早上，你在闹钟响起的前一刻自然醒来；交谈时，你能不假思索地接过话茬；过马路，你能从车流的速度中瞬间判断是否安全通过……这些习以为常的瞬间，都依赖于一项被人们忽视的顶级能力：大脑对时间的精密感知与计算。它无形，却决定了我们与世界的每一次有效互动。而所谓的时间感知，其实是大脑整合感官、记忆和注意力的一个动态创作过程。

图片由AI生成

时间与时间不一样

人类大脑约有860亿神经元，神经时钟就是从中诞生的。不过，神经时钟并非单一存在，而是由多个相互交织的振荡网络共同构成。

1978年，神经科学家恩斯特·波佩尔提出了“基本时间体验”的概念。他认为，时间的概念能够深入到大脑处理的每一项任务中，基本时间体验则涵盖了时长、非同时性、顺序、过去与现在的联系，以及时间流逝的变化等诸多层面。

一般来说，毫秒级时钟负责处理听觉定位、语音辨别和快速反射动作。当你判断声音来自左耳还是右耳时，这套系统正在以毫秒精度工作。而秒至分钟级的时钟能够对动作时序、音乐节奏感和主观时间估计进行判断。

对于昼夜节律的感知，就要靠位于下丘脑的视交叉上核的“主时钟”了。简单说，人眼能将外界光照信息传递到大脑下丘脑区域的节律中枢（视交叉上核），再由这一核团将信号传递到大脑其他部位，进而传递到其他身体器官，从而让机体的各种内在生理过程与外界光照条件发生同步变化。这一过程通常以24小时为周期进行振荡，人类可以据此调控睡眠—觉醒周期、体温和激素分泌等。

至于更长时间尺度的时钟，则依赖于海马体和前额叶皮层形成的情景记忆。换言之，人们对“昨天”、“上周”或“去年”的感知，更多是基于事件记忆的重建，而非直接的计时感受。

一个重要事实是，大脑的“时间体验”与客观世界中时钟流逝的节奏并不完全一致。恩斯特·波佩尔在《意识的限度》中提出过著名的“3秒时间窗”理论。他表示，人类大脑在处理信息时，倾向于将物理意义上连续的感觉信息，“打包”成一个个持续时间约2～3秒的心理单元。典型的例子就是：当你拍手时，你看到的手掌合拢，和听到的拍击声，其实并非严格同步。但大脑会进行精妙的“时间捆绑”，自动将相差几十毫秒内的视听信号判定为同一事件，并“编辑”成一个统一的拍手体验。这种“捆绑”，让我们对世界的感知更加连贯有序，也揭示了大脑中的“神经时钟”远比我们想象得更复杂，尤其不同情绪状态或注意力水平，会使大脑对时间的感知出现微妙变化。

情绪高涨时，如观看一场扣人心弦的体育比赛，人们往往会感觉时间飞逝；而在焦虑或无聊的情境下，比如等待一个重要的电话或身处冗长的会议中，时间却似乎变得异常漫长。注意力同样扮演着关键角色，当我们全神贯注于某项任务时，如沉浸在阅读的乐趣中或专注于解决一个复杂问题时，时间感知会变得模糊，仿佛外界的时间流逝与我们无关；相反，当注意力分散，频繁切换于多个任务之间时，时间感知则变得碎片化，让人感觉时间更加紧迫和不够用。这种主观时间感知，也是大脑神经时钟独特而迷人之处。

时间实验

大脑是如何跟踪并记录时间的呢？科学家们往往都有自己的实验方式。

波士顿大学的研究者发现，当动物被固定在一个地方，比如在跑步机上跑步时，细胞会同时记录距离和时间。假如一只小鼠在跑步机上跑15秒就能得到奖励，当小鼠一遍遍重复这个挑战时，它的大脑就能学会追踪这15秒的间隔。而根据观察，这些实验鼠大脑内的神经元会在不同的时间点“放电”，直到它们填满整个时间间隔。科学家认为，海马体也许并不是纯粹的时钟，但这项研究意味着大脑的空间感和时间感是交织在一起的，老鼠体内形成的网格细胞，比预期的更有可塑性。

而在华东师范大学研究团队的另一个实验中，则由小鼠压杆来自主控制计时的开始和结束。当小鼠“学会”30秒计时后，在等待过程中会展现出自发压杆行为，而这些动作不是行为范式所要求的，也不导致任何奖赏。他们发现，计时所需的听觉信息不是直接纯粹的声音输入，而是来自小鼠在等待期间自身压杆所产生的听觉反馈，这些听觉反馈经由高层听觉皮层处理，以准确计时。他们的工作2023年在《自然·神经生物学》发表，揭示了一种全新的大脑感觉运动机制，这种机制被动物运用来准确地跟踪时间和控制行为。

2025年11月，《自然》杂志刊登了一篇来自美国马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所等机构的研究。他们锁定了两个关键区域——大脑的运动皮层和纹状体。在自主运动前，这两个区域的神经元会呈现“斜坡式”活动，神经元在单位时间内产生动作电位的次数随时间逐渐升高，斜率变化能精准预测动作何时启动。但这两个区域活动模式高度相似，又相互协作，他们希望能分清两个区域所扮演的角色。在他们设计的“小鼠计时挑战”中，小鼠会在听到提示后，经历1～3秒的可变延迟舔舐水管才能获得奖励。而在小鼠完成实验的同时，研究者会借助光遗传学技术，通过多区域电生理记录，实时观察两个脑区的神经活动变化。他们发现，纹状体（及相关皮层下网络）是计时核心的“信号整合器”，负责接收并累积来自前外侧运动皮层（ALM）的输入信号；而ALM既是“信号发射器”，提供包含试次历史的关键输入，又是“信号跟随者”，其计时活动会同步跟随纹状体的整合结果。

这些只是近年来的一些研究缩影。事实上，科学家对大脑计时的执着，像一场多维度的远征。只要其中尚存奥秘，他们就会不断探索下去。

不只是为了时间

科学家们在研究“时间”，但又不只是在研究“时间”。

想象一下，大脑中有一个专门负责计时的“交响乐团”，由前额叶皮层当指挥，负责决定乐曲的整体速度和节奏；纹状体则充当节拍器，负责打出稳定的拍子；其他部分则负责听从前者，一起演奏出流畅的音乐。

如果大脑的主人患上帕金森病，大脑内部的“节拍器”就会变得时快时慢。与此同时，虽然“指挥”发出了指令，但由于“节拍器”错乱，患者从时间感知到时间行动转化的关键环节就会出现障碍，导致他们被困在一个“执行计时”系统故障里。而在精神分裂症患者的大脑中，就不只是“节拍器”问题了，整个“乐团”都会失去配合和同步，患者眼睛看到的、耳朵听到的信息，传到大脑的时间不同步，就好像声音和画面对不上，时间变得破碎、跳跃，有时甚至分不清是现实还是回忆。

从某种程度上说，大脑的“计时器”已经融入生活的每一个瞬间。科学家们研究清楚其中的机制，有望能通过精准调控神经活动，为帕金森、注意力缺陷多动障碍、抑郁症，以及其他精神疾病患者重建时序感，让更多人重新掌控生活节奏。

不仅如此，当前人工智能在处理动态时间序列、适应实时变化节奏方面依然笨拙。随着大脑“柔性计时”机制的破解，下一代人工智能、控制技术等也将迎来飞跃式发展。

时间，是宇宙赋予万物的基本维度。大脑如何感知和操控时间，不仅决定了我们如何与世界互动，也深刻影响着我们对自身存在的认知。当科学家们逐步揭开这层神秘面纱，我们不仅将获得治疗神经疾病的新钥匙，更可能解锁人类认知的终极边界——毕竟，对时间的掌控力，本质上是对生命主宰权的延伸。在这场探索中，每一个神经元的闪烁都在诉说着一个真理：我们不仅是时间的囚徒，更是时间的雕刻师。

来源: 我是科学人