使其在神經元活動時發出熒光，研究者測量發射光的強度。由于熒光指示了在光纖尖端周圍的許多神經元的電活動，這就允許我們間接監測這些神經元在任務期間的活動變化。通過熒光信號觀察到在第一和第二聲調開始時神經元活動增加。但更重要的是，研究人員發現神經元活動本身的增加并不總是有相同的振幅。Soares說，“我們看到的是，神經元活動的增加越大（在第一和第二音調），動物越傾向于低估間隔的持續時間；增加越小，動物越傾向高估間隔的持續時間。”熒光強度間接預測多巴胺神經元的時間間隔判斷的實驗表明，多巴胺神經元的電活動實際上與動物的時間間隔的判斷密切相關。
2因果關系
在這一點上，Learning Lab想知道他們是否發現這些神經元的活動與大腦跟蹤時間的方式之間的相關性，或兩者之間的因果關系。神經元的活動實際上是否能誘導小鼠對間隔時間辨別的改變？這些神經元似乎反映了關于動物估計持續時間的信息，但是它們能控制自己的時間感嗎？為了解決這個問題，Learning Lab進行了第三輪實驗，通過使用光遺傳學的方法，使光以特定和快速的方式操控（刺激或沉默）這些神經元，以便觀察光刺激神經元對動物行為的影響。
研究發現，如果刺激神經元，那么老鼠傾向于低估持續時間；如果沉默神經元，那么傾向于高估持續時間。而這個結果與前面的實驗中觀察到的小鼠腦內信號，一起證明了多巴胺神經元的活性足以改變動物判斷時間流逝的方式，這是研究的主要結果。
人類多巴胺神經元的活性也可以來改變判斷時間流逝的方式么？我們有相同類型的神經元，它們控制我們感知持續時間的方式，并且這些神經元可以被操控來改變我們對過去時間的主觀體驗嗎？這種效應如何導致多巴胺能系統功能障礙的注意力缺失癥或成癮癥？根據研究人員的研究結果，很可能在人類腦中也有相似的神經回路。但問題是，研究中對小鼠進行的測量的感知，不能等同于人類的感覺。
“當我們研究動物時，我們唯一可以衡量的是動物的行為，但我們從未判斷它們的感知是什么”Paton說，“我們將這解釋為動物的主觀體驗”。
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