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《大脑是台时光机（关于时间感知的脑洞大开之作，横跨神经科学、心理学、哲学、数学、物理、生物等领域，打开你对世界的崭新认知。神经现实、酷炫脑、远读重洋、科幻世界、未来事务管理局、赛凡科幻空间、国家天文台屈艳博士联袂推荐! ）》AI 大纲

作者：—　·　共 84 章 / 1155 条　·　AI 读书 · 全书大纲

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章节目录
导读

音乐和语言的理解需要时间线

  • 音乐是一种基于线性时间的艺术，剥离时间，它的编排会立刻失去意义。
  • 理解话语和欣赏音乐有一个共同点：两项任务都需要有一条人脑能充分体验的时间线。
  • 记忆也是使人得以理解和运用时间的重要功能。

时间的感知和记录

  • 顺行性遗忘症患者亨利·莫莱森（H.M）在一次颞叶切除手术后永远活在了1953年，他无法记住新的总统是谁，不记得之后的几十年里与他天天见面的医生，也不能在镜子里认出老去的自己。
  • 即使H.M也能区分秒级的间隔，能进行基本的对话。
  • 记录时间和感受空间的机制相同吗？神经科学家好奇的正是这一点。

大脑能做的远不止记录时间

  • 大脑是一台时光机，它不仅允许你穿梭到过去，还让你“改变”它。
  • 大脑记录时间使用的就是类似的机制，神经元能响应外界物理现象，用不同的放电频率来编码整个系统的动态变化，从而帮你判断时间。
  • 体验时间更像是全身浸泡在浴缸中，有意识或无意识地、均匀或不均匀地，你的身体各处都在体验时间。

时间的理解

  • 任何能以可复制方式重复的物理现象，都能用于判断时间。
  • 宇宙是由故事组成的，这里的故事很大一部分就是体验。
  • 这本书不仅是一本大脑时光机的说明手册，更是一次路线新奇有趣的时光机体验。
第一部分 大脑时间

时间的定义和重要性

  • 时间是我们生活中不可或缺的一部分
    • 无论贫富，每个人都拥有时间。
  • 时间在英语中最常使用，包括各种时间单位
    • 年、天、时间、方法、途径、天、时间、时间已到、争取时间、美好时光、时间旅行、延长时间、空闲时间等词语都与时间有关。
  • 科学家和哲学家对时间的定义和理解
    • 科学家和哲学家对“主观时间”“客观时间”“本征时间”“坐标时间”“恒星时间”“突现时间”“时间感知”“编码时间”“相对论时间”“时间细胞”“时间膨胀”“反应时间”“时空”“授时时间”等概念进行了深入研究。

时间的定义和理解

  • 时间的定义和理解是一个挑战
    • 早在1600多年前，基督教哲学家圣奥古斯丁就已经发现了尝试定义时间的内在挑战性。
  • 时间的定义和理解涉及到多个领域
    • 哲学家们思考时间是什么，是单一的瞬间，还是完整的维度。
    • 物理学家努力设法弄清为什么时间似乎只朝着一个方向流动，时间旅行是否可行，甚至于时间是否真的存在。
    • 神经科学家和心理学家竭力想要理解“感受”到时间的流逝到底意味着什么，大脑怎样判断时间，以及人类为什么具有将自己投射到未来的独特能力。
  • 时间的定义和理解与大脑有关
    • 人类对时间的直觉和理论，不光揭示了时间的性质，还揭示了人类大脑的构造和局限性。
发现时间

时间比空间更复杂

  • 空间比时间更复杂
    • 空间有比时间更多的维度，确定空间的位置需要给出3个值，而标记时间中的一刻只需要一个数字。
    • 人类的大脑理解时间要难于理解空间，因为人类的大脑硬件与脊椎动物相似，但理解时间的能力却不如理解空间。
  • 动物理解空间的能力
    • 动物能够在空间中导航，创建周围环境的内部地图，能够怀着明确的目标长距离迁徙，能够记得自己储存食物的地方。
    • 动物能够“看到”空间，能够“听到”空间，能够通过触觉（体感）告诉自己物体的位置和形状，以及自己四肢在空间中的位置。

人类对时间和空间的理解

  • 人类对时间的理解
    • 人类无法在时间里进行身体导航，时间是一条没有任何分岔、交叉、出口或转弯的道路。
    • 人类无法像掌握空间的上下左右差异那样，在大脑中理解过去、现在和未来之间的差异，我们的感知器官并不直接检测时间的流逝。
  • 人类对空间的理解
    • 所有动物的大脑在机能配置上，对空间进行导航、感知、表征和理解的能力，都强于对时间进行同类处理的能力。
    • 人类怎样逐渐理解时间概念的理论之一就是，大脑选择了本来用于表征和理解空间的回路。

科学领域对时间和空间的理解

  • 几何学是第一个真正属于现代科学的领域
    • 几何学是“数学的分支，探究点、线、面和立方体的特点与关系”，是科学史上最简洁、最具变革性的理论之一。
    • 几何学完全不考虑时间因素就达到了这一高度，如果人们忽视时间，科学就会变得简单得多。
  • 牛顿和莱布尼茨发明了能理解物体怎样随着时间变化的数学工具：微积分
    • 牛顿相信绝对时间，“不考虑任何外在因素，依靠自身性质均衡流淌”，他确定时间是真实而普遍的，可明确地应用到空间中的所有点上。
    • 牛顿的宇宙似乎是一个确定性的宇宙：从原则上讲，只根据当前，即可确定过去和未来的所有时间。
  • 爱因斯坦扫除了牛顿绝对而普遍的时间概念
    • 爱因斯坦确定时间是相对的，尽管这有违一切直觉，但他是第一个将时间问题引入物理学领域的科学家。
    • 随着物理学领域的成熟，时间问题逐渐成为根本性的深刻问题。
时间和神经科学

时间和神经科学的发展历程

  • 现代生物学的发展历程
    • 现代生物学始于18世纪，最初是一种描述性的、静态的生命形式分类学，但后来逐渐以进化和动力的形式将时间融合了进去。
    • 达尔文扮演了伽利略的角色，他看到地球上的物种处于恒定的“运动”状态：变异、消失和进化。
  • 神经科学和心理学领域的融合
    • 颅相学承认了时间感知的重要性，将时间感知划分到了额叶里恰好位于“曲调”和“空间”（“地点”）之间的一个部位。
    • 威廉·詹姆斯是现代心理学的先驱之一，他同样认识到时间对于理解意识的重要性。
  • 20世纪的时间问题被忽视
    • 20世纪的大部分时间，时间问题遭到了一定程度的忽视，连教科书里也基本上省略了。
    • 许多与时间心理学和神经科学相关的子领域，都取得了重大进展，但相对而言，与时间有关的问题遭到了忽视。

时间和神经科学的重要性

  • 时间和神经科学的发展
    • 心理学和神经科学都是新生的科学领域，它们才刚刚开始充分理解时间和动态的重要性。
    • 2008年，加利福尼亚大学伯克利分校的心理学家理查德·艾弗里（Richard Ivry）这样写道：“一代人以前，对时间的研究还很有限，强调的是以时间规律为标志的行为研究。到了最近，时间感知研究重新兴起，研究人员着手考察范围广泛的时间现象。”。
  • 记忆与时间的关系
    • 记忆与过去的经历有关，记忆本身就与时间缠绕在一起。
    • 记忆的唯一进化功能是让动物预测将会发生什么，什么时候发生，以及怎样在发生时给予最佳反应。
  • 理解和人类意识的重要性
    • 多亏了持续的概念转变，再加上众多方法学的进步，在神经科学和心理学中，研究者们越发重视时间了。
    • 如果不了解大脑怎样判断时间、感知时间和表征时间，就无法理解人类的意识。
现在论与永恒论

本书的主题和目标

  • 本书主要关注时间的神经科学和心理学。
  • 深入探究与时间物理学有关的问题。
  • 目标不仅是了解物理学对时间本质提供的一些基本见解，也要探索神经科学和时间物理学相交的地方。

哲学理论：现在论和永恒论

  • 现在论认为，只有当下才是真的，过去和未来是某种尚不确定的结构。
  • 永恒论认为，过去和未来与现在一样真实，现在没有什么特别之处。
  • 现在论和永恒论的区别可以通过时间旅行话题的语境来理解。
  • 现在论在直觉上符合我们的直觉，但在物理学和哲学里却是弱势理论。

永恒论的起源和发展

  • 永恒论最早可以追溯到2500年前的希腊哲学家巴门尼德，他认为我们生活在一个没有变化的永恒世界。
  • 大多数物理学家和哲学家都基于充分的理由，接受了永恒论的立场，即在某种意义上，所有的时间都“已经”分布在了块体宇宙之中。
  • 永恒论让过去、现在和未来真正站在了平等的立足点上。

永恒论与时间流动的冲突

  • 如果所有的时刻都同样真实，而且我们过去和未来的所有事件都永恒地嵌入在块体宇宙，那么我们所感知到的时间流动，必定是一种错觉。
  • 表面上看起来最毋庸置疑、最普遍共享的一种主观体验（即“时间过去了”），却必须降级成某种意识思维的花招。
  • 哲学家休·普莱斯在《时间的箭头和阿基米德的点》一书中写道：“哲学家在这些问题上大多分为两个阵营。一方认为，流动和‘当下’是世界的客观特征（现在论）；另一方主张，这些东西仅仅是我们对世界主观视角的人为加工（永恒论）……我认同后一种观点。”。
多元时间

时间这个词的多样性

  • 时间这个词在英语、葡萄牙语等语言中的不同用法
    • 在英语中，我们说速度是距离除以时间，我们也会问现在是什么时间。
    • 在葡萄牙语中，人们也用“tempo”这个词来询问天气。
  • 日常生活中对时间词的不同含义的顺畅使用
    • 我们在日常生活中顺畅无缝地使用时间这个词的不同含义。
    • 然而，若要严谨地探讨与时间相关的问题，这势必会有所影响。

时间的定义

  • 自然时间
    • “自然时间”这个术语来指代媒介或“维度”概念的时间（如“时间的本质”）。
    • “自然时间”里的时间味道，是现在论与永恒论争论的核心。
  • 时钟时间
    • 时钟时间是科学中最常用的时间含义。
    • 时钟时间是变化的局部衡量尺度，既不是绝对的，也不是普遍的。
  • 主观时间
    • 主观时间是指我们有意识的时间感：对时间流逝以及过去了多长时间的主观感受。
    • 主观时间是一种大脑创造的概念：它不存在于头骨的范围之外。

时间的思考

  • 哲学家和科学家对时间的思考
    • 千百年来，哲学家和科学家们一直在思考时间的奥秘。
    • 圣奥古斯丁提出时间定义的挑战之后，我们仍然不知道过去、现在和未来是否同等真实，我们的时间流逝感是否纯属错觉等最根本问题的答案。
  • 神经科学领域对时间的理解
    • 神经科学领域必须进一步发展，并接受如下事实：不描述大脑怎样判断、表征和概念化时间，就不可能理解人类的思维。
    • 正如我将在下一章论述的，大脑是一台时间机器：这台机器不光能判断时间，预测未来，还能让我们在精神上将自己投射到之后的时间里。
2:00 最棒的时光机

时间的概念和维度

  • 任何真实的身体必须在四个方向上延伸：它必须具有长度、宽度、厚度，以及持续时间。
  • 存在四重维度，其中三者我们称为空间的三个平面，而第四维，是时间。

时间的旅行概念

  • 好莱坞让我们所有人都熟悉了时间旅行的概念。
  • 尽管如今电影、书籍和电视里它无处不在，甚至成了一个严肃的物理学研究课题，但时间旅行的概念，在人类历史的大部分阶段显然并不存在。
  • 19世纪末，时间旅行的概念才真正出现，最著名的作品是H.G.威尔斯的《时间机器》，主角前往未来，与人类堕落的后代互动，并回到了自己当前的时代。

科学革命对时间旅行概念的影响

  • 这场革命中的关键事件是爱因斯坦在1905年发表了狭义相对论，它粉碎了我们对时间本质的直觉。
  • 爱因斯坦确认，取决于行进速度，时钟嘀嗒的速率会发生变化。
  • 爱因斯坦的数学教授赫尔曼·闵可夫斯基（Hermann Minkowski）证明，从数学上讲，可以把爱因斯坦的理论简洁地放进四维宇宙的框架——也就是说，时间是宇宙的另一维度，就跟空间差不多。

时间的旅行概念的挑战

  • 时间旅行有着相当奇特的要求。
  • 虫洞或许是最合乎情理的时间旅行模式。
  • 尽管它符合当前的物理定律，但虫洞是一种假设出来的实体。

人类大脑作为最棒的时光机

  • 你的大脑就是你能拥有的最棒的时光机。
  • 你就是有史以来出现过的最棒的时光机。
大脑是台时光机

大脑的功能和作用

  • 大脑是一台记住过去以求预测未来的机器
    • 动物们参与了一场预测未来的竞赛，它们预见猎物、天敌和配偶的行为，存储食物和筑巢，为未来做准备。
    • 大脑每时每刻都会自动尝试预测未来将会怎样，这些短期（短到对未来数秒）的预测，是完全自动的、无意识的。
  • 大脑是一台判断时间的机器
    • 大脑会执行各种运算，包括那些面部识别或是选择下象棋下一步怎么走所必需的运算。
    • 判断时间是预测未来的关键组成部分，所有气象学家都知道，光是预报会下雨还不够，还必须预测什么时候会下雨。
  • 大脑是一台创造时间感知的机器
    • 我们没有能够检测时间的感觉器官，大脑创造了时间流逝的感觉。
    • 我们的时间感知存在大量的错觉和扭曲，但不管是否扭曲，对时间流逝的有意识感知，以及知道周围的世界处在持续的变化当中，是所有人最熟悉、最无可否认的一种体验。
  • 大脑让我们得以在精神上前前后后地展开时间旅行
    • 当我们的人类祖先发展出理解时间概念、在精神上将自己向后投射到过去或向前投射到未来（即在精神上进行时间旅行）的能力，我们就在预测未来的竞赛中胜出，并将此种能力代代相传下去。

大脑的预测和创造能力

  • 大脑的预测和创造能力体现在对未来的预测和创造
    • 以未来为导向的想法和计划，其早期表达形式包括学习使用火、保存火，以及接下来的取火、制造工具，再到存储和携带工具。
    • 人类到底是不是地球上唯一能进行精神时间旅行的生物呢？有可能是，也可能不是。但我们肯定是唯一能利用这一能力，琢磨真的前往过去或未来可能性的动物。
把时间当成老师

大卫·休谟对时间在人类认识世界中的作用的理解

  • 休谟提出了支撑人类认识的三条基本原则：相似性、连续性和因果关系。
  • 休谟提供了判断两件事是否有因果关系的规则，包括原因和结果必须在空间和时间上是连续的，原因必须先于结果。

休谟对时间连续性对大脑功能的重要性的理解

  • 休谟认为，时间连续性是大脑用来理解各种感官信息的最重要线索。
  • 休谟认为，时间连续性对大脑功能的重要性体现在婴儿识别母亲面孔时大脑所面临的挑战上。
  • 休谟认为，大脑使用了时间的连续性来解决“大小不变性”问题。

休谟对经典条件反射的理解

  • 休谟认为，经典条件反射是动物用来预测接下来会发生什么的原始算法。
  • 休谟认为，经典条件反射捕捉到了时间不对称的本质：原因必须先于结果。
  • 休谟认为，经典条件反射对时间的连续程度非常敏感，如果事件隔了几分钟或几个小时才发生，动物似乎没有能力把这些事件的时间点给联系起来。

休谟对人类对时间概念的理解

  • 休谟认为，人类概念化时间、进行精神时间旅行的能力，让我们得以看到性行为与分娩、种子与树木之间的关系。
  • 休谟认为，人类是短视的，如果吸烟一个星期（而不是几十年）后就会患上癌症，烟草行业绝不可能成为一个价值数万亿美元的全球性产业。
时间的方向和误导

时间的方向和误导

  • 时间的方向和误导的重要性
    • 认知心理学家史蒂芬·平克认为，我们通常认为，事件的陈述顺序，反映了它们发生的顺序。
    • 人们更容易理解按照发生顺序陈述的事件之间的关系。
  • 时间的误导
    • 魔术师用时间误导观众，使观众自动认为硬币消失是由“离得最近”的事件引起的。
    • 两件事之间的间隔越长，就越难以看出它们之间的关系。
    • 魔术师在硬币消失的真正原因和展示之间插入一个间隔，利用了我们大脑内置的时间假设。

时间的误导在生活中的应用

  • 21点游戏中的时间误导
    • 21点游戏中的庄家优势因为时间误导而藏了起来。
    • 庄家的优势实际上因为时间误导而藏了起来。
    • 由于是我先出牌，如果我一“爆”，发牌的人会立刻收了我的牌和筹码，让人非常清楚地知道，我的牌局结束了。
    • 接着，他继续跟其他赌客完成这一轮，然后才揭开自己的底牌。
    • 到这时候，如果我还在牌桌旁，我可能会发现，荷官也“爆”了——故此我们应该是平手。
    • 我看不出荷官的优势，因为它隐藏在未来：正常的因果关系暂时逆转了。
    • 通过利用这个暂时的盲点，赌场隐藏了操纵规则为自己谋利的秘密。
突触因果

神经元和突触在神经回路中的作用

  • 神经元是神经回路的基本单位，通过突触与其他神经元进行信息传递
    • 神经元由一张包含了接近1000亿个神经元的网络所构成，这些神经元彼此通过数百万亿个突触进行沟通。
    • 神经元非常外向，每个神经元平均跟其他数千个神经元相连，这些连接由突触实现。
  • 突触是神经元之间的接口，负责信息的接收和发送
    • 任何给定神经元的输入都来自配对的突触前神经元，进行生物电传递。
    • 兴奋性突触促使突触后神经元产生动作电位，抑制性突触试图使突触后神经元保持平静。

突触学习神经元之间因果关系的能力

  • 突触学习神经元之间因果关系的能力，部分地导致了大脑对外部世界事件之间关系的学习能力
    • 突触学习规则的任务是，按照突触前和突触后神经元的活动模式，加强或削弱突触。
    • 脉冲时序依赖可塑性（STDP）将优先强化A→B突触，削弱B→A突触。
  • STDP学习规则是以接近神经系统最精细的时间分辨率来运行的，突触后脉冲时间的几毫秒之差，就可以决定突触是变强，还是变弱
    • STDP无法捕获以秒或更长时间间隔的事件之间的关系，需要一种建立在多个神经元群上（而非单独的两个神经元）的更复杂的机制。
    • 不管怎样说，我们大脑中的神经元和突触设法将间隔或长或短的不同事件的点连接了起来，这使得我们能够理解周围发生的事情。
判断跨越尺度的时间

人类如何通过声音判断空间位置

  • 人类通过“两耳时间差”判断声音来源
    • 人类大脑处理声音的部位必须测量声音延迟，以计算声源的位置。
    • 声音的速度相对恒定，空间和时间互为补充，大脑便利用了这两点事实，通过判断时间，来“判断”空间。
  • 人类在略微长一点的时间尺度上判断时间的能力最为强大
    • 在此范围内，我们不仅可以估计两件事的时间间隔，还可以解析、阐释音乐和语音的复杂时间模式。
    • 我们只能在非常窄的时间尺度上（大约1秒）检测到这种时间模式。

人类对时间的感知和判断

  • 人类对时间的感知和判断是有区别的
    • 意识的速度太慢，不能对词语之间的停顿进行实时计算，也不可能倒数着等到应该伸手接球的那一刻。
    • 在秒以及比秒稍长的尺度上，我们不光能感知时间的流动，还大致知道不同的事件之间经过了多长时间。
  • 大脑是自然选择的产物，是预测机器和判断时间的机器
    • 大脑能量化尺度超过12种数量级的时间流逝，从声音抵达右耳和左耳的微小时间差异，到某些动物预测季节的能力。
    • 人类和其他动物的大脑及身体可以测量时间：就连单个的肝细胞也能判断这是一天中的什么时候。
3:00 日与夜

时间的定义和衡量

  • 理查德·费曼的观点：真正重要的是我们如何衡量时间，而不是如何定义时间。
  • 科学中的一个谜题：为什么老鼠喜欢转轮。

老鼠对转轮的热爱

  • 老鼠在转轮上的奔跑行为，可能是由于它们对时间（至少是一天里的时间）的判断。
  • 老鼠在转轮上的活动模式，可以被绘制成活动图，显示老鼠在活动和休息之间的切换。

动物的生物钟

  • 动物的睡眠、活动、进食和体温会持续出现每日节律，这证明了动物有某种内部时钟——一种生物钟。
  • 生物钟的周期并不完全是24小时，但一个周期的自然循环接近23.5小时。

生物钟的精度

  • 生物钟的精度可以通过它们的精度和准度来衡量，精度是指振荡器多个周期间的平均偏差，而准度是指平均周期与某个目标或期待周期的接近程度。
  • 生物钟的精度让人印象深刻，可以解释为什么有些人总能在所需时刻差不多的时候醒来。

实验室条件下的自我唤醒能力

  • 实验室条件下，人们自我唤醒的能力不见得像他们自以为的那么准确，事实上，自我唤醒很可能部分依赖于沉睡的大脑拾取部分外部线索的能力。
  • 尽管如此，生物钟的精度超过了17世纪之前所有的人造时钟，直到克里斯蒂安·惠更斯研究出如何制造出第一座高精度摆锤时钟。
隔离实验

隔离实验的背景和目的

  • 隔离实验的背景
    • 生理节律是自由运行的，但在没有任何外部信号的情况下，需要找到愿意让自己完全与外部世界隔离数天甚至几个月的人进行研究。
    • 隔离实验的目的是为了理解长期隔离对人身心的影响，特别是对人类的影响。
  • 隔离实验的实践
    • 1972年，法国地理学家米歇尔·西佛伊在得克萨斯州的一个洞穴里度过了6个月，这是最著名的隔离实验之一。
    • 西佛伊在洞穴深处有大量的食物和水供给，一顶简单的营地帐篷，还有记录他睡眠模式的设备。

隔离实验的结果和影响

  • 隔离实验的结果
    • 在老鼠身上进行的隔离实验，似乎不会让受试的老鼠产生异常高水平的生理应激反应或明显的精神痛苦。
    • 隔离实验对人类造成的负担要沉重得多，抑郁、思维遗失、健忘和自杀念头经常在西佛伊身上发作。
  • 隔离实验的影响
    • 受试者可能不像看起来那样，完全隔离于昼夜节律线索，洞穴有着包括蝙蝠、昆虫在内的独特生物群系，可以让洞穴居民有意无意地获得一些时间线索。
    • 为了弥补这些局限性，让受试者和科学家等人不必长时间生活在偏远地区，时间生物学家也在特制的实验室或地下室中进行隔离实验。

睡眠-清醒周期并非衡量生物钟准不准的唯一方法

  • 睡眠-清醒周期并非衡量生物钟准不准的唯一方法
    • 睡眠-清醒周期并非衡量生物钟准不准的唯一方法，许多生理指标都根据每天的时间而波动。
    • 在许多受试者身上，体温节律始终接近24小时，哪怕他们的睡眠-清醒周期短至20小时或长达40小时。
  • 我们体内有不止一套生物钟，这些时钟不见得随时保持彼此一致。
视交叉上核

下丘脑和视交叉上核的结构

  • 下丘脑的结构
    • 下丘脑是大脑底部的一种结构，承载左右眼信息的神经交叉上方的结构是视交叉上核。
  • 视交叉上核的功能
    • 视交叉上核受损的啮齿动物，睡眠模式完全没有生理节律可言，这引发了一种假设：视交叉上核是主要的生物钟。

视交叉上核在生物钟中的作用

  • 视交叉上核的实验证据
    • 20世纪80年代，一系列的实验带来了证据，其中最引人注目的是一项脑移植实验，自由活动的仓鼠，睡眠-清醒周期非常接近24小时。
  • 视交叉上核的移植
    • 视交叉上核相对简单，它是能够有效移植的少数几个大脑部位之一，这种脑区移植仅限于科幻小说，但是视交叉上核相对简单，它是能够有效移植的少数几个大脑部位之一。
  • 视交叉上核的生理节律控制
    • 视交叉上核的生理节律不受受移植仓鼠的身体或大脑控制；相反，是视交叉神经元（是10000来个神经元的集合，很简陋）进行控制，告诉受移植仓鼠的大脑什么时候该睡觉，什么时候该起床去跑转轮。
判断时间的细胞

大脑与生理节律的关系

  • 拥有大脑是拥有生理节律的前提条件
    • 追踪和预测地球自转引起的光强与温度波动非常重要，几乎所有形式的生命都有生物钟。
  • 生物钟的存在
    • 第一个自由运行的生物钟实验是对含羞草类植物所展开的，这种植物在白天张开叶子，暴露在太阳下，而晚上闭合叶子。
    • 所有植物和动物都有内置的个体时钟，连单个细胞都可以以24小时为周期振荡。

细胞振荡的机制

  • 细胞内蛋白质的浓度变化
    • 细胞不是静态的实体，根据细胞当前所处理的任务，细胞内不同蛋白质的浓度会发生显著变化。
  • 细胞内蛋白质的浓度变化与细胞内不同蛋白质的浓度变化
    • 肠道内的细胞会在用餐期间增加消化酶的产生。同样，血液中的葡萄糖增加时，胰腺中的细胞就会增加必要蛋白质的合成，以增加胰岛素的产生。
  • 细胞的开关有自己内在的节律
    • 单细胞也可以自由运行。如果处于不变生物环境下，温度也恒定，许多细胞都有自身内在的生理节律，可以通过24小时周期内特定蛋白质的浓度升降来测量。
  • 基因工程对细胞振荡的影响
    • 萤火虫发光是因为它们产生荧光素酶，荧光素酶放到适当的基质（一种叫荧光素的小分子）里，便以光子的形式释放能量。
    • 如果荧光素酶基因的转录受到有着天然昼夜节律的蛋白质的控制，细胞内荧光素酶的浓度也会振荡。
第一台时钟

工业革命与生物钟的关系

  • 工业革命需要协调大量工人的时间
    • 装配线需要协调大量工人的时间，而进化已经建立了工厂，解决了协调不同流程的问题。
  • 生物钟是工业革命的关键
    • 生物钟是进化的解决办法，是细胞功能与地球自转产生的日夜循环之间的高度适应性协调。

生物钟的进化优势

  • 生物钟的进化优势在于预测日出的内部时钟
    • 生物钟进化的一大驱动力量，就是细胞功能与地球自转产生的日夜循环之间的高度适应性协调。
  • 生物钟的周期必须与环境的自然循环存在共鸣
    • 光是拥有生物钟还不够——时钟的周期必须与环境的自然循环存在共鸣，以带来进化优势。

生物钟的起源

  • 单细胞生物可能是第一个拥有生物钟的
    • 单细胞生物没有皮肤等保护性器官，紫外线辐射的危害严重得多。在紫外线照射下分裂的细胞，DNA可能会受损，而这种危险，到了晚上就消退了。
  • 生物钟的演化原动力是帮助细胞在夜间分裂
    • 一些时间生物学家支持所谓的“避光”假说，认为生物钟的演化原动力是帮助细胞在夜间分裂。
生物钟力学

生物钟的遗传学基础

  • 西摩·本泽和罗恩·科诺普卡的研究
    • 西摩·本泽和罗恩·科诺普卡在20世纪70年代初在加州理工学院研究黑腹果蝇，发现破蛹时间的突变，并确认这些突变都来自同一个基因，称为“周期”。
  • 迈克尔·罗斯巴什的研究
    • 迈克尔·罗斯巴什领导的研究小组对“周期”基因进行了鉴定和测序，确认了其他对生物钟至关重要的基因，如“时钟”、“循环”和“永恒”基因。

生物钟的基本原理

  • 生物钟的负反馈回路
    • 生物钟的负反馈回路类似于抽水马桶的水箱，每次冲水会接通一个负反馈回路，重新装满水箱又不允许溢出。
  • 转录/翻译自动调节反馈环
    • 转录指的是，编码在DNA里的基因要转录成RNA；翻译指的是，这些RNA链要翻译成蛋白质；自动调节反馈环指的是，这些蛋白质抑制导致其合成的基因发生更多的转录（从而关闭水阀）。

生物钟的稳定性

  • 生物钟的稳定性需要克服温度变化的问题
    • 生物钟的振荡还必须是稳定的，进化必须克服生化反应速度随温度变化的问题。
  • 大量的蛋白质和基因在与转录/翻译自动调节反馈环的基本分子机制相互作用，这些附加元素，或许有助于温度补偿。
时差反应

时差反应的定义和影响

  • 时差反应是指生物钟与外部时间（白天或晚上）的同步问题
    • 生物钟的分子机制存在于大多数哺乳动物的细胞里，通过“周期”蛋白质的浓度来保持同步。
    • 视交叉上核的作用是让生物钟保持同步，白天，视交叉上神经元的活动加剧，向神经系统的下游区域发送信号。
  • 时差反应的影响
    • 时差反应会导致精神和身体倦怠感，完成一趟从洛杉矶到伦敦的旅行后，重新同步视交叉上核可能需要用上好几天时间。
    • 时差反应会导致航空公司飞行员、军事人员和外交官做出蹩脚的决策。

时差反应的挑战和解决方法

  • 时差反应的解决方法
    • 大多数手表的石英晶体振荡频率为32768赫兹，因此1小时只需对32768×60×60这么多次嘀嗒声计数即可。
    • 生物钟的相位提前比延迟更困难，向东旅行带来的时差反应一般要严重得多，但背后的机械原因尚不完全清楚。
  • 时差反应的挑战
    • 生物钟的钟摆需要一整天才能完成一次摆动，因此重置它需要对实际的振荡器做更精细的调整。
    • 向东旅行需要我们的生物钟相位提前，从洛杉矶前往纽约，我们必须把手表往前调3个小时，而向西旅行则需要相位后延。
和时钟做斗争

人类的时间类型和生理节律性睡眠障碍

  • 人类的时间类型
    • 人类的时间类型分为早睡早起的“百灵鸟”和晚睡晚起的“猫头鹰”。
    • 不同的时间类型反映了个体之间的自然变异，并受环境和年龄的影响。
  • 生理节律性睡眠障碍
    • 生理节律性睡眠障碍是指晚上8点不上床，就会困得无法进行正常的社交和职业活动。
    • 这种障碍中的一部分是有着遗传基础的，20世纪90年代后期，专家们对一个5代里生出大量极端百灵鸟型人的家庭做了研究，发现这种障碍中的一部分是有着遗传基础的。

人类生理节律障碍的基因研究

  • 基因突变与生理节律障碍
    • 研究人员确定了与家族性睡眠相位提前障碍（advanced sleep-phase disorder）相关的基因突变。
    • 研究人员对苍蝇和啮齿动物做了数十年的基础研究，惊人地发现：第一种确认与人类生理节律障碍相关的基因，就是20世纪70年代本泽和科诺普卡所确认的对果蝇昼夜节律至关重要的那种基因——“周期”基因。
  • 家族性睡眠相位提前综合征
    • 家族性睡眠相位提前综合征的人，在一个24小时的世界里，靠着23小时的内部时钟过活。
    • 他们始终在跟自己的内部时钟做斗争。

人类生理节律障碍对健康的影响

  • 轮班工作对生理节律的影响
    • 在我们现代的全天候（一周7天，一天24小时）世界中，有很大一部分的劳动力是轮班职工：工厂工人、飞行员、护士、医生和警察，他们的工作要求晚上干活白天睡觉。
    • 轮班工人的睡眠-清醒周期，大多与他们的自然节律不同步。
  • 生理节律障碍对健康的影响
    • 轮班工作成为大量健康问题的风险因素，包括溃疡、心血管疾病和2型糖尿病。
    • 这些问题背后的原因尚不完全清楚，但一部分原因在于，它们是内部生理周期与外部刺激不匹配所导致的。

人类生理节律障碍的应对策略

  • 生物钟的破坏
    • 破坏这些仓鼠的视交叉上核，能实实在在地延长它们的寿命。
    • 这个神奇的例子说明，在某些情况下大脑的一个部位似乎坏处多过了好处。
  • 彻底关掉生物钟
    • 在遥远的未来，人类可能会到其他星球拓殖，很有可能，适宜人类生存的星球，其旋转周期跟我们自己的生物钟并不一致。
    • 如果不想持续对抗自己的生物钟，最好的办法是彻底关掉它。
多时钟原则

多时钟原则

  • 生物钟被用来追踪跨多个尺度的时间
    • 美国国家标准与技术研究院的原子钟被用来追踪从纳秒到年跨多个尺度的时间。
  • 生理节律周期用于判断所有的时间间隔
    • 生理节律周期长度与其对1小时的估计长度之间存在相关性，因此可以得出结论，生理节律周期用于判断所有的时间间隔。
  • 生物钟无法应付短间隔计时
    • 生物钟的构建结构和操作原理使得它无法应付短间隔计时，因为它没有分针，自然也没有秒针。

生物钟与时间判断能力的关系

  • 生物钟与秒尺度上的时间判断能力没有关系
    • 生物钟无法应付短间隔计时，这与人的睡眠-清醒周期的持续时间没有显著关系。
  • 生物钟对其他尺度上的计时有影响
    • 生物钟会间接地影响人的所有生理和认知功能，包括学习、记忆、反应时间和注意力。
  • 生物钟在超日节律上计时
    • 生物钟有助于在更缓慢的节律上计时，如月亮围绕地球旋转的周期约为29.5天。

生物钟与月相的关系

  • 月相在人体生理学中扮演着重要角色
    • 月相在人类文化中留下了深刻的印记，大多数日历系统，包括我们现行的公历，都是基于一年中要出现大约12个满月来制定。
  • 月相在动物的生理状况中发挥着重要作用
    • 一些海洋无脊椎动物的发育和交配行为，是跟月球周期同步的。
  • 月相在动物的生理状况中的作用
    • 月相在动物的生理状况中发挥着重要作用，如海蠕虫以月相作为同步信号，最大限度地提高卵子受精的机会。
4:00 第六感

第六感体验

  • 第六感体验的产生
    • 在危及生命的情况下，人的主观时间感可以发生彻底的改变，就像切入了慢动作模式。
  • 第六感体验的持续时间
    • 虽然只有短短的一两秒钟，但在意识里却像永恒一样。

慢动作效应

  • 慢动作效应的发现
    • 1892年，瑞士地质学家艾伯特·海姆发表了关于慢动作效应的第一篇学术报告。
  • 慢动作效应的表现
    • 95%的人报告说，在濒死的时刻产生了“一种压倒性的精神敏捷和确定感。心理活动变得庞大，上升到百倍速度或强度……时间大大扩展。人准确判断所处的情况，以闪电般的速度行事。在许多案例中，还会突然出现一种对人整个过去的回顾。”。

主观时间感的准确性

  • 主观时间感的准确性
    • 我们的主观时间感相当不准确。在很多完全无害的情况下，人同样会高估时间的流逝。
  • 主观时间感的影响因素
    • 有无数种的情况会扭曲我们主观的时间感知，如忍受一场极度无聊的讲座，或在停机坪上等待飞机维修，会带来一种时停错觉——也就是感觉时间凝固了。

客观时钟时间与主观时间感的关系

  • 客观时钟时间与主观时间感的关系
    • 客观时钟时间与主观时间感之间存在关系，但具体原因尚需进一步研究。
前瞻和回顾计时

前瞻和回顾计时的定义和区别

  • 前瞻计时：判断从此刻开始到将来某个点流逝了多长时间
    • 前瞻计时依赖于大脑的计时回路，可以事先知道自己将执行计时任务，可以在t=0时启动假想中的秒表，追踪时间的流逝，直到过去差不多5分钟。
  • 回顾计时：估计从过去的某个时刻到此刻流逝了多长时间
    • 回顾计时完全不是计时任务；它是通过重新构建存储在记忆里的事件，尝试推断时间的流逝。

前瞻和回顾计时的应用和影响

  • 前瞻和回顾计时的应用
    • 在一整天的过程中，人们不断进行前瞻和回顾计时。
    • 人们需要估计经过了多长时间，但大脑是否使用相同的机制来进行判断呢？不。对大脑而言，这两项计时任务有着根本性的不同。
  • 前瞻和回顾计时的影响
    • 前瞻和回顾计时的区别，解释了一些关于我们主观时间感的谜团，包括一些人所称的假日悖论。
    • 假日悖论并不是现代快节奏高速出行生活方式的伴生产物。
    • 引人入胜的有趣活动在展开过程中似乎转瞬即逝，部分原因在于我们完全没有想到时间。
  • 前瞻和回顾计时的关系
    • 英国音乐理论家克莱夫·韦尔林（Clive Wearing）的案例深刻地说明了记忆与回顾计时之间的密切关系。
    • 韦尔林因为一次严重的脑部感染，失去了创造新的长期记忆的能力。他没法理解自己在哪里，怎么到那里去的，故此意识唯一能做出的阐释是，他永远只是刚从睡梦中醒来。他对自己什么时候醒来没有回顾感，因为他对此前的几分钟和几小时里发生了些什么几乎没有任何记忆。
时间的压缩和膨胀

时间的压缩和膨胀

  • 前瞻和回顾计时之间的差异
    • 前瞻计时受认知负荷的强烈影响：任务越复杂或越具挑战性，受试者对执行任务所花费的时间估计越短。
    • 回顾计时恰好相反：认知负荷越高，任务用时似乎就越久。
    • 前瞻和回顾计时估计存在巨大差异，而这些估计对认知负荷又有着极强的敏感性。
  • 人们对时间的判断不准确、不可靠
    • 我们的主观时间感知受大量外部和内部因素的影响，在不同的背景条件下，相同的持续时间很容易在人的意识里被折半或翻倍。
    • 人们倾向于将自己在商店排队、在银行排队、打电话等待接线所耗费的时长高估25%~100%。
    • 人们拿着电话等待客户服务接入的时候，公司会让我们听悠扬音乐，因为一些研究指出，如果人在等待时听音乐，报告的等待时间会更短。

时间的感知容易受到各种因素的影响

  • 附加物理特征可以改变我们对时间的感知
    • 听觉刺激大多会被认为比视觉刺激持续时间更长。
    • 幅度也可以影响时间判断：一些研究表明，人们甚至会判断，一幅显示数字9的图像持续时间比数字1的图像更长，尽管两者显示的持续时间相同。
    • 在人们的感知中，新颖或意外刺激的持续时间比熟悉或意料之中的刺激更长。
  • 我们的时间感有多么容易扭曲
    • 停表错觉的产生是因为，秒针运动的暂停似乎比你大脑里认为一秒钟应该持续的时长要久一些。
    • 停表错觉和其他时间错觉证明：我们的主观时间感，的的确确是不客观的。
时辰药理学

时辰药理学对时间感的影响

  • 精神类药物对时间感的影响
    • 精神类药物如大麻会影响人的时间感，导致时间变慢或变快。
    • 人们报告吸食大麻似乎会导致时间变慢，这是由于大麻的活性成分四氢大麻酚令得人产生了外部时间放缓或拉长的感知。
  • 内部时钟对时间感的影响
    • 内部时钟是指人们以自己为中心的时钟，控制着我们在毫秒、秒和分钟层面上的前瞻计时判断。
    • 内部时钟的加速通常被描述为“时间变慢”“拉长”或“膨胀”，因为我们是以自己为中心的，我们使用内部时钟作为参考点，并注意到外部时间放慢了速度。

药理学研究对时间感的影响

  • 药理学研究对时间感的影响
    • 药理学研究通常会在内部时钟速度变化的背景下来阐释时间扭曲。
    • 许多以人类为对象的实验室研究支持受大麻影响导致时间变慢的逸事性报告，这些结果可阐释为内部时钟的加速。
  • 动物的时间感
    • 药物同样会影响动物的时间感，例如大鼠和小鼠能轻松学会按压杠杆来获取食物，这种标准形式的操作性条件反射有一种变体，叫作固定时间间隔程序。
    • 接受10秒间隔训练的大鼠，会先于接受30秒间隔训练的大鼠按压杠杆。
  • 大脑的多巴胺系统对时间感的影响
    • 多巴胺是一种重要的神经递质，是许多不同大脑流程的调制器。
    • 多巴胺可能会改变大脑内计时回路的速度，例如，按20秒固定间隔训练大鼠，之后，对其施加兴奋剂甲基苯丙胺（它会提高大脑内的多巴胺水平），能使大鼠按压杠杆的计时从大约20秒变为17秒。
  • 药理学研究对时间感的影响的争议
    • 结果通常依赖于所用任务的性质、所研究的时间间隔以及受试者怎样报告对流逝时间量感知的细节。
    • 由于几乎所有药物都有着多种互相关联的神经生理学效应，故此，很难确定行为改变的真正原因。
慢动作效应的原因

慢动作效应的原因

  • 慢动作效应的假说
    • 超频假说：慢动作效应可能是由于在危及生命的情况下，大脑进入超频状态，导致人的反应更快，并以慢动作感知事件。
    • 超记忆假说：慢动作效应可能是由于人们在事后回忆时，认为事件以慢动作发生。
    • 元错觉假说：慢动作效应可能是由于对主观体验的基本观察，我们的意识体验本质上都是错觉，包括对时间流逝的“正常”感知。

慢动作效应的假说解释

  • 超频假说解释：慢动作效应可能是由于在危及生命的情况下，大脑进入超频状态，导致人的反应更快，并以慢动作感知事件
    • 计算机超频的神经活动可能导致了慢动作效应。
    • 神经元动作电位延迟时间的变化，不太可能实现10%或20%以上的速度提升。
  • 超记忆假说解释：慢动作效应可能是由于人们在事后回忆时，认为事件以慢动作发生
    • 神经调节物质可以强化大脑对周围发生的外部事件的关注，变得更为敏锐。
    • 注意可以提升绩效和缩短反应时。
  • 元错觉假说解释：慢动作效应可能是由于对主观体验的基本观察，我们的意识体验本质上都是错觉，包括对时间流逝的“正常”感知
    • 意识不仅是对外部世界正在发生之事的延迟记叙，也是对无意识大脑中正发生之事的延迟记叙。
    • 哪怕危险真的使大脑切入了超频模式（从而带来加速行动），意识也有可能因为速度太慢而无法指导这些行动。
    • 我们对时间是流逝得快还是慢的主观判断，说不定是与大脑处理信息的速度（即大脑的内部时钟速度）分离的。
在大脑中压缩时间

慢动作效应的假说

  • 注意的提升使专业人员能在肾上腺素飙升的情况下迅速采取行动。
  • 超记忆或许可以部分解释人们事后对慢动作效应的报告。
  • 感知事件流逝的速度，是一种主观设置，建立在远远更为神秘的意识错觉基础之上。

人的时间感知

  • 人的时间感知（更具体地说，是对事情变化速度的感知）的扭曲。
  • 人压缩时间和使时间膨胀的能力，其实是大脑的一种特点。
  • 人每天都会用到压缩时间和使时间膨胀的能力。

大脑的回放能力

  • 大脑可以以更快的速度回放事件。
  • 大脑的回放能力可能有助于记忆的形成。
  • 大脑的回放能力可能代表了对未来行动的计划。

时间的感知

  • 我们的时间“感知”，并不像听觉或视觉那样是一种真正的感知。
  • 我们的时间感往往由这些错觉所构成。
  • 所有主观体验，包括我们对颜色和疼痛的感知，以及我们的身体意识，都会因为背景、学习、注意和药物而发生改变。
  • 无论是否扭曲，所有的主观体验，在本质上都是错觉。
  • 我们不应为时间错觉而过度分心，偏离了更为根本的谜题：大脑一开始是怎样产生有意识的时间流逝感（就此而言，也可以将时间感替换成其他任何一种感觉）的呢？
5:00 时间模式

人类对话过程中的大脑计算

  • 人类对话中的音节和单词的持续时间
    • 在对话过程中，大脑计算每个音节的持续时间，每个单词之间的短暂停顿，以及撞击鼓膜的声音流的整体节奏。
  • 音素的定义和作用
    • 音素是最小的语音单位，它们构成任何给定语言中的全部声音库。
    • 音素和字母之间存在一种近似的对应关系，同一个字母可以表示不同的音素。
    • 音素序列可能有着非常不同的含义，从而带来了模棱两可的单词组和短语。

语言的模糊性和解决方法

  • 语言的模糊性
    • 语言的模糊性通常可以通过言语的其他层面来解决，包括音节的持续时间、语调、重音和单词之间的停顿。
    • 解除上述短语歧义的最简单方法之一，是强调适当单词之间的停顿。
  • 语言的模糊性对音乐的影响
    • 由于歌手有时必须让短语跟一首歌节拍的结构契合，人们可能误听歌词。
    • 将一首歌听出了多种阐释的现象，甚至有特定的名字：空耳（mondegreen）。
  • 语言的模糊性对音素的影响
    • 计时对区分单个音素也很重要。
    • 听觉系统有着恰当的计时机制，来区分这些非常短的间隔。

计时对语言的影响

  • 计时对韵律的重要性
    • 在几百毫秒到几秒这一稍长的时间尺度上，计时对韵律（言语的节奏或音乐性）至关重要。
    • 通过让句子在时间上压缩或膨胀来改变语速，可以让人对说话者情绪状态的判断发生变化。
  • 计时对语言的理解
    • 通过韵律传达的情绪，可以超越语言。
    • 当同样的句子，由不通德语的美国人来进行判断，他们对说话者情绪的判断，遵循与德国人相同的模式。
好玩的时机

言语的时机对喜剧至关重要

  • 演员沙查·巴隆-科恩在电影《波拉特：为建设伟大祖国哈萨克斯坦而学习美国文化》中展示了“在喜剧里，时机就是一切”的格言。
  • 幽默的潜力与出人意料有关，但同时也需要合乎情理。
  • 意外必须在恰当的时间发生，否则无法让人感到意外，也无法让人感到好笑。

出人意料的妙语应该在人们饱含期待的时间窗口发生

  • 如果妙语出现得太早，那就无法让人感到意外，因为没有足够的时间生成“接下来会发生些什么”的预测。
  • 如果妙语出现得太晚，听众在精神上已经进入下一组预测了——意外的元素居然是什么也没有发生，这令人感到困惑，但并不好笑。
妈妈语

学习语言的困难

  • 母语人士语速快。
  • 学习一门新语言的困难
    • 学习一门新语言就像置身疾驰的地铁车厢，大脑很难抓住任何一张特定的脸。
  • 放慢语速可以帮助新手在句法上将音素串解析成独立的单词。

婴儿导向语言

  • 婴儿在学习语言时可能存在挣扎。
  • 成年人和婴儿说话时，会自动放慢讲话速度，对单词特别强调。
  • 婴儿导向语言通常以音调升高、元音拖长、单词之间的停顿更长为特征。
  • 较慢的言语有助于婴儿和成年人解析语言，避免连续的音素相互干扰。

言语的多维度性

  • 言语是多维度的，包括音素的序列、音素的间隔、音节的持续时间、单词之间的停顿、语调、重音、语速和整体的韵律。
  • 多种变量促成了语言，包括音素的序列、音素的间隔、音节的持续时间、单词之间的停顿、语调、重音、语速和整体的韵律。
  • 说话人必须参与生成言语时间结构所必需的对应的运动挑战，包括卷舌的复杂序列、精密定时的嘴唇运动、声带振动、停顿和定时呼吸。
  • 听众和说话人的大脑必须解决一整套复杂的计时问题，这项任务有可能超出了任何单纯时钟类设备的能力。
摩尔斯电码

人类和其他动物对时间任务的理解和应用

  • 人类和其他动物对时间任务的理解
    • 人类和其他动物参与各种时间任务，如对声音从一只耳朵传到另一只耳朵的延迟计时，对红灯的持续时间计时，或对地球围绕轴线的旋转计时。
    • 这些任务依赖于对单个间隔或持续时间的计时，在时间领域也就相当于判断物体的长度。
  • 人类和其他动物对时间任务的应用
    • 言语和音乐识别需要确定复杂时间模式的时间结构，将许多时间片段组合在一起以形成整体。
    • 言语和音乐就相当于识别视觉场景，它们要求解决一个分层次的嵌入式时间问题。

摩尔斯电码的理解和应用

  • 摩尔斯电码的理解
    • 摩尔斯电码不依赖于任何类型的音调或空间信息：在摩尔斯电码中，节奏意味着一切。
    • 摩尔斯电码包括两个基本要素：点和划。两种符号之间唯一的区别是持续时间，故此，摩尔斯电码仅需要单个通信信道。
  • 摩尔斯电码的应用
    • 点和划的持续时间取决于摩尔斯电码的整体速度，以每分钟多少个单词来衡量。
    • 摩尔斯电码也有韵律，专家们似乎能够通过时间的微小不同，通过“口音”来识别说话者。
    • 人们从摩尔斯电码妈妈语开始学习摩尔斯电码，一种推荐的方法是使用法恩斯沃斯方法（Farnsworth timing）：字母以正常速度传输，但字母和单词之间的停顿则通过延长来加以强调。
学习判断时间

学习判断时间

  • 人们可以通过练习提高计时能力
    • 人们可以通过练习提高对时间间隔的辨别能力，例如在音乐背景下，区分不同音符的时间间隔。
  • 大脑如何实现时间判断
    • 大脑可能使用通用的神经秒表对所有范围在几毫秒到1秒的持续时间进行计时，或者大脑中有许多不同的神经元或回路，专门用于检测给定间隔。
  • 计时能力是否会随着练习而改善的问题，在20世纪90年代才有了最终定论。

计时能力的提高

  • 计时能力提高的实验结果
    • 通过实验，人们发现，在100毫秒间隔下的计时能力有所提高，标准100毫秒间隔的平均阈值从24毫秒降到了10毫秒。
  • 计时能力提高的原因
    • 尽管在100毫秒间隔下练习10天，显著提高人们辨别100毫秒间隔的能力，但它并没有改善50、200或500毫秒间隔下的辨别阈值。
  • 计时能力提高的局限性
    • 计时能力提高的实验结果表明，不管大脑在次秒级范围内怎样判断时间，恐怕都不是采用主秒表机制。

计时能力与专业技能的关系

  • 计时能力与专业技能的关系
    • 计时能力随练习而改善，那些需要准确计时的专业人士，比如音乐家，表现应该高于平均水平。
  • 音乐家的计时能力表现
    • 音乐家的间隔辨别阈值，在50~1000毫秒的标准间隔内明显更低。
  • 音乐家的整体表现
    • 研究表明，在各种时间任务中，音乐家的整体表现比非音乐家至少高出20%。
跟上节拍

音乐节拍的重要性

  • 音乐节拍是歌曲节奏的基础
    • 音乐的一个关键因素是节拍，也就是间发性的步调，作为一首歌节奏的基础。
  • 人类大脑是预测机器
    • 人类的大脑提前预料到了几百毫秒后下一节拍的出现，并将动作与之同步。
  • 跟上节拍的能力是人类与动物的差异
    • 大多数动物都不具备跟上节拍的简单能力，因为它们没有将动作与间发性刺激同步所必需的感官运动技能。

动物跟上节拍的能力

  • 动物可能通过“聪明汉斯”效应学会跟上节拍
    • 动物学会了按主人留下的线索行动，比如“汉斯”这匹名马就是靠着跟随主人不自觉的身体线索，进行数学运算的。
  • 鸟类可能通过声乐学习假设学会跟上节拍
    • 大多数哺乳动物，包括猴子、狗和猫，通过叫喊、嚎叫、咆哮、吠叫或喵喵声相互交流，但这些行为是天生的，反映了一套非常简单而有限的“词汇”。
  • 鸟类可能通过听觉和运动系统之间的紧密合作学会跟上节拍
    • 动物学习发声沟通的大脑布线，同样也是跟随歌曲节拍这一明显更简单的动作的基础。

跟上节拍的能力与欣赏音乐的关系

  • 跟上节拍的能力与音乐创作有关
    • 音乐是要受引导去期待一个具体的音符出现在具体的时刻；这种期待是得到满足，还是遭到违背，取决于作曲家的意图。
  • 跟上节拍的能力是欣赏音乐的最低要求
    • 跟随节拍的能力，是欣赏音乐的最低要求，与间发性刺激同步，是对预测和期待最基本的一项测量指标。
唱歌的鸟儿

鸟类的歌唱行为与人类言语的相似性

  • 鸟类的歌唱行为与人类言语有相似之处
    • 鸣禽中的歌曲学习和人类言语之间，有无数的相似之处。
  • 鸟类歌唱的学习和人类言语的学习相似
    • 斑马雀在求偶行为中，会唱极为复杂的歌曲，年轻雄鸟从成年雄鸟处学习此类歌曲。
  • 鸟类歌唱的学习和人类言语的学习都需要在一个关键的发育窗口期进行
    • 如果错过了这一早期发育期，鸣禽就永远无法学会像正常的成年鸟那样歌唱。

鸟类歌曲的时间结构

  • 鸟类歌曲中的时间结构
    • 鸟类歌曲里的种种元素，同样存在时间的层次。音符组合形成音节，一系列的音节形成歌曲中的乐句。
  • 鸟类歌曲中的神经元活动模式
    • HVC中的神经元在歌曲中的特定时间激活，例如，一个神经元在一段乐句中第100毫秒激活，另一个神经元大概在第500毫秒激活。
  • 鸟类歌曲中的神经元活动模式与时间的关系
    • 神经元活动模式放缓，鸟儿就应该以慢动作唱歌。

鸟类歌曲的神经科学解释

  • 鸟类歌曲的神经科学实验
    • 朗和费使用了一种微小的冷却元件，可以插入鸟类大脑，将其HVC的温度降到低于体温5或6摄氏度。
    • 冷却HVC会降低歌唱速度，音符、音节、停顿和乐句的整体长度，都得到了等量拉伸，最多可达40%。
  • 鸟类歌曲的神经科学解释
    • 大脑中的某个区域可能有助于（甚至控制了）复杂行为的计时和时间结构。
时间的神经解剖学

时间的神经解剖学

  • 动物电生理学研究和人类影像学研究并未证明大脑内部存在主回路负责在几百毫秒到几秒的尺度上判断时间。
  • 大脑中没有特定的区域跟所有种类的计时都毫无关系
    • 在大脑中，要找到哪个区域跟所有种类的计时都毫无关系，反而越来越困难。
  • 大脑里没有特定的区域负责特定形式的计时，但大多数神经回路在有需要时本质上都是能够判断时间的。

大脑的计时功能

  • 大脑的计时功能并非由特定的区域负责，而是由大多数神经回路在有需要时本质上都是能够判断时间的
    • 根据任务的特征（如感官计时还是运动计时，间隔还是模式计时，次秒级还是秒级的计时），或许会存在主要负责计时的特定神经回路。
  • 计时是大多数神经回路能够执行的一般性运算，这就使我的实验室提出了一个问题：一块孤立的大脑皮层组织，保存在培养皿里，它能判断时间吗。
  • 大脑皮层组织在培养皿里能够判断时间
    • 这些体外皮层回路里可包含数万个神经元，并能存活数周到数月。通常，这些回路待在恒温箱里，无法与外部世界进行任何交互。
    • 这些皮层回路跟外界有了非常有限的接触：它们全都体验着3种不同时间间隔中的一种。

大脑的计时功能与疾病的关系

  • 没有神经系统状况会让人失去追踪分钟尺度上时间流逝的能力
    • 哪怕我们的墙上挂着走动的时钟，如果我们不记得任务什么时候开始，也就没法用它来判断一个小时是否已经过去。
  • 没有神经系统状况会让人失去在数百毫秒尺度上判断时间的能力
    • 特定的疾病并不会破坏人在一秒左右的尺度上判断时间的能力。
  • 没有特定的神经系统状况会让人丧失欣赏音乐节奏、在秒尺度上重复时间间隔、学会在正确的时间眨眼以响应音调等能力
    • 由于不同的时间问题由大脑内部不同的回路解决，也不应该会出现那样的情况。

大脑对外部世界的感知

  • 所有关于外部世界的知识，都是通过5种感觉器官之一产生的动作电位模式来实现的。
  • 大脑在外部世界中所识别的大部分信息，存在固有的时间性：手的挥舞、池塘的涟漪、字母···（摩尔斯电码里的“s”）、一首抓耳的曲调、蝙蝠拍打翅膀、说出来的词汇“蝙蝠”和“拍打”。
  • 大脑需要灵敏地察觉时间顺序和计时。
  • 如果没有解析复杂时间模式的能力，我们将无法使用人类的两种标志性能力：言语和音乐。
6:00 时间、神经动力学和混沌

时间的定义和作用

  • 时间是时间流动的天然主观感，能对事件进行排序。
  • 借助时钟，时间概念变得客观。
  • 任何物理现象都可以充当时钟，只要它可以按需求准确地重复多次。

人造时钟的工作原理

  • 人造时钟基于一条无比简单的原理：数出振荡器振荡的周期数。
  • 人造时钟就只是在数某种周期性过程的嘀嗒声。
  • 人造时钟的计时策略非常成功，人们很容易假设大脑也依赖类似的原理来判断时间。

大脑如何判断时间

  • 大脑判断时间的方式被称为“内部时钟模型”。
  • 该模型基于一个类似于人造时钟的原理：一个或一组神经元以某一固定频率跳动，另一组神经元则对此进行计数。
  • 虽然神经元可以是天然的振荡器，计数却并非它们的强项，这就带来了一个问题：虽然神经元可以是天然的振荡器，计数却并非它们的强项。
超周期和周期内计时

生物振荡器与人造时钟的计时原理

  • 生物振荡器与人造时钟的计时方式
    • 生物振荡器依赖于转录/翻译自我调节反馈环，人的呼吸、心跳或行走的计时，都依赖于生物振荡器。
    • 人造时钟只能在超出其基础时间单位的尺度上计时。
  • 生物振荡器与人造时钟的计时原理存在差异
    • 生物振荡器通常用于计算持续时间小于其周期的事件（周期内计时），而人造时钟测量的是持续时长超出自己周期的流逝时间（超周期计时）。

生物钟的计时原理

  • 生物钟的分子系统周期为24小时
    • 生物钟蛋白质的浓度，提供了在24小时的周期内划分阶段的相关信息。
  • 生物钟的计时方式
    • 生物钟的每一轮呼吸循环都需要许多时机正好的运动事件，包括吸气与呼气的协调控制。
  • 生物钟的计时精度有限，每一周期基本上都是彻底的重置。

内部时钟模型的实证支持

  • 内部时钟模型可能参与超周期计时
    • 某些形式的计时可以依赖一组神经振荡器，其中，每一个振荡器都以不同的频率嘀嗒作响。
  • 内部时钟模型的实证支持
    • 通过检测这些节拍，只要间隔时间低于上述任意振荡器的周期，神经振荡器模型即可用于区分这样的间隔。

毫秒和秒范围内的计时

  • 计时不仅仅是为了测量事件之间的间隔，它更是为了考察时间背景、时间层次和时间模式。
涟漪

涟漪模式与时间编码

  • 涟漪模式是动态系统的状态
    • 涟漪模式是随着时间变化的空间模式，可以用于判断时间。
  • 涟漪模式中的物理现象可以用于判断时间
    • 涟漪模式中的物理现象，如雨滴撞击水面产生的同心波模式，可以用于判断时间。

利用物理系统判断时间

  • 物理系统中的时间变化
    • 物理系统中的时间变化可以通过物理现象的变化来判断，如滑梯上的线段间隔距离的变化。
  • 物理系统中的时间测量
    • 物理系统中的时间测量可以通过物理现象的变化来测量，如滑梯上的线段间隔距离的变化。

物理系统在时间测量中的应用

  • 物理系统在时间测量中的精度可以很高，如2014年冬季奥运会的高山滑雪比赛中的选手所用的时间精度小于0.4%。
  • 物理系统在时间测量中的实用性很高，如在高山滑雪比赛中，选手所用的时间精度比惠更斯摆钟出现之前的任何时钟都要好。
短期突触可塑性

短期突触可塑性

  • 短期突触可塑性是大脑学习和存储信息的一种方式
    • 神经元通过突触连接，突触的强度决定了突触前神经元对突触后神经元的影响，突触的强度是可以改变的，突触强度变化的过程是大脑学习和存储信息的一种方式。
  • 短期突触可塑性是大脑在数百毫秒的尺度上判断时间的能力有帮助。

短期突触可塑性的应用

  • 短期突触可塑性可以用于构建计时器
    • 以最简单的神经回路为例，两个神经元通过单个突触连接，可以构建一种计时器，只有当两次输入相隔50毫秒时，才产生动作电位的一种神经元。
  • 短期突触可塑性可以用于选择性地响应一定范围内的不同时间间隔
    • 由表现出短期突触可塑性的兴奋性和抑制性神经元所组成的简单回路，可以选择性地响应一定范围内的不同时间间隔，如只响应100毫秒的间隔，但不响应50或200毫秒的间隔。
  • 短期突触可塑性可以用于检测音素的语音起始时间、摩尔斯电码符号或音符之间的间隔
    • 研究发现，许多不同动物——从蟋蟀、电鱼到大鼠，其大脑的神经元都会选择性地响应不同时间间隔，这种时间特异性究竟是怎样产生的，人们尚未完全理解，但一些研究表明，短期突触可塑性至少可以解释部分原因。
状态依赖网络

状态依赖网络模型的提出

  • 状态依赖网络模型的提出背景
    • 人们对大脑回路的空间和时间模式已经提出了很多一般理论。
    • 提出了一套模型，称为“状态依赖网络”（state-dependent networks）。
  • 状态依赖网络模型的核心概念
    • 状态的概念：在物理学中，系统的状态可以视为变量的值，提供有关系统当前配置的信息。
    • 神经元网络的状态：通常，在给定时刻，神经元网络的状态由哪些神经元在产生动作电位来定义。
    • 影响回路将来行为的因素：除了当前产生动作电位的神经元，还有其他许多相关的神经特性，如短期突触可塑性等。

状态依赖网络模型的应用

  • 状态依赖网络模型的应用范围
    • 网络在给定时间t的活动状态，由神经网络的输入和时间t-1时它的状态（活动状态和隐藏状态）所控制。
    • 神经元网络的响应由当前输入和刚刚发生的事件所决定，而刚刚发生的事件，会在当前的网络状态中得到表现或编码。
  • 状态依赖网络模型的应用实例
    • 听觉和视觉皮层中的记录表明，神经元对刺激的响应，受此前刺激以及该刺激多久前发生的强烈影响。
    • 计算机模拟已经表明，状态依赖网络不光可以辨识简单的间隔，还可以分辨复杂的时空模式，如口语表达。
群体时钟

群体时钟的概念和应用

  • 群体时钟是一种将神经元状态转换为时间单位的方式
    • 实验和理论研究表明，判断哪些神经元在给定时刻激活，是大脑编码时间的一种方式。
    • 群体时钟是一种更一般性的设想，每一时刻都由一个较大的活跃神经元亚群表征。
  • 群体时钟的提出和应用
    • 群体时钟这一重要概念，最先由神经科学家迈克尔·莫克提出。
    • 群体时钟可以让人能判断是过去了100毫秒还是200毫秒。

群体时钟的类比应用

  • 群体时钟的类比应用：摩天大楼的窗户
    • 每个房间的人都有自己的独特时间安排，且每晚重复。
    • 如果有100扇窗，我们可以写下一串二进制数字，来表示每一时刻大厦的状态。
  • 群体时钟的类比应用：3D图
    • 把代表每个时间点的点连接起来，就可对大厦的轨迹进行可视化表示：大厦的状态怎样随着时间变化。
    • 只要存在内部动态（灯光的变化模式），我们就能用它来判断时间。
事件特异性时钟

活跃神经元的变化模式可以作为计时器

  • 活跃神经元的变化模式可以被用作计时器。
  • 大量神经元组成的回路不仅仅是一个计时器，而是很多计时器。
  • 同一回路具备不同计时器的功能，其优势或许一眼看上去并不清楚，但这一策略创建了一套更为强大的运算系统。

事件特异性的计时器

  • 针对不同事件使用不同计时器的方法有一个重要优势：如果你走进厨房并听到闹钟响起，你立即就知道该关掉哪部设备，或者从烤箱里取出什么东西。
  • 事件特异性的计时器，也可以充当当前正在发生的事件的存储器。
  • 事件特异性的计时器，可以同时测量时间和空间信息。

大脑希望拥有以这种方式运行的计时器

  • 在几毫秒到几秒的时间尺度上，大脑不仅需要判断时间，还需要在特定时刻及时完成任务。
  • 动物运动计时的一个常见例子，跟一种经典的条件反射有关系，叫作“眨眼条件反射”。
  • 动物能否学会在两种不同的时间眨眼，作为对不同音调的反应呢？这正是迈克尔·莫克所要阐明的。
  • 神经计时器存在于小脑回路中。

拥有多台计时器的重要性

  • 一位可以同时在钢琴上演奏两首歌的钢琴家，一台传统的计时器会很有用，因为它告诉你1秒钟已经过去了，但它并没有告诉你这1秒要按哪个琴键。
  • 使用不同的动态时空模式作为计时器（比如，爱丽丝和鲍勃所用的不同灯光照明模式）不仅可以解决判断时间的问题，还可以确定每个时间点上该做什么。
  • 大脑可以把第一首歌曲第1秒时激活的神经元群与负责按钢琴C音符的运动神经元连接起来，把第二首歌第1秒时激活的神经元群与负责按E音符的运动神经元连接起来，从而执行上述策略。
大脑动力学

神经科学家观察到神经活动编码时间的例子

  • 神经科学家乔·佩顿在里斯本的尚帕利莫未知研究中心进行了一项研究
    • 研究让大鼠按照听到的长短听觉间隔，把鼻子伸入两个“舱口”之一。
    • 大鼠能够很好地完成任务，90%的时候它们都能伸入正确的舱口。
  • 研究人员记录了其纹状体中的数十个神经元活动
    • 这些神经元，有不少都会反复在多个试次中的类似时间点产生动作电位。
    • 神经元的活动按其激活时间分类，会观察到一种链状的活动模式。

神经元活动模式与时间任务的关系

  • 神经元活动模式属于“快速运行”（即模式的展开比平均值更快），大鼠更可能做出“长”响应。
  • 神经元活动模式追踪时间，“记下”触发该模式的刺激。
  • 神经元在不同的时间点开始产生动作电位，每次持续不同的时间，有时还会过一会儿又重新开始。
  • 神经活动的时空模式没有明显的韵律或理由，看上去似乎令人费解，但这说不定正是重点。
  • 所有神经元在该模式中的任何给定时刻，都有着差不多相同的启动或关闭概率。
  • 大脑可能会在某些部位使用复杂模式，驱动其他部位生成更简单的链状模式。
  • 加速神经元可能是计时器，也可能是从大脑中其他回路里读取时间，以触发恰当的计时运动反应。
混沌

混沌现象在神经元网络中的体现

  • 神经元网络能够创建一种不断演变的活动模式，这些模式有着非常适合编码时间的潜力
    • 神经元网络由循环连接的神经元所构成，能够创建一种不断演变的活动模式。
    • 这些模式通常是不可重复的，实际上，这些网络的行为往往十分混沌。
  • 混沌现象对神经元网络的计时功能造成的影响
    • 混沌系统会带来非常蹩脚的时钟，因为系统对噪声或测量中的微小误差极为敏感。
    • 混沌系统的状态（本例中为x的值），会由于微小的扰动而快速发散，这意味着在实践中，系统不会一次次地生成相同的模式。

混沌现象在神经元网络中的解决方法

  • 研究人员已经提出了许多理论来解释循环神经网络怎样产生复杂的非混沌（也就是可以一次次地触发）变化模式
    • 有一个此类模型假设，大脑里有突触学习规则，在本质上使网络能够学习怎样不混沌。
    • 如果对神经网络计算机模型里的突触进行适当调整，就能生成非混沌的复杂轨迹。
  • 通过调整突触连接的强度，可以“驯服”循环神经网络中的混沌
    • 循环网络有一个有趣的特性，能够记住自己正在做什么：哪怕当它被撞击离开初始轨迹时，也可以“返回”并完成自己正在做的任务。
    • 通过调整突触连接的强度，可以“驯服”循环神经网络中的混沌，使其能够生成复杂的时变运动模式。

混沌现象在大脑中的作用

  • 混沌现象在大脑中的作用是复杂的，需要人的思路暂时跳脱较为传统的运算和记忆模式。
  • 混沌现象在大脑中的作用是多方面的，包括记忆、识别和生成言语或音乐的基础
    • 每个突触和每个模拟神经元都为模式出了力，但没有哪一个突触或神经元是必不可少的。
    • 模式是一种突现特征：整体大于部分之和。
  • 混沌现象对大脑执行的许多运算，尤其是具有时间性质的运算，有重要影响
    • 大脑执行的许多运算，尤其是具有时间性质的运算，依赖于大脑生成复杂时变神经轨迹的能力。
    • 这些神经轨迹可用于生成时空模式，构成了我们伸出手翻动书页或演奏钢琴的能力的基础。
第二部分 时间的物理和心理性质

时间的物理和心理性质

  • 时间的感知和理解
    • 人类的眼睛无法感知和理解时间领域中的物体，如神经元细胞核、海王星卫星、大陆板块漂移等。
    • 为了理解远远超出大脑能测量的时间尺度，人类制造了显微镜和望远镜，以及时间望远镜和时间显微镜。
  • 时间的测量和计算
    • 原子钟可以在阿托秒尺度上准确地追踪时间，准确到科学家们已经没有太多其他的借口使用“atto”前缀了。
    • 物理学在某种程度上，是我们渴望判断时间带来的结果。

时间和物理的联系

  • 天文学与物理学的关联
    • 天文学的出现，不仅是因为我们需要在空间中自我定位，也是因为我们需要在时间中自我定位。
    • 早期天文学提供了一种追踪季节、确定一年的长度、判断何时应该拜祭天神的途径。
  • 物理定律与时钟的关系
    • 时间和物理有着千丝万缕的联系。不仅时间本质的问题属于物理学范畴，而且我们对物理定律的理解，使科学家得以开发出极其精准的时钟，用于检验物理定律。
  • 物理学和神经科学对时间性质的看法
    • 在接下来的章节中，我们将研究时间的物理学，看看物理学和神经科学各自对时间性质的看法是否相容。
神经元与核武器扩散

神经元与时间判断

  • 科学家根据不同的需求设计了不同的方法来判断时间
    • 有时需要确定从过去的某个时间点到当下流逝了多少时间，有时需要确定从当下到未来的某个时刻将用去多少时间。
  • 自然界里到处都是回顾性时钟，因为宇宙受到物理定律的约束，这些定律使得我们身边（还有我们体内）发生的变化遵从一套明确的规则
    • 池塘水面的涟漪让我们能根据当下所见，窥视到过去几秒。
    • 法医病理学家可以根据尸体当前的温度来确定死亡时间，并且根据给定基因的相似程度来判断两种动物何时从共同祖先开始分化演变。
  • 放射性定年法的发明，带来了一种最具变革性的方法
    • 原子怎么会“知道”已经过去了多长时间？为了回答这个问题，我们将探讨放射性定年法和核武器扩散怎样推翻了神经科学中一个已有百年历史的教条。

神经元与核武器扩散的关系

  • 神经科学家始终确信，与身体里的大部分细胞不一样，新的神经元是绝不会在成年人体内形成的
    • 20世纪90年代在大鼠和小鼠实验中出现了越来越多具有说服力的证据，表明大脑的某些部位会生成新的神经元，这一过程叫作“成年神经发生”（adult neurogenesis）。
  • 20世纪50年代到60年代初，主要由美国和苏联进行的地面原子弹试验，让大气中碳元素的放射性同位素碳14含量几乎增加了一倍
    • 大气中碳14的含量在1963年达到顶峰（这一年签订了《部分禁止核试验条约》），此后便开始下降。
  • 瑞典的研究人员分析了死后人类大脑组织，发现1955年以前出生的人，绝大多数神经元DNA中的碳14含量都很低
    • 大多数神经元并不是在成年后形成的。
  • 神经科学与核武器扩散这一神奇的交集，以及利用放射性碳元素作为回顾性时钟的方法，推翻了此前公认的“新神经元绝不会在成人体内形成”这一教条。
  • 理解放射性定年法的原理，可以提示我们：判断时间有许多种方法，而且就像大脑一样，从技术层面看，我们运用大量从根本上不同的机制来回顾性和前瞻性地判断时间。
  • 放射性定年法背后的原理，基于一种最简单的判断时间的方法：概率
    • 这里，为了方便我们从直觉上进行理解，可以把一个碳14原子里的中子想成是在努力突破掩盖了原子核的电子云，以从原子核里逃离（实际上，中子释放出电子和反中微子，成为质子，把碳原子转化成氮）。
    • 如果我们在今天创造出一个碳14原子，那么，它有可能在5730年里衰变成氮原子。
    • 如果我们隔了5730年之后回来发现，它并未衰变，它在未来5730年内会衰变的概率是多少？仍然是50%。就像一次又一次抛出的10枚硬币一样，原子本身绝对并不记忆或追踪自己已经赌了几千年。
  • 使用放射性衰变来判断时间的能力，取决于对群体的统计数据：放射性原子的初始数量越大，我们对时间的估计就越准确
    • 这种策略与大脑内部的群体时钟概念有一定的相似性，在大脑里，判断时间的最佳方式是观察特定时刻活跃的神经元亚群。
日历

祖先对前瞻性计时比对回顾性计时更感兴趣

  • 追踪时间的最早尝试主要与历法有关
    • 预测月相、冬季的到来以及潜在猎物的迁徙模式对生存至关重要。
    • 占卜师、智者、祭司和天文学家使用月亮、星星和动植物的自然节律来判断哪一天最适合出战、种植和收获、举行宗教仪式、结婚、埋葬死者。
  • 掌握了历法，也就有了权力的滥用
    • 负责历法的罗马祭司，运用自己对历法的控制，缩短自己不喜欢的政治家的执政时间。

太阳和月亮遵循不同的日程表

  • 太阳年不能被朔望月的持续时间整除
    • 地球绕太阳转一圈要用365又1/4天，而月球绕地球转一圈要花29.53天。
    • 在太阳年中有12.4个朔望月。
  • 埃及人和罗马人决定，在测量季节节律和一年的持续时间时，忽略月球周期。
  • 太阳年的天数也不是整数
    • 地球绕着自己的轴旋转一圈所花的时间，不能整除它绕着太阳转一圈所花的时间。

儒略历的发明

  • 儒略历由12个月和365天组成，每4年有一个闰年，闰年为366天
    • 为纪念凯撒，12个月里有一个月起名“儒略”月。
  • 儒略历并不完美，它还需要进一步调整
    • 日历的时间与太阳年错位了，因为一年里并不是准确的365又1/4天，而是接近365.2425天。

格里历的引入

  • 教皇格里高利十三世于1582年宣布，除非能被400整除，所有的世纪年（能被100整除）都不设闰日
    • 今天我们奉行的是格里历。
  • 为了进一步对应地球自转的不规则性，我们采用闰秒来让太阳日与协调世界时保持一致
    • 自1972年以来，已经有20多个闰秒偷偷插入了我们的时钟。
第一台时钟

人类对时间的追踪和记录

  • 人类利用太阳投下的影子追踪一天中的时间
    • 公元前4000年，人类开始利用太阳投下的影子追踪一天中的时间。
    • 早期的日晷只是在地上垂直地插根棍子，按太阳在一整天里投下的影子划定线段。
  • 罗马帝国时期，日晷无处不在
    • 在罗马帝国时期，日晷无处不在。
    • 罗马诗人普劳图斯（Plautus）抗议道：日晷把我的日子切切砍砍，弄成了支离破碎的。

时钟的起源和发展

  • 罗马诗人普劳图斯的抗议反映了时钟的起源
    • 普劳图斯抗议道：众神让第一个发现怎样区分小时的人糊涂了！也叫那个在这个地方设置了日晷的人，感到糊涂。
  • 机械时钟的出现
    • 13世纪前后，第一批真正的机械时钟出现了。
    • 机械时钟冬天也不会冻结；与日晷不同，它不管是阴天还是晚上都能运转。
  • 时钟的应用
    • 修道院是极为讲究制度的组织，按照教皇萨比尼昂（Pope Sabinianus）在公元7世纪所定下的规矩，修道院必须每天敲钟7次，召唤修士们祈祷。
    • 时钟不仅仅是追踪时间的手段，也是同步人类行为的手段。
摆钟

摆钟的发展历史

  • 伽利略的发现
    • 伽利略是第一个注意到悬垂重物完成一次摆动的时间跟摆动幅度近乎无关的人。
    • 伽利略在世期间，世人借助钟摆的特点，发明创造出了最早的一种医疗器械：脉搏计。
  • 惠更斯的贡献
    • 惠更斯是第一个利用伽利略的见解，制造出第一台高质量摆钟的人。
    • 惠更斯的时钟代表了计时技术的巨大飞跃，每天的误差仅为10秒。

经度问题的解决

  • 经度的定义和重要性
    • 经度就是要确定一个人在空间中所处的点，是时间和速度的孩子（距离等于时间乘以速度）。
    • 经度和时间之间存在直接的对应关系，知道已经过了多少时间，相当于知道地球已经转了多少度。
  • 经度问题的挑战
    • 经度问题在17世纪和18世纪最伟大的科学家，都无法对经度问题视而不见。
    • 经度问题的解决方案，为日后一股多次重复的技术趋势确定了先例：测量空间的最佳方法是使用时钟。
  • 哈里森的贡献
    • 约翰·哈里森是一位自学成才的钟表匠，他对经度问题痴迷专注到了极致。
    • 哈里森制造出了第一台航海计时器，达到了经度委员会制定的准度标准。
石英和铯

哈里森和其他时钟制造大师为时钟测量时间的进步奠定了基础

  • 哈里森和其他时钟制造大师为之后一个多世纪渐进式的测量时钟时间的进步奠定了基础。
  • 随着从19世纪进入20世纪，一场时间革命拉开了序幕。

电力和无线电波成为解决时钟同步问题的解决方案

  • 由于每天误差不到1秒的时钟得到了普及，怎样同步所有时钟，越发成为问题。
  • 解决方案来自两种新兴的技术：电力和无线电波。
  • 电协调一度是人们关注的焦点：利用电力，将位于某处的主时钟的信号，几乎无延迟地发送到其他位置的从属时钟去。
  • 专利员阿尔伯特·爱因斯坦发表了名为《论动体的电动力学》（On the Electrodynamics of Moving Bodies）的论文，它彻底否定了绝对时间的概念，还简要地描述了一种远程同步时钟的方法。

20世纪初，随着最先进计时装置的出现，摆钟和机械时钟即将过时

  • 20世纪20年代，第一台石英晶体钟问世，20年后，第一台原子钟落成。
  • 时钟的准确性，来自于其时间基准。
  • 石英钟的时基是一块小小的石英晶体。
  • 数字电路会对这些振动计数，记录流逝的每一秒。

原子钟的准确程度，对惠更斯或哈里森来说不可想象

  • 原子钟的时基有点难以想象。
  • 原子，比如铯，有一种共振频率，也就是该频率的电磁辐射将导致它“振动”。
  • 铯原子充当的是校准器的角色，确保频率正确。

原子钟革新了导航

  • 不管是在你的智能手机上还是导弹头上，GPS都可以通过确定至少4颗卫星距离地球端接收器之间的距离，来进行定位。
  • GPS接收器必须能捕捉到传输时间和到达时间之间如此微小的差异。
  • GPS不仅需要将数颗卫星送入太空，而且要在每颗卫星上放置一台原子钟。
  • 通过测量来自不同卫星的信号到达的时间差，GPS接收器可以使用三角测量法来计算其纬度、经度和海拔高度。
贩卖时间

时钟的普及和影响

  • 时钟的普及
    • 准确度惊人的时钟不仅可以用来测量小时和秒的无形流逝，还可以用来测量我们花时间做了什么。
    • 小时工资制的出现，使得工厂管理人员追踪和记录工人时间变得重要。
  • 时钟对经济的影响
    • 股票市场交易员可以借助毫秒级的优势，赚取巨大的金钱收益。
    • 基于网络的音乐和视频服务，我们可以花钱付费“把自己的时间买回来”，以不受广告影响。

时钟在信息时代的重要性

  • 时钟是信息时代的关键机器
    • 时钟将我们的生活分割成了越来越小的时间单位。
    • 时钟不仅可以同步人的行为，还可以确定计算机每秒钟执行的数十亿次操作的速度。
  • 时钟的准确度和范围
    • 人类对判断时间的追求，可谓是太过成功。
    • 现代时钟惊人的地方，还不仅仅体现在它们的分辨率和准确度上；还体现在它们的范围上。

对时间本质的探讨

  • 时间的精确测量
    • 今天我们测量时间的精确度比对其他任何东西的测量都更精确。
    • 为了测量一粒盐、一个人或一辆卡车的重量，我们需要3种类型极为不同的秤。
  • 对时间本质的探讨
    • 为什么时间只朝一个方向流动？过去、未来与现在有什么根本性的不同吗？
    • 又或者，时间看起来是这样，只是因为人类大脑的欺骗？
8:00 时间：这到底是什么

时间的解释与存在的联系

  • 解释时间与解释存在之间存在深刻的联系
    • 解释时间与解释存在是相互依赖的，不解释存在就无法解释时间，不解释时间就无法解释存在。
  • 揭示时间与存在之间的联系是未来的任务。

人类大脑的局限性

  • 人类大脑是按照无计划的进化原则设计的产物。
  • 人类大脑存在大量的错误、局限性和固有的偏差。
  • 人类大脑在执行数值运算、记忆随机字符串、迅速凭直觉给出概率等任务上的表现不佳
    • 执行数值运算，记忆随机字符串，迅速凭直觉给出朝着空中投掷4枚硬币出现两个人头像朝上的概率——我们在这类事情上的能力都很糟糕，它们也恰恰是人类大脑不擅长执行的几类任务。
重访现在论和永恒论

人类对时间度量准确度的追求

  • 人类在时间度量准确度的追求中过于成功。
  • 测量时钟时间的成功，对我们理解自己到底在测量些什么带来的进展并不大。

时间的本质和哲学家的理论

  • 哲学家和物理学家有许多不同的理论，其中有一些是互相排斥的，有一些对主题做了微妙歪曲。
  • 现在论和永恒论捕捉到了两种主要观点。

现在论和永恒论的定义和理解

  • 现在论认为只有现在才是真实的，所有的存在，都存在于永恒的现在。
  • 永恒论下，时间被空间化为一个完整的维度，过去、现在和未来同样真实。
  • 长久以来，语言都妨碍着现在论和永恒论进行一场毫不含糊的对话。

语言对现在论和永恒论的理解

  • 在现在论的语境里，“恐龙存在”的说法是错的。
  • 在永恒论下，人们可能会争辩说这种说法是正确的，因为恐龙确实曾经存在于其他某个瞬间，而那一个瞬间，跟你认为是现在的这个瞬间同样真实。

语言的固有视角

  • 语言具有一种固有的现在论视角。
  • 现在论和永恒论这两个术语，分别与部分哲学家所说的“有时态时间”（tensed time）和“无时态时间”（untensed time）相关。
  • 有时态时间总是扎根于现在：“我今天早上和昨天早上去了健身房”这句话，是根据现在来定义过去发生的时间。
  • 干巴巴的事件清单，比如“2016年1月1日上午8点，健身房；2016年1月2日上午8点，健身房”，就是无时态时间的例子。
  • 如果这张清单今天是真的，那么明天仍然是真的，从某种意义上说，100年前它甚至也是真的。
  • 这就如同时间已经空间化了。
时间，谁需要它

时间本质的理论

  • 物理学家乔治·埃利斯等人主张宇宙是四维块体，但只包含过去
    • 演化块宇宙理论下，“现在”是不确定的未来逐渐冻结成不断发展却不可改变的过去的浪潮。
  • 时间是一种抽象概念，有助于解释宇宙运作，但不是物理学的基本要素
    • 时间的标准单位（秒）并没有定义成某种纯粹的时间单位，而是对应着铯133共振频率的9192631770个辐射周期。
    • 时钟时间可以看作是我们将变化标准化的一种惯例，时间提供了一种非常有用的方法，将不同物理系统的变化速度建立等效关系。

时间的术语和理论

  • 人们对时间到底是什么并没有达成共识，永恒论并不符合时间流动的主观感受
    • 永恒论并不符合时间流动的主观感受，因为时间中所有的瞬间都与空间中所有的位置同样真切。
  • 永恒论需要给出充分的理由，才能让人接受
    • 根据物理定律，“现在”是时间中一个任意的瞬间，一如“这里”是空间中的任意一点。
    • 爱因斯坦的狭义相对论似乎表明，时间里的所有时刻，都是沿着块体宇宙时间维度永久排列好的。
对当下的无所谓

人类对宇宙基本规律的探索

  • 人类成功推断出宇宙基本规律
    • 人类成功地推断出了宇宙的基本规律，这可能是人类物种的最高智力成就。
  • 牛顿和爱因斯坦的贡献
    • 牛顿迈出了第一步，描述了日常生活中物体行为的规律。
    • 爱因斯坦通过狭义和广义相对论，扩展并纠正了牛顿定律。
  • 亚原子粒子的独特规律
    • 亚原子粒子似乎有一套独特的隐秘规律，而这套隐秘的规律，又并不遵守爱因斯坦的定律。

物理定律对当下时刻的解释

  • 物理定律无法解释当下时刻
    • 物理定律并未告诉我们此刻正在发生哪些事件——就像是一张没有‘你在这里’标识的地图。
  • 物理定律对时间的方向持无所谓态度
    • 牛顿定律对时间的方向持无所谓态度，不管它们是过去、现在还是未来。
    • 相对论和量子力学的方程也是如此。物理定律并没有为时间的方向或任何特定的瞬间赋予任何特殊的意义。
时间顽固的箭头

物理定律与时间箭头的关系

  • 物理定律并不禁止某些看似不可能发生的事情
    • 物理定律并不禁止气球爆了以后还原，落地的碎玻璃重圆，冰茶中融化了的冰块重新结成冰块。
  • 物理定律中的熵与时间箭头的关系
    • 熵相当于无序的程度，孤立系统的熵随着时间推移具有不断增加的趋势。

时间箭头的含义

  • 时间箭头揭示了为什么世界上所有事件都顺着时间的箭头展开
    • 热力学第二定律并不禁止气球爆了以后还原，落地的碎玻璃重圆，冰茶中融化了的冰块重新结成冰块：它只是做了次优选择——从实际上确保它们不会。
  • 时间箭头并不像是个箭头
    • 考察熵箭头本身，会发现它并不像是个箭头。
双向箭头

热力学第二定律的预测

  • 热力学第二定律预测熵会随着时间增加。
  • 热力学第二定律的预测与实际观察结果不符
    • 热力学第二定律预测，熵会从低到高，但实际上，熵会从高到低。

时间的双向箭头

  • 热力学第二定律的预测与时间的双向箭头
    • 热力学第二定律预测，时间会从低熵状态开始，然后熵会逐渐增加，这与时间的双向箭头相符。
  • 时间的双向箭头的成因
    • 时间的双向箭头的成因可能与量子力学有关，因为量子力学内含着时间不可逆的过程。

时间的双向箭头的其他假说

  • 多元宇宙假说
    • 多元宇宙假说认为，我们所在的宇宙，是一个大得多的多元宇宙中的局部低熵区域。
  • 量子力学的测量阶段
    • 量子力学的测量阶段可能会给宇宙施加一个时间箭头，因为一旦电子的位置得到测量，就再也不能回头。
9:00 物理学中时间的空间化

物理学中时间的空间化

  • 时间的空间化是物理学中的一个重要概念
    • 阿尔伯特·爱因斯坦认为，过去、现在和未来的区分，仅仅意味着一种顽固的幻觉。
  • 篮球比赛中的时间问题
    • 篮球比赛中的投篮和时钟的赛跑，看似完全客观，但实际上，两件事的发生顺序，因观察者的不同而不同。

时间的本质和影响

  • 时间的本质是相对的，取决于观察者的运动状态。
  • 时间的空间化对时间本质的影响
    • 时间的空间化使得时间的本质变得复杂，因为两件事的发生顺序，因观察者的不同而不同。
  • 时间的空间化对现实的影响
    • 时间的空间化使得现实存在分歧，例如，宇航员和裁判对篮球比赛的结果可能存在不同的看法。
狭义相对论

狭义相对论的提出和基本原理

  • 爱因斯坦的狭义相对论
    • 爱因斯坦从两条原则出发，推导出狭义相对论，即对所有恒速运动的观察者来说，物理定律保持不变。
    • 爱因斯坦借鉴自伽利略的相对性原理，即我们总会根据与另一种东西的相关性来定义速度。
  • 狭义相对论的挑战
    • 狭义相对论的提出挑战了绝对时间的概念，即光速恒定的概念破坏了绝对时间的概念。
    • 狭义相对论的提出挑战了任何东西的速度都不会超过光速的观念，即光速的绝对性，是牺牲时间和空间的绝对性换来的。

狭义相对论的数学表达和实验验证

  • 狭义相对论的数学表达
    • 爱因斯坦在狭义相对论论文中得出了一组方程，描述了时间膨胀（和空间收缩）与速度的函数，这些方程式叫作洛伦兹变换。
    • 洛伦兹并没有完全理解这些方程的后果，他也没有意识到，它们可以从上文提到的两条原则中推演得出。
  • 狭义相对论的实验验证
    • 第一批揭示时间膨胀的实验之一，是在商业航班上携带原子钟，并将它们与地球上的原子钟进行比较。
    • 实验证实，时间不是绝对的，牛顿是错的——时钟时间并不会“均一流动，无关外部的任何东西”。
同时性的丧失

同时性的丧失

  • 同时性的定义和影响
    • 同时性是两个或多个事件在同一时间发生的现象，是人们日常生活中的基本经验。
    • 同时性的丧失是指在某些特殊情况下，由于物理现象的影响，两个或多个事件在同一时间发生的现象。
  • 同时性的丧失与局部环境的影响
    • 某些事物的变化速度会受局部环境的影响，例如温度对不同时钟的影响不同，速度对任何时钟的运行都有绝对的影响。
    • 同时性的丧失可能是由于物理现象的影响，例如在极快的速度下，不同的观察者将体验到不同的空间和时间。

同时性的丧失在实际生活中的应用

  • 牛顿的火车
    • 牛顿的火车实验中，观察者站在行进的火车中间，朝着相反方向射出两发子弹，在所有观察者眼中，火车的前后窗户将在t=1秒时同时破碎。
  • 爱因斯坦的火车
    • 爱因斯坦的火车实验中，观察者搭乘一辆很长很长的火车，当火车前端到达观察者处时，观察者用粒子枪开了两枪，粒子子弹以相反的方向，朝列车两头的窗户行进。
    • 爱因斯坦的火车实验中，观察者将看到朝前行进的子弹在半空悬停，而朝后的子弹先破碎，这种现象与所有传输延迟（与火车不同位置的信号到达你或我所需时间不同相关）绝对没关系。
时空

时空观念的探讨

  • 不同的视角对同一事件的解读
    • 不同的观察者可能会有不同的解读，如两扇窗户的破裂，有人可能看到两扇窗户都碎了，有人可能看到只有一扇窗户碎了。
  • 时间的空间化
    • 时间的空间化，即块体宇宙，可以解释同时性的相对性，如两扇窗户看起来同时破裂，但实际可能并非如此。
    • 闵可夫斯基将时间和空间融合成了时空，为爱因斯坦的狭义相对论设计了几何重构，包括一个时间维度。

永恒论的支持

  • 狭义相对论的贡献
    • 狭义相对论为永恒论提供了最具说服力的一种论据，因为它假设所有曾经或将要发生的事件，都永久地位于块体宇宙中的某个点。
  • 广义相对论的贡献
    • 广义相对论确立了引力和加速度之间的等效关系，给出了一个惊人的答案：引力本身并不是一种力，而是时空的扭曲。
    • 广义相对论方程的一些解，给出了时间旅行的可能性，也就是说，从特定假设和初始条件开始，这些方程允许时间之间的前后跳跃。

永恒论的挑战

  • 物理定律无法解释“现在”的特殊性
    • 尽管有说服力的证据支持永恒论，但物理定律无法解释人类有史以来最强烈、最明确的一种观察：“现在”就是很特殊，时间就是在流动。
我们能调和关于时间的物理学和神经科学吗

爱因斯坦对“现在”的困扰

  • 爱因斯坦对“现在”的困扰
    • 爱因斯坦对“现在”的问题感到困扰，认为“现在”的体验与过去和将来有着本质不同，但在物理学中无法体现。
  • 爱因斯坦的观点
    • 爱因斯坦认为科学无法理解这种体验，是一个令人痛苦而又不得不承认的问题。

物理学与神经科学对时间的理解

  • 物理学对时间的理解
    • 物理学通常可以忽略关于时间的物理学与神经科学之间的分歧，狭义和广义相对论的方程式好到近乎离谱地解释了实验数据。
  • 神经科学对时间的理解
    • 神经科学家认为我们对时间流逝的意识感受，以及我们用来断言物理世界现实的（无比准确的）理论之间存在严重的分歧。
  • 物理学家兼作家保罗·戴维斯的观点
    • 保罗·戴维斯认为时间在流动、在行进这一无法抵挡的印象（或许是通过精神“后门”产生的）是个极为深刻的谜。

物理学家朱利安·巴伯的观点

  • 朱利安·巴伯的观点
    • 朱利安·巴伯认为，我们可以把块体宇宙想成是一系列的静态帧，就像一卷胶卷那样。
  • 朱利安·巴伯的解释
    • 朱利安·巴伯认为，大脑通过它将数据呈现给意识的方式，为我“播放起了电影”。

物理学家布莱恩·葛林的观点

  • 布莱恩·葛林的观点
    • 布莱恩·葛林认为，时空中的每个时刻（每一时间切片）都像是胶卷里的一幅静态帧。
  • 布莱恩·葛林的解释
    • 布莱恩·葛林认为，在每一单独的切片中，你的思想和记忆都足够丰富，从而产生了时间是连续流动到那个时刻的感觉。
块体宇宙与神经科学相容吗

块体宇宙与神经科学的关系

  • 块体宇宙与神经科学中的“错觉”概念不同
    • 物理学家认为时间的流动是错觉，只存在于我们的意识，并非外部世界的特征。
    • 神经科学家指出，我们对时间流逝的主观感知是错觉，它是一种心理建构，但它表征了一种外部世界确然存在的物理现象。
  • 神经系统与物理定律是高度匹配的
    • 神经系统不仅适用于运动控制，也适用于我们的主观心理体验。
    • 我们的色觉、乐感和嗅觉，分别对应着电磁波的长度、声波的特定模式以及分子的化学结构。

块体宇宙与时间流动悖论的关系

  • 进化论解释了我们对时间流逝的主观感知
    • 如果我们生活在时间确然流动的现在论宇宙，我们可以想象出无数的原因，说明人为何能适应性地主观感受到时间的流动。
    • 我们的时间流逝感，不仅使我们可以体验到翠鸟的俯冲，还让我们能够预测、回放和排练所有随时间推进的外部事件。
  • 意识与神经动力学的关系
    • 神经特性是与意识状态紧密相连的，例如，当大脑在意识（清醒）和无意识（慢波睡眠和麻醉）之间转换时，大脑产生的最明显变化是它活动的时间模式。
    • 目前尚不清楚谈论瞬时意识是否有意义，以及意识现象是否与针对块体宇宙/时间流动悖论的“一个时刻里的多个时刻”式解答相容。
  • 物理定律与神经科学的关系
    • 物理定律并没有明确地声称我们生活在四维块体宇宙中，对时间的本质也并未达成普遍一致。
    • 没有实验证据能证明过去、现在和未来都是同等真实的，最明显的检验是时间旅行。
10:00 神经科学中的时间空间化

阿尔伯特·爱因斯坦的时间空间化理论

  • 爱因斯坦的时间空间化理论在时间心理学中有呼应
    • 爱因斯坦的理论在时间心理学中有呼应，至少从语言表达上是这样：时间与空间的深层等价。
  • 爱因斯坦对儿童学习抽象概念的推理的研究
    • 1928年，阿尔伯特·爱因斯坦参加了在达沃斯举行的一场跨学科会议。一位与会者是瑞士著名心理学家让·皮亚杰，他通过研究儿童怎样学习对数量、空间和时间等抽象概念进行推理，彻底改变了发展心理学领域。
  • 爱因斯坦对时间概念的理解
    • 皮亚杰在《儿童的时间概念》一书中写道：“这本书的创作灵感，来自15年前爱因斯坦在达沃斯主持第一期哲学和心理学国际讲座时友好提出的一些问题。”一个问题是：“我们对时间的直觉理解，是原生的，还是衍生的？”换句话说，我们对时间的概念是天生的，还是后天习得的？

爱因斯坦对思考时间的研究

  • 爱因斯坦对时间的本质和思考方式的研究
    • 爱因斯坦不仅花时间思考过时间的本质，还思考过我们怎样思考时间——这个问题与其他任何问题同样深刻。
儿童和时间

儿童对时间的理解

  • 儿童对时间概念的理解存在误判
    • 5~6岁的儿童错误地报告说，走得远的蜗牛是后停下来的。
    • 即使是年龄较大的孩子，也经常搞错物体移动的时间量。
  • 儿童对时间概念的理解取决于对空间和速度概念的理解
    • 皮亚杰的研究表明，只有当儿童理解了空间和速度概念后，才能逐渐理解时间。

儿童对时间概念理解困难的原因

  • 测量和量化时间的方式复杂
    • 皮亚杰指出，时间单位用一连串复杂而武断的等级来表示，时间单位用一连串复杂而武断的等级来表示。
    • 相同的时间可以用不同的方式来表示：8点45分和9点差一刻是一个意思。
  • 时间的语言和习惯复杂
    • 皮亚杰认为，孩子们很难掌握与时间有关的概念。
    • 由于时间的语言，以及我们用来表达时间的习惯，似乎是某个邪恶组织专为搞乱年轻人的脑子而设计出来的。

儿童对速度问题的理解先于时间问题

  • 皮亚杰认为，孩子能直觉地理解相对论时间观，而且这一理解依赖于速度
    • 皮亚杰认为，相对论时间观只是将一个适用于构建物理和心理时间最低层次的原则，简单地扩展到了极快的速度（尤其是光速）上。
  • 皮亚杰认为，孩子们理解速度问题先于时间问题
    • 皮亚杰受狭义相对论的启发，认为，孩子能直觉地理解相对论时间观，而且这一理解依赖于速度。
空间、时间和语言

非人类动物的空间“认识”

  • 非人类动物的空间表征
    • 非人类动物的空间表征比应对单一维度的时间域所需要的更为复杂。
    • 非人类动物能够用比提取时间信息更为直接的方式，从感官中提取距离等空间线索。
  • 非人类动物的神经系统发展
    • 非人类动物的神经系统先发展出了复杂的方式来表征空间坐标，如上下左右。
    • 非人类动物的神经系统后发展出了明确表征过去、现在、未来这一时间连续体的能力。

人类对时间和空间的理解

  • 人类对时间和空间的理解
    • 人类理解时间概念的能力，是在为导航、表征、理解空间而进化出的神经回路上增补而来的。
    • 人类主要用空间来概念化时间，因为空间是个更容易应对的领域。
  • 人类对时间和空间的理解方式
    • 人们常用空间词汇来谈论时间，如“短”片、“长”期等。
    • 人们也借用空间术语来谈论过去和未来，如“我期待你的回复”、“按‘后’见之明来看，这是个糟糕的想法”等。

不同语言对时间和空间的理解

  • 不同语言对时间和空间的理解
    • 在英语里，我们将时间进行空间化的时候，会把过去放在后面，未来放在前面。
    • 在玻利维亚西部和智利北部高原上使用的艾马拉语（Aymara），用来指代过去的词是“nayra”，它还指眼睛或视力，而指代未来的词“qhipa”还有背或背后的意思。
  • 不同语言对时间和空间的理解差异
    • 尽管所有的语言都使用空间比喻时间，却并不总采用相同的方式。
    • 艾玛拉人在运用空间将时间概念化的时候，有着完全不同的视角。
星期三

语言反映时间流动的事实

  • 语言通过借用词汇来反映时间流动。
  • 时间流动体现在主观时间上。
  • 语言中的“流逝”、“来临”或“飞逝”是关于我在时间里穿梭，还是我静止不动，时间之河流淌过我的问题。

自我运动与时间运动视角

  • 自我运动视角与时间运动视角的区别
    • 自我运动视角：时间轴朝前移动，目标日期会变得更远，也就是变到星期五。
    • 时间运动视角：时间轴朝前移动，目标日期会变得更近，也就是星期一。
  • 两种视角的模糊性
    • 运动必须相对于某事物来定义，如“你和狮子之间的速度是每小时10公里”的说法，并未确定是谁在运动。
    • 涉及时间运动的说法并没有标准参照系，如“你和狮子之间的速度是每小时10公里”的说法，并未确定是谁在运动。

空间与时间的关系

  • 人们经常用空间比喻谈论时间，但却很少用时间比喻来描述空间。
  • 空间和时间之间的关系，远比语言层面还要深刻，空间会影响我们对时间的实际感知方式，无关比喻或语言。

语言学证据与身体运动的关系

  • 身体运动并非必要条件，只要简单地引导人们思考空间运动，就能影响选择星期一还是星期五的比例。
  • 语言学证据并不能彻底证明时间概念化的能力，就建立在我们对空间的理解上。
卡帕

卡帕效应：空间距离影响人们对时间感知的判断

  • 研究结果：当两盏灯相隔不同距离时，受试者的中位估计值不同，说明空间距离确实会影响人们对时间的感知。
  • 卡帕效应的证明：通过多种形式的研究，如计算机屏幕上的点闪烁实验，都证实了卡帕效应的存在。

托效应：时间延迟影响人们对距离的判断

  • 托效应的定义：增加两次闪光之间的时间延迟，会让人们逐渐提高对闪光之间距离的估计。
  • 托效应的实验结果：在相同的持续时间内，人们对持续时间的估计，受到线段增加长度的强烈影响。

空间和时间的关系非对等性

  • 认知心理学家莱拉·波罗迪特斯基的研究表明，有时候距离对持续时间判断的影响，多过持续时间对距离判断的影响。
  • 波罗迪特斯基和她的同事丹尼尔·卡萨桑托的研究结果表明，线段存在多长时间，对受试者的长度估计影响不大。
是时钟还是记忆

汽车仪表板上的里程表和时钟的对比

  • 汽车仪表板上的里程表和时钟是分开的两种设备。
  • 车里的钟会告诉你60分钟过去了，不管你1小时里是行驶了100公里，还是堵在洛杉矶的车流中只前进了10公里。
  • 卡帕效应似乎表明，大脑中负责在秒尺度上计时的时钟，似乎受到大脑里程表的影响。
  • 时间错觉也可能是记忆扭曲造成的。

研究时间感知的实验范式

  • 实验范式要求参与者判断特定的时间间隔，记住该间隔以与其他间隔做比较。
  • 如果你在大脑中使用某种神经秒表来解决上述第一项任务，你可以用它来计时8秒，并暂时将这一数字存储在记忆中。
  • 卡帕效应的出现，可能不是因为距离改变了时钟速度本身，而可能是因为距离改变了感知到的持续时间的存储或记忆。

大脑处理有关幅度的信息

  • 大脑有一套多功能系统负责处理有关幅度的信息。
  • 空间所带来的时间扭曲，是这些回路存储幅度信息方式相互作用的结果。
  • 存储小的时间幅度和大的空间幅度，可能会让时间幅度出现上浮误差。

空间和时间在更基本的单个神经元层面上存在混合

  • 神经科学家都在记录表征空间的神经元的活动。
  • 当动物来到房间里特定位置的时候，海马体内的位置细胞会优先产生工作电位。
  • 海马体中的一小部分细胞可以编码大鼠在转轮上跑动的距离。
  • 另一些细胞似乎编码了大鼠在转轮上跑动的时间。
  • 绝大多数细胞的行为更加复杂：它们的启动模式由位置、跑动距离、流逝时间和速度的某种复杂算法所决定。

空间和时间在神经回路里交织在一起

  • 基于语言学、心理学和神经生理学证据，明显，在我们的神经回路里，空间和时间的确交织在一起。
物理和神经科学中的相对性

物理和神经科学中的相对性

  • 时间和空间的关系在物理学和神经科学中存在相似之处
    • 空间和时间的关系在物理学和神经科学中存在有趣的类似之处，例如光速是绝对的，但时间和空间是相对的。
  • 时间和空间是相对的
    • 光速是绝对的，但时间和空间是相对的，在高速运动之下，时钟会放慢。
    • 人的主观感知是相对的，它取决于大量因素，包括背景情境、情绪状态、注意、刺激的特征（例如距离和速度），以及受试者是否处在精神活性化合物的影响之下。
  • 空间和时间不是独立的
    • 狭义相对论认为空间和时间之间存在一种互换关系：在空间中以极快的速度行进，会使时间放缓；而静止不动，是沿着时间轴行进的“最快”方式。
    • 空间和时间也是相互依存的，例如，卡帕效应确认：如果在相同时间间隔下发生的两件事，彼此之间所隔的距离较远（反映出速度较快），那么，人们往往会判断它们之间的时间间隔也较长。
  • 同时性的相对性
    • 狭义相对论带来的最让人震惊的一种后果是，在我视角下看起来同时发生的两件事，在相对于我运动的某人的视角下并不同时发生——也就是说，同时性也是相对而言的。
    • 同时性同样是相对的，例如，由于光速和音速有着数百万倍的差距，来自同一事件的视觉和听觉信号，以不同的延迟到达我们的感觉器官。

相对性在神经科学中的体现

  • 大脑对时间和空间的处理
    • 大脑会利用先前有关光源的信息来推断三维形状，它也会运用过去的经验来推断时间和空间。
    • 大脑中的时钟远非完美，而在没有完美时钟的条件下，我们通过先前的经验来指导自己的判断。
  • 相对性在神经科学中的影响
    • 人类的意识确实寄居在永恒论的宇宙里：从精神上说，过去和未来不光存在，而且它们还都是可以前往的旅行目的地。
11:00 精神时间旅行

精神时间旅行的定义和作用

  • 精神时间旅行的定义
    • 精神时间旅行是指人类在精神上将自己投射到未来的能力。
  • 精神时间旅行的作用
    • 精神时间旅行使得人类能够设想不同未来，并采取行动塑造未来。
    • 精神时间旅行带来了人与自然关系的根本转变，人类不仅适应大自然的变幻莫测，还预见并采取步骤减少这些不可预测性。

精神时间旅行的心理学家观点

  • 托马斯·萨德多夫和迈克尔·科巴利的观点
    • 托马斯·萨德多夫和迈克尔·科巴利认为，精神时间旅行是人类的一项关键因素。
  • 安道尔·图威的观点
    • 安道尔·图威认为，精神时间旅行是人类的一项关键因素，它带来了人与自然关系的根本转变。
重访与预访

记忆的两种类型：语义记忆和情境记忆

  • 语义记忆是指知识，例如公园的名称，公园位于普罗维登斯市，后者又位于罗得岛。
  • 情境记忆是指在精神上重新体验这件事的能力，用我的意识之眼看到冰，唤起很冷的情绪内容，回想起湖水很浅，我相对容易地爬回了岸上。

语义记忆和情境记忆的区别

  • 语义记忆存储有关世界的知识，但它不存储获取任何特定信息的日期，甚至不存储获取信息的顺序。
  • 情境记忆通常会有某种时间标记，不一定是确切的日期，而是近似的年份，你的大致年龄，或者这件事是发生在你生命中另一件难忘事件之前还是之后。

语义记忆和情境记忆的关系

  • 语义记忆可以充当搭建情境记忆的基础设施，与这一概念相吻合，发展研究暗示，儿童的语义记忆会先于情境记忆产生。
  • 患有顺行性遗忘症的人，一般会丧失存储新的语义和情境记忆的能力，尽管他们仍然能够学习新的运动任务，如学习骑自行车，或其他类型的程序记忆或隐性记忆。

遗忘症患者的记忆问题

  • 患有遗忘症的人，很难描述自己昨天所做的事情，这几乎正是遗忘症的定义。
  • 患有遗忘症的人，也难于提前计划或描述自己明天要做什么。
  • 一些遗忘症患者既难以把自己投射到过去，也难以投射到未来。
动物的精神时间旅行

动物的精神时间旅行

  • 动物具有判断时间和预测外部事件的能力
    • 动物学会在食物到来之前听到铃声响就分泌唾液，还能在太阳升起前醒来以便出发寻找食物。
    • 有些动物似乎会有意识地为将来做准备：鸟筑巢，海狸修筑水坝以保护自己的小屋，松鼠储存坚果。
  • 动物的行为并不一定意味着它们理解其行为的长期后果
    • 动物大多数的长期规划例子，实际上好像是固有的天性。
    • 动物做出各种各样的行为，但并不理解自己为什么要这么做，或是这些事情的长期重要性是什么。

动物能否进行精神时间旅行

  • 动物能否进行精神时间旅行是一个存在激烈争议的问题。
  • 鸦科的鸟类（松鸦、乌鸦和渡鸦）可能是能够进行精神时间旅行的主要候选动物之一
    • 英国心理学家尼古拉·克莱顿领导了相当多的研究，旨在判断一种松鸦（丛鸦）能否参与指向未来的精神时间旅行。
    • 丛鸦会将少量食物存储在不同的地方，卓越的空间记忆使它们能够在将来找到存储的食物。
  • 类人猿（黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和猩猩）也可能是能够进行精神时间旅行的候选动物
    • 有一项对此前学会用代币换取食物的类人猿的研究：它们了解到，训练师会接受某些有价值的代币（如彩色PVC管）来交换食物，而其他代币没有价值。
    • 至少有部分类人猿具备足够的前瞻能力，在动身前往市场之前抓住钱包（比我在某些日子里表现还好）。

动物是否能够进行真正的精神时间旅行，这场争论无疑会持续下去

  • 一些科学家并不信服动物能够进行真正的精神时间旅行，认为猿猴不过是盲目地学习一连串的动作。
  • 这些研究提供了令人信服的数据，即一些动物可以灵活地调整其行为，满足未来的需求。
  • 但有关动物是否能够进行真正的精神时间旅行，这场争论无疑会持续下去，直到精神时间旅行出现了公认的定义或检验方法。
生活在当下

人类在思考、规划未来方面与类人猿有差距

  • 类人猿无法就过去的事物进行交流，也无法传授100年或10年前发生过的事情。
  • 人类可以就过去的事件进行沟通，为将来制订计划，还可以在精神时间线上来回跳跃，表达复杂的时间关系。

语言、数字和精神时间旅行互相依赖

  • 皮拉罕人的语言具有简单的过去和将来时态，但没有表达嵌入式时间关系的语法结构。
  • 皮拉罕人有一套“1-2-许多”式计数系统，可以区分物品数目的大小，但很难把两种不同物品的数量匹配起来。

皮拉罕人以当下为基础

  • 皮拉罕人不存储食物，一次不会做一天以上的计划，不谈论遥远的未来或遥远的过去。
  • 皮拉罕人对自己没有直接体验（或至少拥有二手知识）的事情缺乏兴趣、持怀疑态度。
  • 皮拉罕人以当下为基础的世界观，是其文化的标志。
  • 皮拉罕人的生存环境，以及大体上连续的食物供给，促成了这种“活一天算一天”式的生活状态。
向未来发送消息

对未来思考和努力的差异

  • 不同人对未来思考和努力的差异
    • 有些人过一天算一天，对未来的思考和努力有限。
    • 有些人则每一个想法和行动，都是为了在遥远未来达成某个目标。
  • 人类文化的基石
    • 有远见卓识的人构思着未来数十年、数百年的梦想，这种超越任何个体生命的时间旅行能力，是人类文化的基石。

智人与后代进行单向对话的方式

  • 民间故事、洞穴壁画、石头和木片。
  • 莎草纸和书籍中的文字
    • 最终通过莎草纸和书籍中的文字，智人与后代进行着单向对话。

存储在我们神经回路里的语义和情境记忆的重要性

  • 存储在我们神经回路里的语义和情境记忆是生存的秘诀。
  • 精神时间旅行让我们看到自己的后代有可能得益于此种记忆，并创建外部存储机制，用于在从未面对面见过的人之间传递知识。
  • 没有这种指向未来的行为和跨代记忆，现代文化、技术和科学就都不会存在。
时间短视

人类的时间短视

  • 人类是地球上唯一可以思考和规划遥远未来的生物。
  • 人类面临的问题中，许多是短视造成的结果。

人类的时间短视在个人和社会层面的影响

  • 个人层面上的时间短视表现在财务和健康问题上
    • 信用卡债务和退休后收入不足等财务困难，通常是短视行为的结果。
    • 不健康饮食习惯带来的短期满足，或是不愿意经常锻炼，牺牲自己的长期健康。
  • 社会层面上的时间短视表现在对待气候变化的态度上
    • 人类行为对地球健康产生的长期后果，难以采取行动。
    • 短期思维造成了短视行为的恶性循环，进一步加剧了我们的长期问题。

人类的时间短视对决策的影响

  • 人类大脑是数亿年进化过程的产物，大部分神经都来自于只活在当下的动物。
  • 人类仍在学习如何完善自己新获得的技能，更好地平衡即时满足的诱惑和延迟满足的好处。
  • 人类的时间折扣是指，某物的主观价值随时间而下降。
  • 人类的大脑，本能地强烈偏爱即时满足。
  • 即时满足和延迟满足之间的平衡点，是可以量化的。
  • 人类对即时满足的偏爱，经常为金融机构和营销人员所利用。

人类如何克服时间短视

  • 延迟满足并做出最佳的跨期决策，是一个可以极大得益于实践、教育、斟酌、停下来思考未来的过程。
  • 让人们在做决定时进行精神时间旅行，就可以延长时间折扣率，从冲动决定转变为更耐心的决定。
  • 精神时间旅行本身，说不定就提供了一种修正短期满足偏好的途径。
大脑当中的精神时间旅行

人类的精神时间旅行能力

  • 人类的大脑体积并非最大的，但人类大脑的体积与体重的比例表现突出
    • 人类大脑的体积因体积脱颖而出，但并非动物王国里最大的，体格较大的动物往往有着较大的大脑。
    • 人类大脑与体重的比例，人类仍然表现突出，但还是无法荣登榜首。
  • 人类大脑特定区域的相对体积，或者说，大脑特定脑区的专业化，同样扮演着重要角色
    • 例如，相对于整个大脑，听觉皮层在灵长动物和啮齿动物中大小相似，而其他区域，灵长动物相对较大。
    • 前额叶皮层就是一个这样的区域，它的位置，很适合监听、影响大脑其他许多区域发生的事情。

精神时间旅行的认知复杂性

  • 精神时间旅行是一项复杂任务，需要大量不同的认知功能协调运转
    • 包括接入过去的情境和语义记忆，用这些记忆来唤起未来的场景，理解过去和未来之间的差异，以及判断模拟结果是否可取的能力。
    • 光是想象未来的场景还不够：我们必须记住自己想象的东西——换句话说，我们必须从精神模拟中学习。
  • 精神时间旅行依赖的是协同工作的不同脑区的集合
    • 脑损伤和神经影像学研究暗示，大量不同的脑区参与了精神时间旅行。
    • 例如，内侧颞叶可以提供访问过去体验的途径，而前额叶皮层可以灵活地操纵这些记忆，预想、评估新的场景。
  • 精神时间旅行是一种多维认知特质
    • 精神时间旅行可能是无数会聚的进化步骤的产物，包括语义和情境记忆、语言、数字感以及将时间空间化到心理时间线上。
    • 精神时间旅行是福也是祸，它似乎既是解决之道，又是根本原因。
12:00 意识：过去和未来的结合

宇宙和意识的本质

  • 宇宙的本质和原因
    • 有一种理论认为，如果有人发现了宇宙的本质和原因，宇宙就会立刻消失，取而代之以更为怪异和费解的东西。
  • 意识的本质和体验
    • 我们的体验只不过是与外部物理世界有相关，例如，我们看到的颜色，只是一种对电磁辐射波长的阐释，两者的关系，就如字母表中的字母和我们分配给它们的声音。
    • 在最糟糕的情况下，我们看到的是内心强加于意识的虚构：从精神分裂症患者的幻视、药物引起的幻觉到我们每晚所体验到的梦境。

时间的本质和体验

  • 时间的本质
    • 时间流逝的感觉（我们对变化的感知），也是一种心理建构。对神经科学家来说，这一建构与现实相关：我们感知到海浪的拍打、鸟儿扎入水中，因为时间在真正的流动。
  • 时间的体验
    • 对许多物理学家和哲学家来说，时间的流动同样是一种心理建构，只是在物理世界里没有相对应的东西。在永恒论的块体宇宙中，我们对时间流逝的感觉，更类似于精神分裂患者的幻视，这种幻象有时只存在于人大脑之内。

意识、自由意志、相对论、量子力学以及时间本质

  • 意识、自由意志、相对论、量子力学以及时间本质的关系
    • 我们的主观时间感处于一连串科学未解之谜的中心：意识、自由意志、相对论、量子力学以及时间本质。
  • 解决这个问题的艰巨性
    • 事实将证明，解决这个问题是一项艰巨的任务，因为我们的主观时间感处于一连串科学未解之谜的中心。
时间碎片

时间的意识感知与现在论的共鸣

  • 意识感知与现在论的共鸣
    • 意识感知与现在论产生共鸣，因为意识似乎为我们周围渐次发生的事件提供了一个接一个的连续报告。
  • 意识感知本身是一种错觉
    • 尽管无意识大脑不断地采样并处理在时间中展开的事件信息，意识本身是以高度不连续的方式生成的。

意识的时间结构实际上是高度编辑加工版的现实

  • 对外部世界里渐次发生的原始感官事件，我们的大脑提供的并不是一个接一个的、线性的描述。
  • 意识的时间结构实际上是高度编辑加工版的现实，如果你凝视朋友的眼睛，同时让她来回转动眼球，你可以很容易地看到这些动作随着时间的推移而发生。

大脑对视觉信息的处理

  • 大脑对视觉信息的处理
    • 大脑对视觉信息的处理，如果你在照镜子的时候深深凝视自己的眼睛，然后继续来回转动眼球，你会发现自己无法看到眼睛的运动。
  • 眼跳和眨眼期间视觉信息的丢失
    • 眼跳和眨眼期间，视觉会受到部分抑制，眼跳和眨眼之间会丢失整整1个小时的视觉信息，而我们却并未感知到视觉意识流存在任何空白。
重新校准时间

雷声和闪电的感知差异

  • 雷声和闪电由同一事件引起，但光速比音速快，光子到达眼睛后，雷声才响彻耳朵。
  • 雷声和闪电的感知差异在于，大脑在处理来自眼睛和耳朵的输入流时，会尝试协调和同步这两种感官形式的输入。
  • 雷声和闪电的感知差异体现在，人们通常会将说话者的嘴唇动作和语音（或者击球的画面和声音）视为统一事件。

大脑对视觉和听觉信号的处理

  • 大脑的时间分辨率不足以检测到50或100毫秒的差异，但我们可以通过练习检测出不同频率两个音调开头处大约20毫秒的延迟。
  • 大脑将视觉和听觉信息整合为一个统一的感知，这之间的时间跨度叫作“整合时间窗口期”。
  • 整合时间窗口期不是固定不变的，它并不是由视觉系统的固定延迟导致的，而是适应性的。
  • 不断地把人们暴露在人为的视觉-听觉长延迟条件下，有可能改变或扩大人们的整合时间窗口期。

意识反映的是在时间上经过编辑的现实

  • 言语充当了很好的例子，人们不会先意识到说的是计算机的鼠标还是地上跑的啮齿动物，接着再等待最后一个词的出现来阐释句子。
  • 皮肤兔子错觉（cutaneous rabbit illusion）是一个逆向编辑的标准例子，后发刺激的位置改变了你对前一次刺激的位置感知。
  • 意识不可能是对时间流的连续统一描述，无意识大脑似乎连续处理着输入流，但等到关键的特定时刻出现，才把经打磨的叙述发送给意识。
意识的相关性

意识的神经相关性研究

  • 研究者尝试确认意识的神经相关性
    • 研究者通过事件相关电位（EEG）脑电记录，发现了可能构成意识感知基础的神经活动的模式。
  • 实验方法
    • 实验使用事件相关电位（EEG）脑电记录，受试者的头皮上插入电极，探测来自皮层的电信号。
    • 有一种用于搜索意识神经相关性的策略是，将意识感知的刺激所生成的电信号，与同一刺激只在潜意识中登记时产生的信号进行对比。

意识感知背后的神经机制

  • 意识感知的延迟
    • 只有当大脑检测到刺激后，对刺激进行意识感知背后的神经机制才出现。
    • 意识感知背后的神经机制存在滞后，即在意识中视为是“现在”的信息，至少过时了1/3秒。
  • 意识体验的延迟
    • 如果输入过于微弱，需要缓慢地积累证据才能越过意识知觉的阈值，那么这一盲期的持续时间甚至可能超过半秒。
    • 意识提供的是颅外世界所发生事件的延迟叙述，这一延迟是可变的。

意识体验的即时再现

  • 意识体验反映的是对现实的即时再现
    • 大脑剪切、暂停和粘贴现实的胶卷，接着才向意识输送一套有关周围世界所发生事件的方便叙述。
    • 除非主动停下来思考，否则我们只会有这样的印象：我们的意识体验反映的是对现实的即时再现。
时间和自由意志

自由意志的定义和模糊性

  • 自由意志是一个模糊的概念。
  • 自由意志的定义存在模糊性
    • 自由意志的定义之一是“个人做出自由选择的力量，不由天赐的宿命、物理因果关系定律、命运等决定。”。
    • 自由意志唯一残留的可能性就是某种类似灵魂的说不清、道不明的物质或实体的产物。
  • 自由意志的定义存在限制条件
    • 自由意志的定义之一是“在不同行动路线中做出选择的能力，或是不受暗示或胁迫的限制采取行动的能力。”。
    • 自由意志的定义之一是“我们说人类拥有自由意志的原因是，我们无法预测他们会做什么。”。

自由意志的存在与否

  • 自由意志的存在与否与物理定律有关
    • 如果物理定律确定，有可能从时间t之前的时刻预测任何系统（包括人类大脑）在时间t的状态，那么自由意志就不存在。
  • 自由意志的存在与否与量子力学有关
    • 量子力学探讨的是概率，它确立了选项的域及其各自概率，在许多哲学家看来，它留给自由意志发挥的空间就几乎没有了。
  • 自由意志的存在与否与四维块体宇宙有关
    • 如果过去、现在和未来都共存于块体宇宙，那么，所有有待做出的决定，都“已经”做出了。

自由意志的定义

  • 自由意志的定义可以定义为一种感觉
    • 自由意志“仅仅是人产生的一种感觉。自由意志之于行动，就如同疼痛体验之于因疼痛刺激导致的身体改变。”。
  • 自由意志的定义可以定义为与负责做决定的神经过程相关的意识
    • 自由意志的感觉，不是自愿行动的成因，而是直接导致该行为的大脑状态的标志。我们是有意识的自动装置，被赋予了自由意志，这是这个遭到滥用的术语唯一可以理解的意义。
人类可以预测吗

人类可以预测

  • 人类可以预测其自由意志的神经特征
    • 大量研究表明，人类可以预测其自由意志的神经特征，特别是在接受重度癫痫的一种标准治疗时。
    • 神经外科医生可以通过记录大脑神经活动，准确地锁定病理区域，进行手术切除。
  • 人类可以预测其将要采取的行动
    • 实验研究表明，在志愿者察觉自己要按下按键之前，实验人员就有可能知道他即将要按键了。
    • 这些研究表明，在某些情况下，在人或动物采取行动之前的几百毫秒甚至几秒之前，就有可能确定他们将要采取什么行动。

自由意志的神经生理学研究

  • 自由意志的神经活动模式
    • 自由意志的神经活动模式可能发生在负责做出决定的无意识神经计算之后。
    • 人的所有精神状态，都是由大脑内的一种神经活动模式所产生，任何特定的神经模式，都是由此前的神经状态、当前的外部输入、热力学和量子层面发生的随机波动这三者的互动所产生。
  • 自由意志的感觉
    • 自由意志无非是意识无法接入的大脑回路做出决定之后产生的感觉，这一观念可能会让人不安。
    • 即使意识以及自由意志的感觉真的是一种事后的心理创造，它也并不会带来“意识在决策中不发挥作用”的结论。

自由意志的进化意义

  • 自由意志可能提供了一种信念，即我们掌握着自己的命运，从而推动了生存所必需的面向未来的长期行动。
  • 自由意志可能主要是指向未来的现象，例如，或许正是这种自由意志的感觉提供了一种信念，即我们掌握着自己的命运，从而推动了生存所必需的面向未来的长期行动。
罪与罚

自由意志与道德责任和司法系统的关系

  • 自由意志的存在与否对道德责任和司法系统有重要影响。
  • 自由意志的存在与否与决定论和道德责任的关系
    • 决定论认为我们的决定源于无意识的神经过程，因此我们不为自己行为负责。
    • 自由意志的存在与否与道德责任不相容。
  • 自由意志的存在与否与司法系统的关系
    • 司法系统反映了自由意志的存在，无论是有意识还是无意识，司机都有责任。
    • 惩罚应该考虑一整套复杂的因素，包括犯罪是否有预谋，以及未来再次犯罪和改过的可能性。

自由意志的性质和作用

  • 自由意志是一种意识感觉，与我们决策所依据的神经过程相关。
  • 我们对自己的决定要完全负责，因为我们每一个人都是自己无意识和意识自我的总和。
  • 自由意志的存在与否与时间流逝的主观体验的关系
    • 时间流逝的主观体验可能是一种少见的与现实无关的主观体验。
    • 自由意志的存在与否与大脑的功能有关，大脑的功能包括预测未来。
  • 自由意志的存在与否与精神时间旅行的关系
    • 精神时间旅行需要科学与艺术的微妙平衡。
    • 自由意志的存在与否与人类所面临的长期经济、健康和环境问题有关。
  • 自由意志的存在与否与人类对时间的理解的关系
    • 时间的真正性质可能比我们想象的任何东西都更离奇费解。
    • 无论时间的真正性质如何，没有理由不继续打磨我们的精神时间旅行技巧。

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