大腦時間相對論:遇危險時人是否感知時間變慢

科特勒

2010年07月02日10:25  

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  為了弄明白為什麼當人面對可能危及生命的險境時會感覺時間變慢了,我們的記者在達拉斯的零重力驚悚游樂園裡被從15樓的高度扔了下去。


  從頂部起跳到落 在網子上,下落45米的整個過程隻需要2.6秒鐘。但大多數人都說他們感覺時間持續了4秒以上。

  理解大腦對時間流逝的感知將幫助我們找到治療精神疾病的方法。但對時間的感知卻是很難度量的,為了解決這個難題,科學家想出了一個古怪的辦法:讓人從45米高處自由落體,看他們的大腦是如何切換到慢動作模式的。

  文/科特勒 圖/加內特、亨茲

  我被結結實實地捆綁起來,吊到了45米的空中。4根巨大的鋼梁支撐著我的重量,現在,在方圓幾千米的范圍內,數我站得最高。我正准備成為科學史上運動得最快的人,卻實在難以抑制住胃裡的早餐不斷向上翻涌的沖動。

  位於達拉斯的零重力驚悚游樂園裡的這台游樂設施的正式名稱是“懸挂空中飛人”,但這裡的工作人員通常稱之為“一張網”。因為當操作員鬆開我身上的繩索時,我便會無牽無挂地開始自由下落,直到最后落到下面那張經過改裝的馬戲團保險網上。可怕的自由落體過程總共持續了不到3秒鐘,但對我來說,感覺卻要漫長得多。而這,正是此項試驗的關鍵所在。

  對大腦對時間流逝的感知的研究已經不再僅僅是哲學家的課題了。在過去幾十年中,醫學掃描和電腦分析技術的進步讓科學家已經能夠以毫秒為單位來監控大腦的活動。探明大腦如何處理與時間相關的信息,將有助於揭開一些精神疾病的成因。但一些最基礎的問題仍然困擾著研究人員,特別是對所謂“時間膨脹”的解釋——這個理論認為當生命遇到威脅時,人就會感覺時間放慢了腳步。我所進行的這次自由落體試驗,就是美國貝勒醫學院的神經科學家大衛·依格曼為解決這個問題而設計的一組試驗中的最后一項內容。

  在我的手腕上戴著一個感知計時器——基本上它就是兩塊LED屏幕,每塊屏幕上都不斷隨機閃爍著從1~9的數字。在我被吊起之前,這個計時器的數字切換速度被設定為我剛好無法清楚地讀出上面的數字。如果依格曼的理論是正確的,也就是在遇到危險時大腦對時間的感知會減慢,那麼我就應該能夠以一種慢動作的狀態看清上面的數字,就像是電影《黑客帝國》裡面的主角可以看到飛行的子彈一樣。不過前提是,我要始終睜開我的雙眼。

  大腦中的時間旅行

  最近幾年,科學家已經發現,我們在每天24小時中有規律的睡眠/醒來的生理節奏,是由約1萬個大腦細胞所組成的視交叉上核神經元負責控制的。而依格曼的研究焦點,是要確切地找出其中的每一時刻都發生了什麼。他設在貝勒醫學院的感知與行為實驗室,也是目前惟一專注於通過試驗獲得關於人們對時間感知的可靠數據的研究機構。

  依格曼是從視覺開始他的研究生涯的,2000年,他對“閃爍滯后效應”產生了興趣,科學家對這種視覺錯覺現象一直沒有找到滿意的解釋。在電腦屏幕上,一個中間是藍色的圓圈圍繞一個固定的點做圓周運動,每過一會兒,圓圈中央的藍色部分就在幾分之一秒的時間內變成白色。有時候,你會感覺這些不停做圓周運動的白色和藍色的圓圈看上去仿佛是重合在了一起。在對數十名學生進行了這項試驗之后,依格曼認為這可能是一種時間錯覺,受到欺騙的其實是你的大腦,而不是眼睛:為了解釋短暫閃現出的白色,大腦會提前假想出藍色將在幾毫秒后出現的位置,並將它與進入你的意識中的實際視覺感受疊加在一起。這是第一個証據,它能証明我們對時間的感知,並不能完全准確地反映我們認為是“現在”的這一時刻所發生的事。

  在我從空中跳下的前一天,我造訪了依格曼的實驗室,想要親身體驗一些他所說的時間錯覺現象。依格曼現年38歲,但看起來至少要比實際年齡年輕 10歲。他留著棕色的短發,身材像運動員一樣健壯,待人和藹可親。他2009年的著作《生命的清單:關於來世的40種景象》是本一夜躥紅的暢銷書。他的實驗室看上去和普通的辦公室沒什麼兩樣,也有一個個的小隔斷和咖啡壺之類的東西,最大的特色是牆壁上涂有淡藍色的易擦涂料,牆上從上到下都寫滿了他研究中用到的各種筆記和符號。不過,現在我的注意力全都被吸引到了一塊電腦屏幕上,上面顯示著一個快速變化的綠色方塊。

  屏幕上顯示著一個九宮格,9個藍色的方塊整齊地排列在一起,時不時地,其中會有一個方塊忽然變成綠色。我的任務就是要點中綠色的方塊。一開始,它以一個比較穩定的速度跳動,在我點擊鼠標之后要等上200毫秒才會變換到下一個位置。但過了一會兒,變換的速度開始改變了,隨著綠色方塊變得越來越快,我感覺它似乎在我點中它之前就已經跳開了。

  “這是因為你的大腦在不斷校准時間間隔。”依格曼解釋說,“比如說,我們現在用撥動開關去打開一盞燈,如果每次按下開關之后都有200毫秒的延遲燈光才會亮起來,你的大腦就能識別出這種固定的模式,並自動忽略掉延遲的時間差。這樣,在你撥動開關的時候,感覺就像是燈立刻就亮了起來。但如果這時把你放到另一間房子裡,那裡的燈光就是一按下開關馬上就亮起來,那麼你就會感覺好像是在你撥動開關之前燈就自己亮了。這是因為你的大腦暫時卡在了先前的思維模式中。”

  依格曼讓幾十個人玩了九宮格的游戲,並同時用功能性核磁共振掃描儀監視他們大腦中的反應。他發現,當人們體驗到時間延遲的時候,大腦前扣帶回皮層的活動就會明顯增加,而這個區域隻有在大腦的不同區域處理相互矛盾的信息時才會活躍起來。這個發現可能說明大腦中存在著至少兩個不同版本的時間:一個主計時器告訴你對“現在”的感知,而另一個則在不停地對這種感知進行調整。

  重復進行的試驗支持了他的結果,這表明——與語言功能主要由布羅卡區控制、視覺主要由枕葉負責不同——我們對時間的感知並不是由某一個大腦區域集中控制的。因此,這一領域中的大多數科學家都將工作的重點轉向了大腦中的不同區域如何相互協調才最終實現了對時間的統一認識。但他們首先要弄明白的是,這套系統是否真的有能力改變解讀數據的速度。依格曼記得自己小時候有一次從屋頂摔下來時,時間似乎變得永無止境,而不僅僅是一瞬間就過去了。這讓他想到,將人從高塔上扔下去的方法,或許能夠幫他找到答案。

  關於新鮮感

  “3,2,1,去吧!”隨著操作員的倒數,我落了下去。跳塔的頂端開始離我遠去,我的胃開始翻江倒海,裡面的東西沖向我的喉嚨,就像依格曼所設想的,我感覺到時間真的變慢了。用盡全部的意志力,我將注意力集中到計時器上,盡管我能感覺到時間過得很慢,但上面那些閃爍的數字還是很難看清。

  重重地,我摔到了網子上,沖擊力要比我想象的厲害得多,但至少我的身體還完好無損。我有點不好意思地向依格曼報告了自己的感覺。“和我想的一樣,”他說,“又一個無效結果。”在第一輪測試中,他讓23個人輪流從空中落下(其中有一個不算,因為她在下落過程中閉上了眼睛),每個測試者都感覺到下落的過程要比實際時間持續得更久——他們估計的平均時間大概是4秒,而實際上隻有2.6秒——但他們在下落過程中辨別數字的表現都不比在地面上的時候更強。他們的大腦好像並沒有真正意識到時間已經變慢了。起初,這樣的結果讓依格曼感到很失望,但他很快意識到,這個結果恰恰說明,“時間膨脹”實際上是一種記憶錯誤的體驗。當你落下時,下墜的過程本身並沒有變長,隻不過你記得它好像是變長了。

  不是所有人都同意這個結論。達特茅斯學院的神經科學家、時間研究者彼得·賽提出了另一種解釋。進化的過程讓我們的大腦更容易注意到新鮮的事物。比如你在叢林中發現了一片移動的陰影,它可能意味著一頓美餐,或者是你自己將變成別人的美餐——無論是哪種結果,這都是最值得引起注意的征兆。“當我們提高注意力的時候,”賽說,“大腦每秒鐘就會處理更多的信息。”這是一種生存策略。當我們面對可能危及生命的情況,比如從45米高空墜落的時候,你的大腦每秒鐘所處理的信息量也會比平時更多,因此它會重新校准時間。就像前面提到的那個燈光馬上點亮的情況一樣,你的大腦會被卡在舊的模式中。如果你覺得大腦處理了平時用4秒鐘才能處理完的信息量,那麼就會認為你的下墜過程的確持續了4秒鐘的時間。

  2004年,賽做了一項試驗,他在電腦屏幕上反復調出同一張照片,然后再在后面加入一張新的照片,就像是:咖啡杯、咖啡杯、花。盡管這些照片在屏幕上停留的時間其實都是一樣的,但受試者都報告說新換的那張照片持續的時間好像要更久一些。賽認為這是大腦在接觸新體驗的時候拉長了時間。

  但如果這是真的,那麼在依格曼試驗中從空中落下的人,就應該能看清計時器上以更慢的速度閃爍的數字才對啊——隻要減慢一點點,他們就應該可以看清數字了。(賽認為這是因為視網膜的速度沒有快到足以完成對圖像的處理,與環境並沒有關系﹔但依格曼反駁說,研究表明視網膜處理畫面的速度能達到每秒 100次,遠遠超過了讀出計時器上的數字所需的反應速度。)因此,依格曼對賽的試驗做了一些改變,又重新做了一次。如果說引起人的注意是造成這種效果的關鍵,那麼當人看到一個更能引起情緒波動的“新鮮事物”——比如一個人持槍對著你的照片,其他試驗已經証實它要比一朵花更容易引起人的注意——時,就應該感覺它在屏幕上停留的時間更久才對。但試驗結果卻發現,人們似乎並不覺得拿槍的人比一朵花更有新鮮感。

  為了找到其中的原因,依格曼查閱了關於大腦在觀看同一幅畫面時電活動會減少的研究報告。“這是一種稱為‘重復抑制效應’的經驗法則,”他說, “在這個試驗中,它是解開謎題的關鍵。”依格曼指出,人們對花帶來的新鮮感所做出的反應,並非像賽所認為的那樣是減慢了時間﹔相反,其實是大腦在之前觀看咖啡杯的照片反復出現的時候,提高了反應速度——大腦立刻就認出了杯子,因此在看杯子時所消耗的時間和能量都被減少了。“這是一套完美的系統,大腦知道接下來會出現什麼,因此不願花費更多的能量去想它。”依格曼說,“但在這個問題上,看到反復出現的畫面時減少能量只是個次要的事例。”

  醫學中的時間旅行

  讓我們回到現實世界。這項研究有些很有意思的分支,其中之一就是用它來找出造成精神疾病的原因。每個人的大腦中都存在著幾乎是在瞬間就會閃現出來的“內心獨白”,或者說是自己和自己說話。但這其實是一個可以分成兩步的過程:你先在心裡發出一個聲音,然后再聽到它。“對一般人來說,這個過程幾乎是同時完成的。”依格曼說,“但如果這兩個步驟出現了不同步的情況,那感覺可能就像是你聽到了別人的聲音。”這很有可能就是很多有過精神分裂體驗的人所感受到的幻聽症狀的根源。去年,依格曼對30名精神分裂症患者做了插入新照片的那個試驗,結果發現,他們沒有表現出任何重復抑制效應——對他們來說,每一次的體驗都是同樣新鮮的。“就像我們的大腦在九宮格試驗中會去重新校正時間的機制一樣,”他說,“我們也可以利用游戲來校正精神分裂症患者的大腦,驅除掉他們的幻聽症狀。”

  從事時間與疾病相關研究的科羅拉多大學的心理學家蒂娜·達瓦洛斯同意這種觀點。“所謂的‘感覺門控’,也就是大腦過濾掉重復刺激的過程,正是精神分裂症出問題的地方所在。”她說,“大多數人都覺得,可能是他們抑制自己對重復刺激的反應的能力出現了問題,但依格曼的研究把焦點對准了對時間的認知功能。”從這個認識出發,依格曼正在心理學家的幫助下設計一個游戲,用來重新校正病人大腦對時間認知,他希望能在未來幾年中對其進行測試。

  目前,他還在繼續研究新的時間錯覺,希望能利用另一種閃爍滯后現象的研究結果揭開大腦的秘密。盡管他的研究致力於創建度量時間的科學方法,但他也不由自主地開始思考所有這一切背后的意義。愛因斯坦說時間是相對的的時候曾經指出,當人在太空船上以光速旅行的時候,他所體驗到的時間與站在地球上所體驗到的是不一樣的。但依格曼發現的卻是,即使兩個人並肩站在一起,他們所感受到的時間也是相對的。要証明時間不像我們一直以來認為的那樣是永恆客觀的、每個人對時間流逝的感悟都有自己的根據,他還有很長的路要走。“在這項研究中還將發現些什麼?”他說,“這個問題讓人充滿了期待。”

  來源:科技新時代雜志

(責任編輯:馬麗)
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