今天早晨你上班準(zhǔn)時嗎?除了感謝交通大神的保佑外,你還得抽時間感謝一下自己的大腦。大腦內(nèi)部異常精確的
生物鐘使得我們可以感知時間的流逝,這項技能對于實現(xiàn)許多日常功能尤為重要。如果缺乏追蹤時間流逝的能力,我們早上可能會在浴室里一直耗下去。要是沒有某種不安的感覺在提醒,我們很可能開得過久而錯過了固定的高速出口。
但是,大腦如何生成這個可精確調(diào)節(jié)的心理時鐘呢?神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為,我們有不同的神經(jīng)系統(tǒng)來處理不同類型的時間,比如,維持晝夜的節(jié)奏,控制精細(xì)的身體運動時機(jī),以及感知時間的流逝。直到前不久,多數(shù)的神經(jīng)科學(xué)家仍然相信后一種時間處理——就是那種會警告你吃早餐耽誤的時間太久了的——是由同一個大腦系統(tǒng)支持的。然而,新的研究表明,單一神經(jīng)時鐘的模型可能過于簡單了。近期,加州大學(xué)歐文分校的神經(jīng)科學(xué)家在《神經(jīng)科學(xué)期刊》上發(fā)表了一項新的研究,該研究表明大腦實際上有另一套方法來感知時間流逝。該作者還提出,這第二套生物鐘不僅與主神經(jīng)的時鐘平行工作,甚至還有可能與之競爭。
過去的研究表明,大腦中一個叫紋狀體的區(qū)域是我們中心生物鐘的核心,它與周圍的大腦皮層整合時間信息。比如,當(dāng)人們留意時間過去多久時,紋狀體就會被激活;然而,對于帕金森氏綜合癥患者,他們?nèi)狈r間的概念。帕金森氏綜合癥是一種神經(jīng)功能退化病,打斷了患者大腦中對紋狀體的輸入。
對于時間流逝的
感知,要求大腦不僅能夠測量時間,還得保持對時間流逝的動態(tài)記憶。科學(xué)家們早已發(fā)現(xiàn),大腦中一個叫海馬體的區(qū)域?qū)?jīng)驗記憶非常重要。現(xiàn)在,他們相信,該區(qū)域在記憶時間流逝方面同樣重要。對動物腦部生物電的紀(jì)錄研究表明,海馬體內(nèi)的神經(jīng)元會對特定時刻有反應(yīng),但追蹤事件并非一定需要海馬體的參與。值得注意的是,海馬體受到損傷的人仍然可以精確記住短期時間的流逝,但記憶長的時間間隔則會產(chǎn)生困難。這些發(fā)現(xiàn)暗示,海馬體對響應(yīng)某些時間信息很重要,但不是對全部信息都重要。若如此,這個時間編碼用來做什么,為什么會這么有選擇性?
研究人員試圖通過訓(xùn)練大鼠區(qū)分不同的時間間隔來解開這個迷團(tuán)。他們通過獎勵機(jī)制來訓(xùn)練大鼠選擇不同的氣味,從而能夠讓大鼠顯示出它們感知到的時間流逝。在一些試驗之前,科學(xué)家還給大鼠注射了一種能夠暫時抑制海馬體活動的試劑。這樣,他們就可以測試正常工作的海馬體對區(qū)分不同時間間隔的必要性。
同對照組大鼠一樣,海馬體不工作的大鼠可以區(qū)分較大的時間間隔(比如,3分鐘和12分鐘),但對于相似的時間間隔(比如8與12分鐘)卻束手無策。這表明海馬體對區(qū)分相似的時間間隔很重要,但對于差異很大的間隔卻不是必須的。但奇怪的是,這種模式僅僅在較長的時間跨度下成立;海馬體不工作的大鼠不僅能區(qū)分較短尺度的時間間隔(比如1比1.5分鐘),并且能夠區(qū)分得更好。
所以,海馬體響應(yīng)時間流逝時,它還扮演著一個特別的角色。它特別能夠區(qū)分大尺度下的相似時間間隔——大約是幾分鐘。當(dāng)你知道自己沐浴了10分鐘而不是15分鐘時,你應(yīng)該感謝自己的海馬體。但當(dāng)你感知到1和1.5分鐘,或者20分鐘與1小時的差異時,則是其它的大腦區(qū)域接管了內(nèi)部計時器。
盡管海馬體具備這樣高度特化的功能有點怪,但這與我們已知的它在其它方面功能相符。海馬體最出名的是它分區(qū)重疊物體或交叉經(jīng)驗的能力,即一種稱為模式分離的過程。這個研究表明它的模式可分辨經(jīng)驗的多個層面,探測到物體、場所和時間間隔的微妙差異。
對于按秒計時發(fā)生的事情,海馬體可能不會察覺,但我們的確能夠追蹤這些很快速的瞬間。考慮到紋狀體可追蹤以秒為單位的時間,作者認(rèn)為海馬體和紋狀體可能會相互競爭,比如海馬體休息時,紋狀體可能會比平時工作得更高效。盡管我不建議你損壞自己的海馬體(那樣你會招致更嚴(yán)重的問題),但那樣做在理論上的確會強(qiáng)化你追蹤極短時間間隔的能力。
目前仍不清楚這種抑制關(guān)系是相互的還是單向的。如果海馬體和紋狀體確實是獨立的、競爭的時鐘,紋狀體會抑制海馬體嗎,會像海馬體削弱紋狀體一樣嗎?科學(xué)家已知紋狀體損傷會招致一大堆時間處理上的故障。但是,將海馬體調(diào)整到高速檔會帶來特別的超能力嗎——比如特別能夠區(qū)分相似的長時間間隔?這還需要進(jìn)一步的研究。
因此,如果你明天上班準(zhǔn)時,要感謝的不僅僅是一個,而是你大腦內(nèi)部的多個時鐘,和一個健康的
海馬體。
來源:科學(xué)公園