摘 要 長期以來人們認為神經(jīng)系統(tǒng)是通過類似于時鐘的方式來實現(xiàn)對一段時間的知覺的，并認為多巴胺能系統(tǒng)(基地神經(jīng)節(jié))和時鐘的快慢有關，與多巴胺信號有關的藥物的動物實驗的結(jié)果以及帕金森氏癥(parkinson"s disease)患者的行為表現(xiàn)被看作是支持以上看法的證據(jù)。然而，最近的大量研究對這個理論提出了挑戰(zhàn)，結(jié)合行為研究和腦機制研究的新成果，研究者提出了知覺信息可以通過神經(jīng)活動狀態(tài)或加工中的能量消耗來表達。
　　關鍵詞 時間知覺；腦機制；時鐘模型；神經(jīng)狀態(tài)模型；能量消耗模型
　　分類號 B842
　　
　　時間是客觀世界的基本屬性之一，相應地，能夠知覺以及利用時間信息也是認知系統(tǒng)的基本能力之一。人的認知系統(tǒng)可以處理的時間信息的跨度極大，從毫秒級(10-3s，如利用同一聲源發(fā)出的聲波到達兩耳的時間差進行空間定位)，到以24小時為周期的睡眠清醒節(jié)律(104s)(Buhusi&Meck，2005)。其中，對數(shù)百毫秒到數(shù)秒的范圍內(nèi)的時間信息的準確加工，是運動控制、語音識別等過程的必要條件(Meck，2005)。本文的討論集中在認知系統(tǒng)加工這個尺度上的時間的過程和機制，這也是近年來時間知覺研究的焦點。
　　
　　1　時鐘模型及其證據(jù)
　　
　　1.1　時鐘模型概述
　　神經(jīng)系統(tǒng)對非時間信息的加工通常依賴神經(jīng)元的選擇性，即某個神經(jīng)元只對具有特定屬性(某個顏色、某個朝向或者某個空間位置)的刺激進行反應，這些具有特征選擇性的神經(jīng)元的分布表現(xiàn)出很強的規(guī)律性，且在不同層級的相互聯(lián)接中保持了對應關系。對刺激的各個屬性的加工正是以這樣地圖式、索引式的組織方式為基礎的。
　　然而，對于時間信息的處理，直觀地來看，并不能通過這樣的方式實現(xiàn)：時間是累積量，任何即時的信息都無法獨立地反映時間。影響最廣泛的時間加工模型假設：神經(jīng)系統(tǒng)是通過類似時鐘的方式宋實現(xiàn)對時間信息的處理：內(nèi)部時鐘以節(jié)拍器和累計器為基礎模塊。其中節(jié)拍器以穩(wěn)定的時間間隔發(fā)出信號，節(jié)拍器的頻率的決定了?部時鐘的快慢；而累積器則記錄節(jié)拍器所產(chǎn)生的信號的數(shù)量，用以代表主觀時間(Meck，1996；Gibbon，Malapani，Dale，&Gallistel，1997)。
　　
　　1.2　時鐘模型的藥理學證據(jù)
　　時鐘模型的假定雖然可以解釋大量行為實驗的結(jié)果，它的神經(jīng)基礎卻沒有得到完全的確認支持它的神經(jīng)生理學證據(jù)主要來自藥理學的動物實驗。
　　這些實驗中多采用峰值間隔(Peak Interval，PI)或時間二分(7emporal Bisection，TB)任務，在PI任務中，首先在固定間隔(Fixed Interval，F(xiàn)Ⅱ)階段，訓練實驗動物在條件信號(通常是純音或者光照)呈現(xiàn)固定間隔后反應，以得到食物獎勵并同時結(jié)束條件信號；在隨后的測試階段中，加入了一類峰值試驗(peak trials)，，其間條件信號在實驗動物反應后持續(xù)呈現(xiàn)并且不提供強化物，這樣實驗動物會持續(xù)反應一段時間。在峰值試驗中，在固定的間隔到達前，實驗動物的反應頻率逐漸增加，在到達固定間隔的時刻達到峰值，隨后以近乎對稱的方式下降。由于反應頻率達到峰值的時間在正常情況下與固定間隔相同，因此這個時間被看作是實驗動物主觀時間的指標(Meck，1996)。
　　在7B任務中，實驗動物首先學習對持續(xù)時間短(如1s)的信號做某個反應(如按右邊的桿)而對持續(xù)時間長(如4s)的信號做另一個反應(如按左邊的桿)。之后，增加了持續(xù)時間介于兩者中間的多個信號，實驗動物需要對每個信號做出反應對于這些信號，實驗動物的反應表現(xiàn)出隨機性，不過信號持續(xù)時間越長，“長”反應的概率越大。實驗者將“長”反應的率為50％時的信號持續(xù)時間作為“主觀無差別點”(Indifference Point，IP)，用以表示實驗動物的主觀時間(Meek，1996)。
　　調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多巴胺信號會改變這些能在正常情況下反映主觀時間的指標。在PI范式下，在測試前注射能增強多巴胺信號的藥物(如methamphetamine，cocaine)，使得反應頻率的峰值提早出現(xiàn)(Maricq，Robe,s，&Church，1981；Matell，King，&Meek，2004)。相反地，若施以多巴胺D2型受體阻斷劑(如haloperid01)，會使得峰值出現(xiàn)的時間延后(Drew,Fairhurst，Malapani，Horvitz，&Balsam，2003)。若測試在藥物條件下持續(xù)進行，峰值時間逐漸回復到正常狀態(tài)；若再撤銷藥物，峰值時間則往相反方向變化(Meek，1996)，研究者認為這些現(xiàn)象反映了內(nèi)部時鐘的快慢受到了多巴胺信號的影響。增強多巴胺信號使得內(nèi)部時鐘變快，從而經(jīng)歷相同的主觀時間所需的客觀時間減少，因而峰值提早出現(xiàn)：減弱多巴胺信號使得內(nèi)部時鐘變慢，從而經(jīng)歷相同的主觀時間所需的客觀時間增加，因而峰值延后出現(xiàn)(Meek，1996)。而在藥物持續(xù)的作用下，峰值時間逐漸恢復正常，則被認為是在新的時鐘下重新學習的結(jié)果；而藥物撤銷時，反應峰值的反向變化則反映了這種重新學習的后效(Meek，1996)。
　　在7B范式下，在測試前注射多巴胺增強劑，會使得IP偏向短的一端，這表明經(jīng)歷同樣的客觀時間所體驗到的主觀時間延長(Maricq ct a1，，1981；Maricq&Church，1983)；而注射多巴胺阻斷劑，會使得IP偏向長的一端，表明主觀時間相對的縮短了(Maricq&Church，1983)，而效應的大小與阻斷劑和D2的親和度呈正相關，而和其他多巴胺受體(DI、D3、D4)則不相關(Meek，1996；Buhusi&Meek，2005)。更進一步，增強多巴胺信號造成的ⅡP變化，隨著標準長短的不同(比如標準長短分別為4s和Ⅱs、標準長短分別為16s和4s)而等比例的變化(Maricq ct a1，，1981)。
　　據(jù)此，研究者認為時鐘的快慢和多巴胺能系統(tǒng)特別是包含D2受體的神經(jīng)通路有關，傳統(tǒng)上認為紋狀體(striatum)中負責信號輸出的神經(jīng)元是D2主要分布區(qū)域之一(Missale，Nash，Robinson。Jaber，&Caron，1998)。進一步，研究者發(fā)現(xiàn)損?紋狀體，破壞了嚙齒動物與時間有關的行為；并且施加左旋多巴胺{L-dopa)不會使得被破壞的時間行為得到改善；而破壞SNc所導致的時間相關行為的損傷，會在施加左旋多巴胺后得到改善(Malapani，Deweer,&Gibbon，2002)，Meek(2006b)直接考察了不同的多巴胺能系統(tǒng)對時間加工的貢獻，發(fā)現(xiàn)紋狀體而非其他結(jié)構與時鐘的快慢有關。
　　
　　1.3　其他證據(jù)
　　在對人類時間知覺的研究中也得到了一些 支持以上認識的結(jié)果。帕金森癥(Parkinson"sDisease，PD)患者(由產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)細胞，特別是基底神經(jīng)節(jié)中的SNc的退化導致，SNc是紋狀體中多巴胺的來源)通常表現(xiàn)出行動遲緩(bradykinesia)的癥狀，這曾被認為是多巴胺缺乏導致內(nèi)部時鐘變慢的表現(xiàn)(Malapani et a1，，2002)；另外，其在多種時間任務中的表現(xiàn)也是異常的(Malapani ct a!，，2002)，在腦成像的研究中，雖然無法獲得直接將基底神經(jīng)節(jié)與時鐘的快慢相聯(lián)系的證據(jù)，卻發(fā)現(xiàn)它是在對多種時間任務的普遍活躍腦區(qū)的之一(Coull&Nobre，2008)。在嚴格控制對照任務難度，甚至對照任務難度更高的情況下，紋狀體依然活躍(Livesey,Wall，&Smith，2007)，將注意資源更多地分配到時間屬性的加工中會相應地增加紋狀體的活動(Coull，Vidal，Nazarian，&Maca~2004)。
　　
　　2　時鐘模型的局限
　　
　　然而，最近的研究使得認為BG和內(nèi)部時鐘的快慢有關甚至是時鐘模型本身面臨多方面的挑戰(zhàn)。
　　
　　2.1　藥物作用的再分析
　　時鐘快慢的變化并不能完全解釋藥物的作用。在PI任務中，增強多巴胺信號的藥物并沒有使得峰值時間的變化隨固定間隔的不同而不同(Maricq ct a1，，1981，)，若增強多巴胺信號加快了內(nèi)部時鐘，峰值提前的時間應該隨著固定間隔的變動而等比例的改變。而注射D2阻斷劑雖然使得開始反應和結(jié)束反應的延遲時間均隨著固定間隔變長而變長，然而這兩者之間的時間間隔卻在固定間隔較長時顯著地縮短了(Drew ct al。2003)，若減弱多巴胺信號減慢了時鐘，這個間隔也應該相應地延長。在7B任務中，雖然ⅡP的變化符合時鐘快慢變化的假設，然而對持續(xù)時間為其他長度的信號的反應卻無法用這個理論宋解釋。Methamphetamine并沒有改變對時間間隔的差別闡限(Maricq et a1，，1981)；如果Methamphe―taml，ne加快了時鐘，那么因為相同的主觀間隔所需的時間較正常情況短，相應地，同樣的主觀間隔差異所代表的客觀間隔差異也短，那么客觀測得的差別閩限應當降低。Haloperidol則在降低對持續(xù)時間較長的信號作出“長”反應的概率的同時提高了對持續(xù)時間較短的信號作出“長”的概率(Maricq&Church，1983)，這似乎說明實驗動物對持續(xù)時間的長短的辨別能力下降或者反應的隨機性增加，而非單純的時鐘快慢的變化。另外，藥物持續(xù)作用下峰值出現(xiàn)的時間恢復正常還可能僅僅是機體適應了藥物的作用而非重新學習的結(jié)果。Matell等人(2004)對比了持續(xù)提供和間隙注射可卡因(cocaine)兩種方式下老鼠在PI任務中的表現(xiàn)，只觀察到在間隙注射的條件下的顯著影響；先前對藥物的研究表明，只有間歇性地注射才能增加神經(jīng)細胞的敏感性，而持續(xù)地提供則會使得神經(jīng)系統(tǒng)對藥物產(chǎn)生適應。
　　
　　2.2　癥狀和注意過程
　　2.2.1　PD患者與PI任務
　　時鐘變慢也不能解釋PD患者在PI任務中的表現(xiàn)。和動物實驗中的PI任務不同，這里的PI任務中的固定間隔是以視覺或者聽覺信號的持續(xù)時間表示的。每次實驗中，首先呈現(xiàn)固定持續(xù)時間的信號，然后被試被要求在開始信號后時間間隔達到這個固定間隔時持續(xù)反應直到時間間隔超過固定間隔時停止反應。在學習階段，被試會在反應之后得到反應情況的反饋：而在測試階段則沒有反饋(Malapani ct a1，，1998；Malapani eta1，，2002)。若只學習一段固定間隔，PD患者反應頻率的峰值出現(xiàn)的時間較理論時間(開始信號的時刻+固定間隔)晚(Malapani ct a1，，i998)；若缺乏多巴胺使得時鐘變慢，那么PD患者出現(xiàn)峰值的時間應當與理論時間相同，因為學習和測試都在同樣的多巴胺信號也就是同樣的時鐘下；同時，這個效應不受是否提供反饋的影響，也就是說反饋不能幫助被試修正這個偏差(Malapani et a1，1998)，Malapani等人(1998)認為這反映了對時間的記憶過程受到了影響。另外，若同時學習兩段固定間隔，對不同間隔的反應出現(xiàn)峰值的時間互相靠近，也就是對較短間隔的反應峰值延遲而對較長間隔的反應峰值則提前(Malapani et a1，2002)；Malapani等人(2002)認為這是對兩段時長的記憶互相干擾的結(jié)果。進一步，如果在學習和測試階段均施以左旋多巴胺，那么PD患者的反應峰值的時間和正常人相同；如果只在測試階段施以左旋多巴胺，那么其所重現(xiàn)的兩段時長將出現(xiàn)一致的延長，出現(xiàn)峰值的時間相互靠近的現(xiàn)象消失了(Malapani ct a!，，2002)。Malapani等人(2002)因而推斷，峰值出現(xiàn)時間的推遲和“寫入”記憶的過程有關，而不同間隔的混淆則和“讀取”記憶的過程有關。不過，由于固定的間隔在每次試驗中都會首先呈現(xiàn)(這可以直接看作是對間隔時間的學習階段)，這里依據(jù)否提供反饋來劃分“學習階段”和“測試階段”可能不是有效的。實際上，即使完全不提供反饋，對正常被試來說，反應峰值依然依然可以準確地在標準時間出現(xiàn)(Perbal et a1，，2005、。盡管如此，這里的結(jié)果依然表明減弱的多巴胺引起的在PⅡ任務中的行為變化，不能簡單的歸結(jié)為時鐘快慢的變化；事實上，在藥理學的動物實驗中，還缺乏探討在“訓練階段”和“測試階段”都施加藥物的研究。
　　2.2.2　來自ADD的啟示
　　既然上述實驗中，對“學習階段”和“測試階段”的劃分可能存在爭議，那么將上述結(jié)果歸因于記憶過程的干擾也需要進一步的探討。最近的研究提示，注意過程可能是上述現(xiàn)象的原因。注意缺乏障礙(Attention~：leficit Disorder，ADD)的患者在PI任務中的行為受到呈現(xiàn)反饋的概率的影響。在反饋呈現(xiàn)的概率100％時，峰值出現(xiàn)的時間與標準時間相等；而當反饋呈現(xiàn)的概率下降到25％時，峰值則會推遲出現(xiàn)，其表現(xiàn)與PD患者僅在上文所述的“測試階段”服用藥物時的表現(xiàn)的類似(Meck，2005)。實際上，PD患者同樣會表現(xiàn)出注意障礙，即使服用藥物，注意功能也并未完全恢復(Perbal ct a1，，2005)。
　　結(jié)合注意障礙和反饋概率的影響，PD患者在“學習階段”和“測試階段”均服用藥物，與僅在“測試階段”服用藥物的不同表現(xiàn)，可以歸因于運動學習和不同持續(xù)時間的信號的呈現(xiàn)序列的影響，延遲固定間隔的反應可以一般地看作是一種運動技能。如果在訓練階段就服用藥物，由于有足夠的反饋，PD患者可以準確地習得延遲反應的技能；經(jīng)過睡眠，習得的運動技能會得到鞏固(Krakauer&Shadmehr，2006)，因而在第二天的 測試階段，即使沒有反饋，反應也會保持準確。而相反，如果在訓練階段不服用藥物，由于PD降低了被試對時間的辨別能力(Artieda，Pastor，Laeruz，&Obeso，1992)以及注意轉(zhuǎn)換的能力(Ravizza&Ivry,2001)，可能導致在同時學習兩段固定間隔時，無法在訓練階段習得準確的反應。事實上，一般來說，PD干擾了被試學習反應序列(包含多于一個的反應)的能力(shohamy，Myers，Grossman，Sage，&Gluck，2005；Helmuth，Mayr，&Daum，2000)；而包含兩段不同時間間隔的PI任務可能可以看作一類特殊的反應序列。從而，在服用藥物的測試階段，PD患者相當于經(jīng)歷新的學習。由于注意缺陷和缺乏反饋的共同作用那么峰值就會延后出現(xiàn)。
　　另外，上述實驗中的結(jié)果都是在不同的固定間隔在不同的區(qū)組中的集中呈現(xiàn)的方式下觀察到的；而如果采用隨機呈現(xiàn)的方式，即使不存在反饋，服用藥物的PD患者，雖然會增加反應的波動卻不影響其準確性(Perbal ct a1，，2005)�？紤]到如果PD患者僅僅需要掌握一個固定間隔的反應，即使在不服用藥物的情形下，PD患者反應峰值的延后也相當小，遠小于需要同時掌握兩個固定間隔的反應時僅在測試階段服用藥物的情形(Malapani ct al，1998)，筆者推測不同呈現(xiàn)序列可能影響了對間隔不同時間的反應的注意分配，從而影響了被試在PI任務中的表現(xiàn)。
　　注意對出現(xiàn)反應峰值的時間影響，既不能歸結(jié)為時鐘的快慢，也不能歸結(jié)為對間隔時間的記憶的偏差，甚至可能跟主觀時間無關。如果和時鐘的快慢有關，對信號持續(xù)時間和反應間隔的知覺的影響應該相同，與觀察到的反應峰值的偏移不符。如果注意缺乏導致了對信號持續(xù)時間記憶的偏差，所觀察到的反應峰值應該提早而非延后。許多研究表明，那些越容易顯著的刺激，被試所知覺到的持續(xù)時間就越長(Xuan，Zhang，He，&Chen，2007；Kanai，Paffen，Hogendoom，&Verstraten，2006)。另一方面，7se等人(2004)在對持續(xù)時間的辨別任務中發(fā)現(xiàn)，注意的增強會引起對持續(xù)時間的高估。那么一個顯然的推論，就是注意程度的下降就會引起對持續(xù)時間的低估。
　　除了PD患者在PI任務中的表現(xiàn)，注意過程也可能和動物實驗中藥物的作用有關。作用于多巴胺能系統(tǒng)的藥物體現(xiàn)作用，以完好的額葉(Prontal Lobe)為前提(Meck，2006a)，而額葉的主要功能就和注意分配和工作記憶有關(smith&Jonides，1999；Fuster,2001)，特別的，如果同時呈現(xiàn)兩個持續(xù)時間不同的刺激(分別為光照和純音)，額葉中大部分(60％)神經(jīng)元只在兩個刺激的聯(lián)合呈現(xiàn)時反應，很小一部分(3％)神經(jīng)元只對單一刺激的反應，顯示了前額葉在持續(xù)不同時間的刺激之間分配注意的作用(Pang，Yoder,&Olton，2001)。
　　2.2.3　BG中的神經(jīng)振蕩
　　以上的結(jié)果均表明多巴胺信號的變動引起的被試在PI任務中的行為改變不能簡單地歸結(jié)為內(nèi)部時鐘的變化。那多巴胺信號的變化如何起作用的呢?對與BG有關的神經(jīng)振蕩的研究提供了新的視角。最近的研究指出，在正常被試和服用多巴胺藥物的PD患者上觀察到的S7N和GPi的同步活動發(fā)生在60-80Hz附近；在主動運動發(fā)動前和進行中，STN-GPi以及S丁N--cortex間這個頻段上的同步性會增強，并且STN--GPi的活動領先于S7N-eortex的活動，顯示了這個頻段上的活動在驅(qū)動主動運動發(fā)動中的作用。不過由于這個頻段上的活動在靜息狀態(tài)下也存在，因而可能并不是直接導致運動發(fā)生，而是和與運動相關的注意過程有關。另一方面，對于沒有服用藥物的PD患者，STN與GPi的振蕩以11-30Hz以及3-10Hz的活動為主，在服用藥物和主動運動時，這個頻段的活動被抑制；在正常被試中，這個頻段的活動在需要努力保持靜止(努力保持在固定的位置而非靜息狀態(tài))時被觀察到；另外，這個STN-GPi在這個頻段上的活動是被大腦皮層(cortex)的驅(qū)動的(schnitzler&Gross，2005)，外加的高頻刺激(70hz附近及以上的頻率)，同樣會減弱30Hz的活動，這被用宋代替藥物治療PD患者的行動遲緩(Garcia，D"Alessandro，Bioulac，&Hammond，2005)，由此可以看出，60-80Hz的活動與30Hz以下的活動之間存在競爭關系，表現(xiàn)在行為上便是保持靜止和主動運動之間的競爭關系。阻斷D2受體引起的神經(jīng)活動的變化，可能和PD造成的變化類似，從而使得保持靜止的傾向在競爭中占優(yōu)，引起了反應的延遲；而增加多巴胺信號，則使得運動的較易發(fā)生，引起了反應的提前，另外，STN和GPi的同步活動也可能和注意過程有關。
　　
　　2.3　時鐘模型失效的情形
　　除了多巴胺能系統(tǒng)和時鐘的快慢有關的假設面臨挑戰(zhàn)外，時鐘模型本身也無法解釋一些設計精巧的實驗中所觀察到的結(jié)果和神經(jīng)系統(tǒng)對時間信息的反應方式。
　　2.3.1　解釋行為實驗時失效
　　在對間隔時間的辨別任務中，如果在目標間隔前加上另一段間隔時間的作為干擾，分辨短間隔(100ms)的閾限會顯著增加，而分辨長間隔(1s)的閩限則不受干擾的影響。這里的結(jié)果說明，至少對于短的間隔，將時間看成“量”是不合適的，自然不適用時鐘模型(Karmarkar&Buonomano，2007)，部分研究者認為，對于Ⅱo”s量級和10~s量級的時間知覺有著不同的機制，1曠"s量級可能依賴局部網(wǎng)絡的隨時間改變的狀態(tài)，而lO~s量級則依賴內(nèi)部時鐘(Ivry&Schler只2008)。然而，這個看法的有效性還需要仔細分析任務內(nèi)在的差別(比如，是直接要求處理時間信息還是在別的任務中隱含著時間信息(Coull&Nobre，2008))，以及其他因素(比如注意；比如Santamaria認為，Ⅱ0“s量級的時間知覺依賴自下而上的自動化過程，而lO~s量級的知覺則依賴自上而下的控制性過程(Meck，2005))在不同尺度的時間上和時間知覺的交互作用之后才能確定。
　　時鐘模型無法解釋選擇性注意對時間間隔的知覺受到的影響，這個影響一方面表現(xiàn)在刺激顯著性的影響：對于動態(tài)的刺激來說，運動速度越快，知覺到的呈現(xiàn)時間就相對地長(Kanai et al，，2006)；對于靜態(tài)刺激來說，較大的、較亮的、或者數(shù)目較多的刺激，被試會知覺到相對更長的持續(xù)時間(Xuan ct al。，2007)。另一方面，與奇異(oddball)刺激相比，被試所知覺到的重復呈現(xiàn)(如在l、Ⅱ、]、1序列中的])的或者容易預測(1、2、3、4中的4)的刺激的持續(xù)時間要相對的短；這個 現(xiàn)象不能用奇異刺激引起內(nèi)部時鐘變快來解釋，因為對與奇異刺激同時呈現(xiàn)的其他刺激的時間知覺并沒有受到影響(Pariyadath&Eagleman，2007)。
　　時鐘模型也無法解釋時間知覺在空間上的特異性，對動態(tài)的刺激(閃爍或振蕩運動)來說，時間知覺存在適應現(xiàn)象，這并不是通過對動態(tài)刺激的特征(閃爍頻率或振蕩速度)的適應而間接產(chǎn)生的(Johnston，Arnold，&Nishida，2006)，有趣的是，時間適應僅局限在先導刺激呈現(xiàn)的區(qū)域，并且這個區(qū)域是以客觀世界的坐標而非視網(wǎng)膜的坐標確定的(BuK真Tozzi，&Morrone，2007)；而時鐘模型中，并沒有為時間知覺和空間位置的關聯(lián)留下空間。
　　2.3.2　解釋神經(jīng)活動時失效
　　通過微電極記錄到的神經(jīng)元的活動揭示出初級視皮層(V1)、側(cè)邊下顥葉(uP)和紋狀體(strlatum)，都存在能夠表達持續(xù)時間的神經(jīng)活動。
　　如果視覺信號預示著在固定時間間隔之后將要出現(xiàn)獎勵，V1的神經(jīng)元表現(xiàn)出3種不同的隨時間變化的活動模式：持續(xù)到預期時間的高于基線的放電頻率，持續(xù)到預期時間的低于基線的放電頻率，以及在預期時間前保持在基線水平而在預期時間即將到達時放電頻率增加到峰值(Shuler&BcaL 2006)。
　　訓練恒河猴在時間分辨任務中用指向特定目標的眼動來表達“長”或“短”的反應，如果LIP的神經(jīng)元的感受野內(nèi)的反應目標代表“長”，這個神經(jīng)元則的放電頻率則會隨著持續(xù)時間的延長而增加；相反的，如果感受野內(nèi)的反應目標代表“短”，那么它的放電頻率則會逐漸下降(Leon&Shadlen，2003)。如果視覺信號和在其呈現(xiàn)后的隨機的“Go”信號(這里的隨機是指“Go”信號出現(xiàn)在何時的可能性滿足確定的概率分布)相聯(lián)系，LIP的神經(jīng)元的放電頻率的變化與“Go”信號在某個時刻的概率的大小一致，也就是說放電頻率隨著“Go"’信號的增加而增加(Janssen&Shadlen，2005)。
　　對紋狀體細胞而言，在獎勵隨機出現(xiàn)在兩個可能的時間上的情形下，研究者記錄到兩組細胞對不同的時間反應，而反應的模式就是隨著時間逐漸增加放電頻率并在預期的時間點達到峰值，對不同時間的放電頻率的峰值并不與時間間隔成比例(Meck&Nicolelis，2003)，
　　以上觀察到的神經(jīng)電活動均無法用時鐘模型來解釋，一方面，時鐘模型更傾向于認為存在一個獨立的神經(jīng)結(jié)構起到內(nèi)部時鐘的作用而非存在多個表征時間信息的結(jié)構(Jvry&Schlerf,2008)；另一方面，時鐘模型所預測的代表時間間隔的神經(jīng)活動應該滿足線性性(體現(xiàn)“累積”節(jié)拍器信號的過程)而非上文提到的多種非線性的模式；另外，時鐘模型中無法整合某個時刻“Go”信號概率的影響。不過，嚴格來說還需要區(qū)分這些神經(jīng)活動是“產(chǎn)生”了內(nèi)部的神經(jīng)表征，還是僅僅“利用”了其他結(jié)構產(chǎn)生的時間表征調(diào)節(jié)了自身的活動。
　　
　　3　兩類新模型
　　
　　如果不是以類似時鐘的方式。神經(jīng)系統(tǒng)又會通過何種方式來產(chǎn)生時間間隔的內(nèi)部表征呢?研究者提出了各種模型，最近，兩類模型得到了較多的關注：狀態(tài)模型和能量模型。
　　
　　3.1　狀態(tài)模型
　　網(wǎng)絡狀態(tài)模型是狀態(tài)模型中最重要的一類，認為時間信息是通過神經(jīng)網(wǎng)絡隨著時間變化的活動模式(activity pattern)來表達的，例如，當神經(jīng)系統(tǒng)接收到開始信號(假設為視覺刺激)時，首先激活了神經(jīng)元，隨后這個神經(jīng)元又會激活它的目標神經(jīng)元，隨著時間的推移，每個時刻都有不同的神經(jīng)元被激活，這樣神經(jīng)網(wǎng)絡中便產(chǎn)生了隨時間變化的活動模式，流逝的時間的長短便和神經(jīng)網(wǎng)絡的活動模式對應起來(Eagleman，2008)，如果在某個特定的時刻發(fā)生特殊的事件(信號中止或得到獎勵等)，這個時刻的反應模式就會得到強化(可以通過L丁P、LTD等過程)，從而實現(xiàn)了對持續(xù)時間的表達(Mauk&Buonomano，2004)。實際上，對離體的神經(jīng)網(wǎng)絡的研究表明，無需依賴外部時鐘，神經(jīng)網(wǎng)絡本身就有產(chǎn)生穩(wěn)定的時間表征的能力：激活某個神經(jīng)元到引起的另外的神經(jīng)元被激活的時間間隔是穩(wěn)定的，并且時間間隔與神經(jīng)元在空間上的距離無關，而是由聯(lián)系兩個神經(jīng)元的中介神經(jīng)元的級數(shù)的多少決定的，間隔的級數(shù)越多信號傳遞所需的時間就越久(Buonomano，2003)。我們假定時間信息是有傳遞的級數(shù)界定的。行為實驗中也能夠直接觀察到信息在神經(jīng)網(wǎng)絡中傳遞的時間產(chǎn)生的對時間知覺的影響，當要求被試將敲擊與以固定周期出現(xiàn)的信號聲同步的實驗中，觀察到敲擊穩(wěn)定地提前于信號聲，大量的研究表明這個現(xiàn)象與觸覺信號晚于視覺信號到達中樞神經(jīng)系統(tǒng)有關(Repp，2005)。由于神經(jīng)活動的強度和效率受到刺激顯著性和注意的調(diào)節(jié)(Kasmer&Ungerleider,2000)，從而影響了神經(jīng)間信號傳遞的速度，時間知覺也表現(xiàn)出相應的變化，不過由于神經(jīng)元之間相互聯(lián)接的復雜性，準確描述神經(jīng)網(wǎng)絡的活動模式如何隨時間演化是相當困難的，既可能出現(xiàn)不同的時間間隔對應著不同的神經(jīng)元集合(如果處于不同層級的神經(jīng)元不存在共同的目標神經(jīng)元)，也可能會出現(xiàn)不同的時間間隔對應著同一神經(jīng)元集合的不同反應模式(如果處于不同層級的神經(jīng)元可能指向同樣的目標)，甚至可能是以上兩種情況的結(jié)合。上文中提到的在V1、LIP、striatum中所觀察到的神經(jīng)活動都可以通過不同的網(wǎng)絡來實現(xiàn)。另外，需要指出的是，網(wǎng)絡狀態(tài)模型的將時間信息和對具體刺激的反應相聯(lián)系，如何解釋某些情況下觀察到的時間信息獨立于具體刺激的現(xiàn)象(Karmarkar&Buonomano，2003)，如何實現(xiàn)不同來源的時間信息得到統(tǒng)一的表達，網(wǎng)絡狀態(tài)模型還沒有給出解答。
　　
　　3.2　能量模型
　　能量模型認為時間和神經(jīng)網(wǎng)絡加工刺激時所消耗的能量相對應，消耗的能量越多所知覺到的時間就越久(Pariyadath&Eagleman，2007)。這個模型可以直接地解釋重復刺激和可預測的刺激被知覺到持續(xù)相對更短的時間的現(xiàn)象，也可以直接地解釋刺激的顯著性不同造成的時間知覺不同的現(xiàn)象。除了直接將消耗的能量和時間相聯(lián)系，Eagleman等人(2009)進一步考慮刺激表征的效率，認為神經(jīng)系統(tǒng)表征某個刺激的效率越高，所知覺到的它的持續(xù)時間就越短。雖然能量模型異常簡潔，而且也得到了大量的實驗證據(jù)，不過它也面臨和狀態(tài)模型同樣的問題：如何實現(xiàn)普遍的、獨立的時間信息。神經(jīng)系統(tǒng)中，遠距離的同步性和注意的參與可能是解決這些問題的關鍵(Varela，Lachaux，Rodriguez，&Martinerie，2001)。
　　
　　4　結(jié)論與展望
　　
　　綜合以上的討論，將間隔知覺的神經(jīng)機制類 比為時鐘的假設并不總是合適的。雖然在客觀世界中，時間獨立于任何具體客體，然而對時間的主觀知覺卻受到客體具體屬性和觀察者自身狀態(tài)的影響。相應的，對時間知覺腦機制的研究，則會受到刺激類型、實驗任務中以何種方式利用時間信息等的影響。換句話說，在主觀世界中，時間并不是完全獨立的。那些試圖找出獨立的時間加工結(jié)構的研究，很可能過度強調(diào)了時間的獨立性。
　　例如，如果在腦成像研究中，以辨別視覺刺激的持續(xù)時間為時間任務，而以其他視覺辨別(比如長度辨別)任務為對照任務(Lewis&Miall，2003)；那么即使視覺皮層參與了時間知覺的加工，也可能無法探測出來；另外，由于兩個辨別任務的反應都是選擇性任務，那么即使那些與決策、動作選擇有關的腦區(qū)，如LIP(Smith&Ratcliff，2004)、pre，SMA(Nachev，Kennard，&Husain，2008)、BG(Grillner,Helligren，Menard，Saitoh，&Wikstrom，2005)等也參與了時間加工，也可能無法探測出來。如果引導被試對時間屬性和其他屬性(比如顏色)的注意分配來尋找對時間信息所分配到的注意資源敏感的腦區(qū)(Coull cta!，，2004)，則可能由于對持續(xù)時間的識別所需的時間遠長于對顏色的識別，即使參與對時間屬性和其他屬性加工的為同一腦區(qū)，也會在tMRI的信號中有不同的表現(xiàn)(由于時間分辨率的關系，fMRI中得到的實際上是一段時間內(nèi)的神經(jīng)活動的總水平)。事實上，在對時間知覺的腦成像的研究中，無法獲得統(tǒng)一的結(jié)論，很可能和大腦的不同區(qū)域都能夠產(chǎn)生時間信息，而研究者們選擇時間任務和對照任務時又過于看重時間的獨立性有關。在今后的研究中，如果考慮如何將已知的和時間加工有關的腦區(qū)，如小腦、LIP、pre-SMA、BG等和它們各自的基本功能聯(lián)系起來，將會對得到對時間知覺的腦機制的更加普遍和深刻的認識提供一條新思路。
　　另外，以上討論的僅針對間隔知覺(intervaltiming)，常見的時間知覺還包括時序知覺，與時序知覺有關的典型任務包括判斷在某事件在事件序列中的位置、判斷兩個事件是否同時發(fā)生，這兩類時間知覺之間存在著緊密的聯(lián)系，比如，兩者可能同屬于一般的“量”的系統(tǒng)uhusi&Meck，2005；Walsh，2003)。研究者還發(fā)現(xiàn)，如果在按鍵和閃光之間加入一小段間隔(比如100ms)，隨著不斷的重復，被試會知覺到按鍵和閃光同時發(fā)生，如果這時撤去這段間隔，被試會覺得閃光竟比按鍵提前了(stetson，Xu，Montgue，&Eagleman，2006)，由于一段間隔必須以開始和結(jié)束的事件來標記，正確的間隔知覺必然以正確的時序知覺為前提，研究時序知覺和間隔知覺的相互關系，也可能成為把握時間知覺的機制的另一條途徑。

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