时间感知是什么？你为什么打不中苍蝇？

为了完成“雪上1800五周转”、“花滑四周跳”等又美又飒的动作，运动员们除了穿戴各种黑科技运动装备和接受先进的训练方式外，他们对自身大脑的开发和训练也同样重要。事实上，运动员们能够完成一系列快速而精准的动作离不开大脑对时间的感知能力。我们的大脑就像一台判断时间的机器，不仅可以测量我们生活中的时间间隔的长短，而且还能形成一定的时间模式，如歌曲节奏和动作序列。那么顶尖运动员对时间的感知能力和普通人是否有差异呢？爱丁堡大学的职业棒球教练迈克·哈尔发现顶尖的棒球运动员在球靠近棒子的一瞬间能够明显感受到球变慢了，也就是在那一瞬间运动员感受到时间变慢了；把子弹时间的击球变成慢动作，自然能更好地判断击球位置、精准调整身体姿势从而“一击即中”。大脑时间感知背后的生理和物理机理是什么？是什么导致个体间的时间感知差异？大脑时间感知有什么实际应用？以下将为您一一揭晓。

图1 准备姿势、后摆引球、前挥击球、身体随球拍挥动...全在子弹时间内完成。顶尖运动员在瞬间大脑是如何做出决策并控制身体的？

来源：https://www.sohu.com/a/360739136_492623

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临界闪烁融合频率-大脑时间感知丈量工具

研究大脑时间感知最经典的实验“打不中的苍蝇” - 你是否想过为什么自己总是打不到苍蝇？这是因为苍蝇和人感受时间的快慢不同——苍蝇感受到的时间流逝更慢，人的动作在苍蝇看来就像是慢动作，所以苍蝇有足够的时间躲闪。那我们该如何定量地描述动物时间感知能力呢？研究人员多采用临界闪烁融合频率(critical fusion frequency, CFF)。CFF是个体能看到的光闪烁的最大频率，超过此频率则看到闪烁感觉会消失，从而产生稳定光亮的感觉。光闪烁的最大频率与动物每秒能够捕捉的画面数量有关，捕捉画面的能力又与动物对时间感知的能力相关。因此，我们可以用CFF值定量化描述生物的时间感知能力——CFF值越大，每秒钟处理图像的速度越快，对时间的感知越慢。我们可以通过下面这个视频直观地感受到不同动物感受时间流逝快慢的不同。

图2 不同生物的临界闪烁融合频率（CFF），从左上到右下依次为：海归、蜥蜴、人、狗、松鼠、苍蝇

来源：https://www.youtube.com/watch?v=eA--1YoXHIQ

人类自身不同的个体间也存在着CFF差异。比如婴儿、成年人和老人之间对时间的感知也是不同的，一般而言，很多人都觉得年纪越大时间过得越快，这背后其实是有一定的科学依据的。比如一项最新研究认为，随着我们年龄的增长，我们大脑的成像速度就会减慢，从而导致了时间感知的加速。具体来说，因为婴儿的眼睛比成年人眼睛移动的频率快得多，处理图像的速度也比成年人更快，而老年人在相同时间内处理图像的效率则要比年轻人低很多，这导致我们的心理会产生变化，认为年老以后时间会过得更快。

除了这种年龄上造成的不同时间感知之外，还有一些人们日常中遇到的体验也可能造成人们对时间认知的差异。比如当你在乘坐过山车时，是否感觉短短的几分钟的时间让你度日如年。这其实是人在紧张、恐惧、痛苦等情形下产生的一种时间错觉。为了解释这个问题，神经科学家戴维·伊格尔曼（David Eagleman）做了个有趣的实验，他让受试者在游乐场的15层楼高的设备上突然自由落体，最终落到距离地面约30米左右的缓冲网上。在受试者坠落的过程中，他会要求他们盯着一个计时器，这个计时器上的数字会闪烁得比正常速度快很多。因此如果受试者真的在下落的过程中对时间的感知变慢的话，他们就可以看见计时器上的数字。但是结果是没有一个受试者看清了计时器上的数字，但是当询问他们对下落时间的估计时，几乎所有受试者所估计的时间都比他们的实际用时2.6秒多了整整两倍左右。因此，伊格尔曼认为当人处于紧张、恐惧、痛苦等情形下时，他们所感受的“时间变慢”只是他们的大脑对意识的主观加工，而并不是实际上的时间感知变慢。可以说，时间不会为任何人放慢脚步。

此外，还有一部分研究者认为当人们将注意力集中在时间上时，可以感觉到时间过得更慢。为了验证这种猜测，Dartmouth学院的神经科学家Peter Tse做了个实验，他将重复的一张图片和一张特殊的图片交叉放映。所有的图片的停留时间都是一样的，但是受试者们普遍认为那张特殊的图片出现的时间更长。神经科学家们称这种现象为奇数效应“oddball effect”。简单地说就是，人们对常见的事物关注得少一些，而对新出现的事物会给予更多关注。作为对照，科学家们还在精神分裂症患者的身上也进行了同样的实验，但并没有发现所谓的奇数效应，这可能是因为精神分裂症患者难以忽略干扰并且集中注意力，所以对他们来说每张图片都是一样的。

那么我们究竟能否随心所欲地控制个人的时间感知呢？比如我们都能感受到情绪对于我们时间感知的影响很大，那些快乐愉悦的时光总是那么短暂，而那些令人沉闷的时光总是遥遥无期。因此我们肯定希望能够通过一些方式来让那些快乐的时光更久一点，而让那些痛苦的日子早早结束。

基于此，科学家已经在寻找如何随心所欲控制时间感知的方法，尽管目前人们还未完全解开时间之谜，但是已经发现了一些方法可以帮助人们改变时间感知。比如如今有研究者发现，通过一些药物类的刺激来影响我们的多巴胺系统，可能可以改变人们的时间感知。比如通过服用可卡因、咖啡因等刺激品能够使我们觉得时间过得快，而大麻之类的镇静剂则会使我们觉得时间过得很慢。此外，除了这种药物刺激的方式，我们也可以通过冥想或者心流等方式，让自己处于一种忘我的境界中，即当你能够沉浸式地投入到一项工作中，达到了一种亢奋享受的状态，从而忘记了时间。比如对于很多人来说在健身房跑半小时的步是一个漫长而且难熬的过程，因此便可以通过循环播放自己最喜欢听的歌或者在跑步时放空自己，去思考今天做过的事情，以及自己的一些未来计划或者愿景等等使整个身心跳脱出来，从而忘记了时间，这时候你就会发现其实半小时并没有很漫长。因此，总结来说，一种更好地改变人们对于当下时间感知的方法，是他们正在做的事情和做事时的心情。而这当中情绪和注意力会起到关键作用。

图3 在积极心理学中，“心流”是一种特殊的精神状态，当你在极度专注时，完全沈浸其中，效率和创造力提高，让你忘记时间、忘记饥饿、甚至忘记所有不相干的身体讯号。若当前工作的挑战度(Challenge Level)高于平均水平（高于中心点）且个人的专业技能水平(Skill Level)高于平均水平（位于中心点右侧）时，更容易进入心流状态。

来源：https://positivepsychology.com/mihaly-csikszentmihalyi-father-of-flow/

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时间的本质与感知的神经机制

CFF差异为一些生活中的现象提供了解释，然而这些理论只是阐释了时间感知的差异，但并不能更深入地解释“时间”或是“感知”的机制。对于“时间是主观意识还是客观存在？”、“感知的过程能否被分解为更为细致的组成？”这样的问题，仅仅依赖人主观感受的行为实验，恐怕难以取得令人信服的答案。物理学中时间的尺度，向宏观和微观两个方向不断拓展，已经远远超出人所能感受的范围，而对人的感知的神经科学研究，也从行为尺度不断向微观行进，顺着组织、器官、神经元、神经递质的方向一步步地寻求微观的解释。虽然时间感知这个问题并没有定论，但物理学与神经科学对相关问题的研究可以为理解时间感知提供启发。

时间的本质一直是物理学的核心问题之一。在牛顿的时空观中，时间是绝对的，不会随任何外部的作用或是观察者改变，是独立于空间的概念。“逝者如斯夫，不舍昼夜”，在绝对时空观中，时间不受任何干扰地永不停息地前进。时间被看作一条直线，任何物体的运动都无法对它造成扭曲。然而，光速不变的实验现象打破了绝对时间的假设：在新的相对论时空观中，时间不是独立于空间的变量，而是与参考系密切相关。时间成为了三维空间以外的另一个维度，也可以随着速度的变快而变慢。相对论时间观不仅为物理学提供了新的理论，还激发了人们对于时间的新的哲学思考。

相对论时空观与绝对时空观只有在高速或者微观状态下才有明显差异。在日常生活的时空尺度下，空间和运动对于时间的影响可以忽略不计。因此，时间感知的差异性主要来源于感知的神经机制而不是时间本身。人们已经发现了许多种人类感觉的分子生物学机制，比如去年获得诺贝尔奖的温度和触觉受体。但是科学家目前尚未发现感知时间的具体分子受体，不过有研究发现神经递质与激素对于时间感知的影响，比如多巴胺水平的升高可能在某些情境加快、在另一些情境下减慢我们对时间的感知。虽然人们还不是特别清楚时间感知的本质，但至少这些研究为时间感知产生差异的现象提供了分子生物学层面的解释。

图4 人脑负责显性时间感知（例如：收到明确指令的计时任务）和隐性时间感知（例如：事后被要求估计前段经历所度过的时间）的部分

来源：https://www.sciencenews.org/article/how-brain-perceives-time

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训练大脑时间感知功能提高竞技成绩

回到开头说的高难度动作：为了达到精英水平，运动员都需要不断提高协调能力以缩短他们的反应时间。以下举三个美国顶级运动员的大脑功能训练例子。

两届NBA MVP斯蒂芬·库里的反应时间一直很好，这在很大程度上归功于他与教练布莱恩·佩恩长达七年的合作。《Bleacher Report》去年探讨了这种合作关系，包括佩恩在训练中采用的高科技设备FITLIGHT。它是一个手掌大小的光盘系统，可以一个接一个地发光，可用于提高库里的敏捷性、平衡性、协调性和反应时间。FITLIGHT背后的科学原理是：让大脑超负荷工作，这样它就能以更快的速度处理所有事情。教练通过无线遥控器控制光盘，点亮特定的光盘组合，以指示特定的篮球动作（例如跳投、卧倒、飘球）。这些组合变得越来越困难，迫使库里的大脑更加努力地工作，以便尽可能快地处理信息。这反过来会增强大脑，使其消化更多信息并做出相应反应。

图5 篮球运动员通过FITLIGHT的LED灯阵列组合发出的指令来训练篮球动作

另一名反应时间达到精英水平的运动员是多伦多猛龙队前锋卡维·伦纳德。莱纳德借助频闪眼镜进行大量训练。当佩戴者进行特定的训练时，这些眼镜会在护目镜内投射出闪烁的灯光，而这些像照相机一样的闪光会帮助大脑在需要处理不同的视觉刺激时做更多的事情，比如在看到球飞行途中做特定的任务（例如运球或接球），同时忽视闪烁的灯光。这种类型的训练，被称为频闪感官训练，可以帮助大脑在视觉不受闪光灯干扰的情况下更快地处理视觉信息。帮助开发早期版本频闪眼镜的Alan Reichou博士还解释说，它可以提高视觉记忆保留和感知能力。

除此之外，还有其他运动员采取更激进的措施——使用能刺激运动皮层神经元的设备。NFL的TJ Carrie是其中之一，他最喜欢的设备是耳机形状的光环，直接向大脑发送电脉冲。这些电脉冲会刺激运动皮层，即大脑中与控制和执行自主运动有关的区域。美国滑雪队也采取了同样的方法。发表在《Frontiers in Human Neuroscience》上的文章《Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) and Sports Performance》认为，tTDC在与训练相结合时确实有助于提高运动表现。文章指出，一些研究表明，tTDC可以在不同程度上提高运动成绩的各个方面，包括峰值功率；知觉学习范式；认知表现和情绪提升。

另一个前沿领域是利用遗传学塑造一个人在体育运动中表现出色的能力。基因修补可能很快就会被用于培养更大、更快、更好的运动员，因为基因“对力量、肌肉大小和肌肉纤维组成（快速或慢速抽搐）、无氧阈值（AT）、肺活量、柔韧性，以及在某种程度上对耐力有很大影响。”考虑到遗传学领域的进步，这种运动员在分子水平上“提高”的未来可能实际上更接近现实。

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来一场精神时间旅行

从前面的介绍我们知道让大脑保持高度的专注可以让时间的流逝变慢，大脑处理信息、协调肢体的能力变强。除此之外，人类大脑相比起地球上其他生物，还有一项神奇的认知能力 -人脑可以穿越时间，思考过去、展望未来。许多人类学家和心理学家认为，人类区别于其他动物和类人猿的一种超能力就是我们懂得为未来做规划：春天播种耕地为来年冬天储粮、年轻时工作为退休储蓄等等。心理学家托马斯·萨德多夫（Thomas Suddendorf） 和迈克尔·科巴利斯（Michael Corballis） 把我们在精神上将自己投射到未来的能力， 称为精神时间旅行。然而当今信息时代各种手机应用、社交软件、短视频等带来的信息洪流，却正在逐渐封印我们大脑穿越时空的能力。刷微信微博抖音，让我们沉迷在即时的精神满足世界里，从而丧失了专注阅读经典作品的能力；电商微商的花样百出的推销、直播间轰炸式的带货，让我们像洗脑式地买买买，变成月光族，从而丧失了为未来储蓄的“超能力”。

在这个信息爆炸的时代，每天跟自己留出一定的“去电子产品”的时间非常重要：可以尝试独处在一间干净整洁没有电视电脑手机的房间里，阅读一本书，用纸和笔写下自己的思考，让自己进入深度思考、书人合一的状态。相信每天坚持一小时，对提高专注力和学习效率大有裨益。

虽然我们不是顶级运动员，也不能通过黑科技训练做出炫酷的空中翻滚动作，但我们依然可以利用大脑神奇的时间感知机制，做时间的主人，在各自领域做出一番事业！

作者简介

周肖杉，清华大学2020级建设管理系硕士生，研究方向为人因工程

蔡佳言  清华大学未央书院本科二年级

沈心迪  清华大学经济管理学院硕士一年级，研究方向为商务分析

刘晓波  清华大学化学系本科四年级，研究方向为有机电子学

冯唯嘉  清华大学机械工程系博士一年级，研究方向为微纳摩擦学与结构超滑

参考文献

[1] 《大脑是台时光机》迪恩·博南诺 著；

[2]  Healy, K., McNally, L., Ruxton, G. D., Cooper, N., & Jackson, A. L. (2013). Metabolic rate and body size are linked with perception of temporal information. Anim Behav, 86(4), 685-696. doi:10.1016/j.anbehav.2013.06.018

[3]  https://globalsportmatters.com/science/2019/02/08/elite-athletes-tech-tools-increase-reaction-time/

[4]  https://www.docin.com/p-1386762219.html

文稿 | 周肖杉  蔡佳言  沈心迪  刘晓波  冯唯嘉

编辑 | 庄伟建

审核 | 陈星安  李  波  蔡世杰