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举个栗子:你的大脑有两个生物钟?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-14) 226次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:你的大脑有两个生物钟?

今天早晨你上班准时吗?除了感谢交通大神的保佑外,你还得抽时间感谢一下自己的大脑。大脑内部异常精确的生物钟使得我们可以感知时间的流逝,这项技能对于实现许多日常功能尤为重要。如果缺乏追踪时间流逝的能力,我们早上可能会在浴室里一直耗下去。要是没有某种不安的感觉在提醒,我们很可能开得过久而错过了固定的高速出口。

但是,大脑如何生成这个可精确调节的心理时钟呢?神经科学家认为,我们有不同的神经系统来处理不同类型的时间,比如,维持昼夜的节奏,控制精细的身体运动时机,以及感知时间的流逝。直到前不久,多数的神经科学家仍然相信后一种时间处理——就是那种会警告你吃早餐耽误的时间太久了的——是由同一个大脑系统支持的。然而,新的研究表明,单一神经时钟的模型可能过于简单了。近期,加州大学欧文分校的神经科学家在《神经科学期刊》上发表了一项新的研究,该研究表明大脑实际上有另一套方法来感知时间流逝。该作者还提出,这第二套生物钟不仅与主神经的时钟平行工作,甚至还有可能与之竞争。

过去的研究表明,大脑中一个叫纹状体的区域是我们中心生物钟的核心,它与周围的大脑皮层整合时间信息。比如,当人们留意时间过去多久时,纹状体就会被激活;然而,对于帕金森氏综合症患者,他们缺乏时间的概念。帕金森氏综合症是一种神经功能退化病,打断了患者大脑中对纹状体的输入。

对于时间流逝的感知,要求大脑不仅能够测量时间,还得保持对时间流逝的动态记忆。科学家们早已发现,大脑中一个叫海马体的区域对经验记忆非常重要。现在,他们相信,该区域在记忆时间流逝方面同样重要。对动物脑部生物电的纪录研究表明,海马体内的神经元会对特定时刻有反应,但追踪事件并非一定需要海马体的参与。值得注意的是,海马体受到损伤的人仍然可以精确记住短期时间的流逝,但记忆长的时间间隔则会产生困难。这些发现暗示,海马体对响应某些时间信息很重要,但不是对全部信息都重要。若如此,这个时间编码用来做什么,为什么会这么有选择性?

研究人员试图通过训练大鼠区分不同的时间间隔来解开这个迷团。他们通过奖励机制来训练大鼠选择不同的气味,从而能够让大鼠显示出它们感知到的时间流逝。在一些试验之前,科学家还给大鼠注射了一种能够暂时抑制海马体活动的试剂。这样,他们就可以测试正常工作的海马体对区分不同时间间隔的必要性。

同对照组大鼠一样,海马体不工作的大鼠可以区分较大的时间间隔(比如,3 分钟和 12 分钟),但对于相似的时间间隔(比如 8 与 12 分钟)却束手无策。这表明海马体对区分相似的时间间隔很重要,但对于差异很大的间隔却不是必须的。但奇怪的是,这种模式仅仅在较长的时间跨度下成立;海马体不工作的大鼠不仅能区分较短尺度的时间间隔(比如 1 比 1.5 分钟),并且能够区分得更好。

所以,海马体响应时间流逝时,它还扮演着一个特别的角色。它特别能够区分大尺度下的相似时间间隔——大约是几分钟。当你知道自己沐浴了 10 分钟而不是 15 分钟时,你应该感谢自己的海马体。但当你感知到 1 和 1.5 分钟,或者 20 分钟与 1 小时的差异时,则是其它的大脑区域接管了内部计时器。

尽管海马体具备这样高度特化的功能有点怪,但这与我们已知的它在其它方面功能相符。海马体最出名的是它分区重叠物体或交叉经验的能力,即一种称为模式分离的过程。这个研究表明它的模式可分辨经验的多个层面,探测到物体、场所和时间间隔的微妙差异。

对于按秒计时发生的事情,海马体可能不会察觉,但我们的确能够追踪这些很快速的瞬间。考虑到纹状体可追踪以秒为单位的时间,作者认为海马体和纹状体可能会相互竞争,比如海马体休息时,纹状体可能会比平时工作得更高效。尽管我不建议你损坏自己的海马体(那样你会招致更严重的问题),但那样做在理论上的确会强化你追踪极短时间间隔的能力。

目前仍不清楚这种抑制关系是相互的还是单向的。如果海马体和纹状体确实是独立的、竞争的时钟,纹状体会抑制海马体吗,会像海马体削弱纹状体一样吗?科学家已知纹状体损伤会招致一大堆时间处理上的故障。但是,将海马体调整到高速档会带来特别的超能力吗——比如特别能够区分相似的长时间间隔?这还需要进一步的研究。

因此,如果你明天上班准时,要感谢的不仅仅是一个,而是你大脑内部的多个时钟,和一个健康的海马体。

(作者:心蛛)


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