Science：为什么欢乐易逝，痛苦难熬？

子曾经曰过：“逝者如斯夫，不舍昼夜。”伟大先哲几千年前就开始感受时间的流逝，追问时间的本质了。时间的存在性问题太过深奥了，留给哲学家想就好了。今天我们来谈谈时间的流逝问题。

不知你有没有留意到，快乐时光总是容易流逝，而痛苦总是难熬。据说爱因斯坦跟一个好学青年解释相对论，说当他和一个美女对面而坐，过1个小时就像只过了1分钟；而如果他坐在一个火炉上，过1分钟也会觉得像过了1个小时。不管段子的真实性，但很好的说出了人们对时间判断是多么的复杂。（小编不禁想起了《大话西游》中的经典台词，“可惜快乐永远是短暂的……”）

图片来源：电影《大话西游》

估计时间长度的能力显然对任何动物的生存都至关重要。例如，有一只兔子在草地上欢快地吃东西，但它逗留的时间越久，被捕食者捕获的可能性就越大。实际上，研究大脑如何判断时间长短是一个长期困扰科学家的神经学问题。

最近，Science 报道了葡萄牙里斯本的尚帕利莫未知技术研究中心（Champalimaud Centre for the Unknown）的神经科学家Sofia Soares、Bassam V. Atallah和Joseph J. Paton发现，通过调控小鼠脑的深部区域中某些神经元的活动，可以控制动物低估或高估一段固定时间间隔的持续时间。也就是说，他们在小鼠的大脑中第一次确定了判断时间的神经回路。

这个团队在神经科学角度研究大脑如何判断时间持续，已有数年时间。巧合的是，作者Paton的两个朋友最近遭遇了一次严重的事故，Paton说，“在得知事故发生之后，到最终确定他们都平安无事，短短几个小时，我们却感觉像是过了几个星期。然后我就开始思考我们研究的神经元是否可能在这类“幻觉”中发挥了某种作用。”

这个团队研究了某些多巴胺释放神经元（多巴胺是大脑的神经递质之一）在大脑深处的结构。这种结构被称为中脑黑质密集体（substantia nigra pars compacta），它在感受时间中发挥着作用。

多巴胺神经元与感受时间变化的很多心理因素相关。在Paton的实验中，给小鼠痛苦的刺激会使它的多巴胺释放急剧下降。如果人类的黑质受到破坏，会导致帕金森症，该病会削弱患者对时间的感知。

时间的流逝这个更像是哲学领域的问题很难把握，如何从神经生物学的角度来定量研究它是个不小的难题。不像研究视觉或听觉，总算是有直接相关的感觉器官，例如眼睛或耳朵，而对时间的判断，却不能直接关联到某种感觉器官上。完成研究的关键是训练有素的小鼠。科学家们要预先训练小鼠执行计时相关的任务，Paton和同事独创了一套小鼠训练法。

训练小鼠判断时间长度。图片来源：Science

那么他们到底做了什么呢？首先，他们训练小鼠估计两种短音之间的时间间隔是短于还是长于1.5秒。在训练期间，两种短音之间的间隔会发生变化。如果小鼠将他们的鼻子放在左边，表示它们认为时间间隔较长，而如果放在右边，则表示时间间隔较短。如果小鼠正确地判断了时间间隔，它们就会得到水作为奖励。经过几个月的训练，小鼠在判断时间间隔方面变得相当擅长。

训练好小鼠，接下来就是神经生物学信号测试。具体来说，使用基因工具使神经元活动时发出荧光，再测量荧光强度，以间接地反映神经元的活动变化。通过荧光信号监测，研究者观察到在第一种和第二种短音开始时，小鼠神经元活动增加。Soares还描述了更有趣的现象：“我们看到的是，神经元活动的增幅越大（在第一种和第二种短音开始后），动物越倾向于低估间隔的持续时间（觉得时间间隔短）；而增幅越小，动物则越倾向高估间隔的持续时间（觉得时间间隔长）。”这表明多巴胺神经元的活动与动物的时间间隔的判断是密切相关的。

用荧光信号测量小鼠神经元活动的装置示意图。图片来源：Science

到这就结束了？不，前面的结果只能说明多巴胺神经元的活动与动物时间间隔的判断密切相关，却不能说明二者有因果关系。也就是说，控制这些神经元的活动能进而控制动物对时间的判断吗？为了解决这个问题，研究人员继续进行实验，通过使用光遗传学的方法，使光以特异性和快速的方式操控（刺激或沉默）这些神经元，以便观察光刺激神经元对动物行为的影响。结果表明，如果刺激神经元，那么小鼠倾向于低估间隔的持续时间（觉得时间间隔短）；如果沉默神经元，则倾向于高估间隔的持续时间（觉得时间间隔长）。而这个结果与前面的实验一起证明了多巴胺神经元的活动足以控制动物如何判断时间的流逝。

左图为光刺激神经元使小鼠低估时间间隔，右图为光沉默神经元使小鼠高估时间间隔。图片来源：Science

不过，这好像还是不能解释为什么“快乐永远是短暂的……”。别急，研究人员之前还有一项实验结果或许能印证这一问题。还记得他们用荧光强度间接地反映多巴胺神经元的活动变化么？在一项声音间隔是1.74秒的实验中，有的小鼠判断正确而有的小鼠判断错误。在听到第一次和第二次短音时候小鼠们的神经元的活动差不多，但是，做对选择的小鼠拿到奖励时的神经元活动，要比作错的小鼠空自等待时的神经元活动要高的多。拿到奖励，比较欢乐，神经元活动增幅大，倾向于低估时间的流逝，主观上觉得时间过的挺慢，相对的，就会觉得现实中的时间过的太快……

做对选择和做错选择小鼠多巴胺神经元的荧光强度。图片来源：Science

虽然人类的大脑中也有类似的神经回路，但这项研究的结论还不能过早地套用在人类身上。Paton解释道：“当我们研究动物时，我们唯一可以测量的是动物的行为，但我们从未（也几乎无法）判断它们的感受是什么，而人类却是有感受的。”（“子非鼠，焉知鼠之乐？”是这个意思么？）而且，这一结论和之前流行的“多巴胺时钟假说（dopamine clock hypothesis）”并不一致。所以，对人类来说，研究大脑对时间的判断，或许还有更多的路要走。

部分内容编译自

http://medicalxpress.com/news/2016-12-neurons-judgment-mouse-brain.html

多巴胺时钟假说：

J. Exp. Psychol. Anim. Behav. Process. 1983, 9, 171

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

http://science.sciencemag.org/content/354/6317/1273

Midbrain dopamine neurons control judgment of time

Science, 2016, 354, 1273-1277, DOI: 10.1126/science.aah5234