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大腦是台時光機

為了解決摩斯電碼歌詞的問題，作者（美）迪恩·博南諾 這樣論述：

神經科學家迪恩·博南諾在本書中探究大腦是如何記錄時間、瞭解過去並預測未來的，這本書橫跨物理學、心理學和神經科學。幾乎沒有什麼問題比涉及時間的問題更複雜而深刻：哲學家思考時間是什麼；物理學家探究時間是否是單向線性的，爭論它到底是一個個唯一的點，還是時空的一個維度；神經科學家和心理學家努力去理解大腦“感覺”到的時間流逝究竟意味著什麼。 時間也是理解自由意志的關鍵：未來究竟是一種開放的未知，還是早已被過去註定？博南諾認為，大腦是一台時間機器，這是大腦經過進化預裝的一種能力，使人能夠去捕獵、支配他人、交配以及預測一個動盪變化的世界中將會發生什麼，最終有利於生存和繁衍。動物預測未來的能力發展到最高階段

，就是像現代人一樣能夠掌握時間的概念。 迪恩•博南諾（DEANBUONOMANO） 是加州大學洛杉磯分校神經生物學系和心理學系的教授，並任學習和記憶整合中心的研究員，他經常關於神經科學受邀到一些媒體發表講座或訪談，包括《新聞週刊》《發現者雜誌》《科學美國人》《洛杉磯時報》《科學家》《紐約客》等。   導讀 致謝 第一部分　大腦時間 1: 00 時間的風味 / 3 發現時間 5 時間和神經科學 8 現在論與永恆論 11 多元時間 14 2: 00 最棒的時光機 / 17 大腦是台時光機 20 把時間當成老師 22 時間的方向和誤導 25 突觸因果 26

判斷跨越尺度的時間 30 3: 00 日與夜 / 33 隔離實驗 36 視交叉上核 38 判斷時間的細胞 39 第一台時鐘 41 生物鐘力學 43 時差反應 45 和時鐘做鬥爭 47 多時鐘原則 49 4: 00 第六感 / 53 前瞻和回顧計時 55 時間的壓縮和膨脹 57 時辰藥理學 59 慢動作效應的原因 63 在大腦中壓縮時間 69 5: 00 時間模式 / 73 好玩的時機 76 媽媽語 77 摩爾斯電碼 78 學習判斷時間 81 跟上節拍 83 唱歌的鳥兒 86 時間的神經解剖學 88 6: 00 時間、神經動力學和混沌 / 93 超週期和週期內計時 94 漣漪 96 短期突觸可

塑性 97 狀態依賴網路 101 群體時鐘 102 事件特異性時鐘 104 大腦動力學 107 混沌 109 第二部分　時間的物理和心理性質 7: 00 計時 / 119 神經元與核武器擴散 120 日曆 124 第一台時鐘 125 擺鐘 127 石英和銫 130 販賣時間 132 8: 00 時間：這到底是什麼 / 135 重訪現在論和永恆論 137 時間，誰需要它 138 對當下的無所謂 140 時間頑固的箭頭 142 雙向箭頭 144 9: 00 物理學中時間的空間化 / 147 狹義相對論 148 同時性的喪失 151 時空 155 我們能調和關於時間的物理學和神經科學嗎 158 塊

體宇宙與神經科學相容嗎 161 10: 00 神經科學中的時間空間化 / 167 兒童和時間 168 空間、時間和語言 169 星期三 171 卡帕 173 是時鐘還是記憶 175 物理和神經科學中的相對性 177 11: 00 精神時間旅行 / 183 重訪與預訪 184 動物的精神時間旅行 187 生活在當下 189 向未來發送消息 191 時間短視 192 大腦當中的精神時間旅行 196 12: 00 意識：過去和未來的結合 / 201 時間碎片 202 重新校準時間 203 意識的相關性 206 時間和自由意志 207 人類可以預測嗎 210 罪與罰 213 注釋 / 218  

導讀   讓我們假設所有音樂播放機和流媒體的引擎都出現一個問題：每首曲子的時間線都坍塌了，每個音符、每句歌詞都擁擠在一個節拍裡播放完畢。你還有可能享受音樂嗎？音樂是一種基於線性時間的藝術，剝離時間，它的編排會立刻失去意義。   你看電影時是否有使用倍速的習慣？假設影像裡的人物角色的行動都陡然加速到1.5倍，上下嘴唇快速翻動，全然不是自然的人類狀態。即使他們連環炮一般地吐出臺詞，字與字連成一片，你也依然能輕易聽懂。這是由於我們的大腦很擅長把大塊的句子分塊、切片，我們捕捉句子間細微的間斷，以準確理解整句話。如果你嘗試過2倍速，就會發現雖然略微費點勁，但你仍舊可以適應。3倍或以上呢？

大部分視頻網站就不再支援了。   理解話語和欣賞音樂有一個共同點：兩項任務都需要有一條人腦能充分體驗的時間線。一個運行良好的神經系統能保證人在秒的尺度上分出時間間隔，學會正確地為粘連的資訊“下刀”。   記憶也是使人得以理解和運用時間的重要功能。   你或許聽說過一類被稱為“順行性遺忘症”的失憶症，患者保留了患病以前的記憶，但不能再形成新的記憶。順行性遺忘症患者亨利 • 莫萊森（Henry Molaison，下文稱 H•M）在一次顳葉切除手術後永遠活在了1953年：他無法記住新的總統是誰，不記得之後的幾十年裡與他天天見面的醫生，也不能在鏡子裡認出老去的自己。他的記憶保質期是20秒，如此短的記憶

時間在腦科學史上也是孤例。換句話說，他失去了感受分鐘的能力。   那麼世上是否有患者連秒級的時間也無法感受呢？目前尚未有這樣的患者記錄在案。即使是H•M也能區分秒級的間隔，能進行基本的對話。而這種區分時間的能力能讓他進行更複雜但不自知的任務學習。實驗人員曾讓H•M每天練習做一個小任務，即看著鏡像，在紙上描摹一個指定的五角星圖案。實驗人員每天都重複一遍任務要求。無法儲存記憶的H•M每天都欣然接受這個“嶄新”的任務，從不記得做過這樣的練習。但隨著實驗進行，H•M竟越發進步，完成任務所需的時間越來越短——他健忘的大腦中的某處仍然能儲存對這項任務的工作記憶（working memory），而他絲毫不自

知。   我們如此需要理解時間的能力，卻很少思考我們是如何感知、記錄時間的。神經科學家好奇的正是這一點：究竟是大腦裡的哪一塊區域在忠實地編碼時間？感受時間和感受空間的機制相同嗎？作者在書中用了多個比喻來幫你想像這群記錄時間的神經元：池塘中的漣漪、夜晚亮著燈的摩天大樓、廚房裡煮溏心蛋的計時器……這一策略正對應了人在理解抽象概念時最喜歡的方式：打比方。而在理解時間的概念時，空間正是最好的比方。書中“神經科學中的時間空間化”一章中舉了很多準確、生動的例子，讓人心服口服。讀起來你會頻頻感到驚奇：平常嘴邊用來描述時間的話原來如此忠實地反映了你腦海中對時間的想像。   大腦能做的遠不止記錄時間。大腦是一台

時光機，它不僅允許你穿梭到過去，還讓你“改變”它；它也允許你旅行到尚未確定的多個可能的平行宇宙，為自己的未來做打算。科學家將此稱為“精神時間旅行”（mental time travel）。寫下每一條to do都涉及至少一次精神時間旅行：“上一次我決定讀完一本書是什麼時候”是訴諸過去的經驗；“今天下午我能趕在任務截止時間之前完成任務嗎”是思考未來事情發展的多種可能性；“要是沒能完成，我只好祈求寬限幾天了”是就未發生的可能性做準備。你不僅能分辨過去和當下，推測未來，還有能力“反事實”地思考過去——我要是早點起床就不會錯過這班車了。這種反事實思考（counter-factual thinking）能

力讓人能夠避免再次出現錯誤、身處險境，以求得生存，而反事實思考能力正依賴於我們大腦中鋪陳好的時間線。記錄和利用大腦中的時間線是日常決策的基礎，也是人類文明的基石。   當然，時間不僅僅是神經科學家試圖理解的概念。物理學家探究時間的本質，相對論刷新了人們的時空觀；歷史學家探究和比較各地區的曆法和編年；哲學家對時間的本體感到頭疼，試圖反思時間與存在的複雜關係；社會學家對工業時代以後的人們把時間看作勞動單位和商品尤其感興趣。他們在各自的學科範疇得出的結論往往互不相容，甚至曾經引發大論戰——愛因斯坦發表相對論後，他同哲學家柏格森的世紀之辯至兩人離世也沒有塵埃落定。在“時間：這到底是什麼”一章中，作者毫

不吝嗇地花大量篇幅向你展示了時間的多個側面——在時鐘、主觀感受之外，時間在更深層意義上究竟是什麼。   今天，事物的發展、變化、衰敗的速度都令人瞠目。工業時代後，時間通過時鐘、上班時間表、學年曆以某種實體的形式表現出來——它是早晨起床到上班中間的一小時，是會議進行的大半個下午，是“番茄鐘”為高效工作定制的 25 分鐘。我們不得不或主動，或被動地學習時間管理，似乎散亂的時間是桌面上沒收拾好的物件，需要一塊塊分類裝進抽屜。   我們不僅需要整理時間，還需要把它緊緊抓牢，以防一不留神它就被彈出的通知、吸引眼球的節目和好玩的遊戲這些“竊賊”給“偷”走。即使我們睡著了，時間也不會停歇。我們會花費整個早晨

回顧“錯過”的時間，從躺在被窩裡看熱門消息、盯著聊天框刷牙，到單手吃早餐以刷新郵件和推送。昨夜今晨發生了什麼？報刊、新聞專門開闢這樣的欄目，為人們講述在他們閉上眼睛的時間裡都發生了什麼新鮮事，緩解“一覺醒來錯過整個世界”的焦慮感。   我們已經習慣和數字共處，即便是時間這樣看似抽象的概念，也不免成為具體的計量和價值單位。我們總是把時間當作抽象的計量。但其實構成時間流逝這種生命體驗的不是抽象的概念，而是穩健的腳步聲由近而遠，是濕潤的風從左半邊臉頰滑到右手指尖，是閱讀這段話的過程中你的兩次眨眼，是長出的鬍子，是磕碰出的傷口的逐漸泛青。一些神經科學家認為，與其說是時間在變，不如說是總有在持續變化中的

運動。   原則上，任何能以可複製方式重複的物理現象，都能用於判斷時間——這也是愛因斯坦和他的同事英費爾德的觀點。假如一盆多肉的生長有一條固定的“進度條”，那麼一旦掌握這一“進度條”，我們就能用它來判斷時間。大腦記錄時間使用的就是類似的機制。神經元能回應外界物理現象，用不同的放電頻率來編碼整個系統的動態變化，從而幫你判斷時間。具備這種判斷時間的能力的神經元很神奇地普遍存在于各個腦區，甚至包括肝細胞。因此，體驗時間更像是全身浸泡在浴缸中，有意識或無意識地、均勻或不均勻地，你的身體各處都在體驗時間。換句早就不流行的話說，宇宙是由故事組成的，這裡的故事很大一部分就是體驗。   但正如前文說過，這些能

判斷和存儲時間體驗的神經元與細胞（又稱時間細胞）能做的事情遠遠不止判斷時間。時間細胞組成了一台在你體內運轉的“全棧時光機”，不僅能把時間同你所在的空間關聯，也能帶你回憶、讓你思考未來。這本書不僅是一本大腦時光機的說明手冊（雖然這聽起來已經足夠有趣了），更是一次路線新奇有趣的時光機體驗。作者迪恩•博南諾是一位熱情又博學的解說人，他將這些有關過去與未來、物理學、文化以及神經科學的故事娓娓道來。相信你在途中一定會不時停下來琢磨某一個有意思的科學發現或者論點，回想或推測你的個人體驗，然後繼續踏上這趟精神的時間旅行。   本文作者 漢那：“神經現實”譯者與播客主理人之一，本科就讀于加州大學聖地牙哥分校認

知科學專業。寫作者、設計實踐者。