大脑是台时光机 - Ep.5

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你的大脑能做的最厉害的事情之一大概就是理解时间了。我们常常把时间和空间这两个概念并置。但实际上，时间与空间有很大区别。除却在大脑里回忆和想象时间的前后，你不能很自在地在时间的海洋中导航——如果真能轻易做到，也不会有星际穿越那样的电影了。时间总是被我们以理解空间的方式来加以理解和比喻。我们会说时间是河流，或是道路，一条没有任何分岔、交叉、出口或转弯的道路。但和空间不同，我们可以用触摸的方式体验空间；但我们的大脑里没有一个叫时间感受器的东西。

我们的大脑是怎么表征、再现和理解时间的呢？为什么记忆里承载了时间的陈旧和新鲜，为什么我们说记忆会被时间磨损？这一期我们从神经科学的一项研究来聊一聊大脑如何理解和编码时间、时间的数学模型和我们对时间的观念。

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大纲

[00:00] 节目开始前的通告和导言
[03:24] 正式开始
[04:51] 时间的隐喻：时间戳 & 彗星的尾巴
[06:30] 刘越参与的实验研究以及该时间模型
[12:56] 大脑怎么上时间戳；时间细胞（time cell）vs 位置细胞（place cell）
[15:00] 任何有动力学的系统都可以表征时间
[20:35] 时间的感知是一种高级认知，需要在行为实验中研究
[21:51] 中心的（central clock）和分布式（distributed）的时钟
[24:35] 大脑表征时间的数学模型
[29:05] 不同时间尺度下的记忆衰减
[35:15] 时间存于所有种类的记忆之中
[38:28] 神经元突触的可塑性帮助我们弥合联系时间相近的事件
[43:43] 时间作为空间的隐喻：人类学角度，人感知时间的可能性与局限
[49:50] 被试者的多样性作为手段 vs 作为目的；闲扯柏格森
[55:30] 时间细胞的争议：编码时间还是准备运动
[59:00] 在机器人上重新编码时间？
[01:03:00] 讲到时间，有关自由意志的边缘讨论
[01:11:38] 一个思想实验：当你的心理时间和外界不协调，你的时间和他人有区别吗？及外星人七肢桶的语言与时间观念
[01:18:00] 延长寿命的你会如何感知时间

勘误

1.方括号内为修正口头表述不准确的部分

2.尺度不变性指的是[不是指数衰减]而是幂函数状衰减

3.时间细胞（Time Cell）是否能表征时间[并非15‘00处说的不重要而是]还需要进一步实验证据，譬如针对不同时间尺度的实验

4.对于编码时间的模型，我们虽然不区分长期和短期的记忆（long vs. short term memory）[但并非所有类型的记忆都不区分]。需要区分陈述性记忆（declarative memory）和进程记忆（procedural memory）。Marc Howard 的理论主要牵涉陈述性记忆中的事件记忆（episodic memory）

延伸阅读

认知神经科学理论实验室 Theoretical Cognitive Neuroscience Lab：https://sites.bu.edu/tcn/ 嘉宾刘越所在的实验室，导师 Marc W. Howard

尺度不变性 Scale-Invariant https://en.wikipedia.org/wiki/Scale_invariance

认知地图 Cognitive Map：Tolman EC (1948) Cognitive maps in rats and men. Psychol Rev 55:189–208 Available at: https://doi.apa.org/getdoi.cfm?doi=10.1037/h0061626 [Accessed April 22, 2019].

Memory Space：Howard Eichenbaum’s memory space Eichenbaum H, Dudchenko P, Wood E, Shapiro M, Tanila H (1999) The hippocampus, memory, and place cells: Is it spatial memory or a memory space? Neuron 23:209–226 Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627300807734?via%3Dihub [Accessed April 16, 2019].；(c.f. Howard MW, Eichenbaum H (2015) Time and space in the hippocampus. Brain Res 1621:345–354 Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006899314014917 [Accessed April 16, 2019].)

位置细胞 Place Cell： O’Keefe J, Dostrovsky J (1971) The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Res 34:171–175 Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/5124915 [Accessed April 23, 2019].

空间导航 Spatial Navigation：https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/summary/

时间细胞 Time cell：Eichenbaum H (2014) Time cells in the hippocampus: a new dimension for mapping memories. Nat Rev Neurosci 15:732–744 Available at: https://www.nature.com/articles/nrn3827 [Accessed April 16, 2019].

循环神经网络 RNN： https://www.scholarpedia.org/article/Recurrent_neural_networks

机器的灾难性遗忘：https://www.zhihu.com/question/265056068 >> 关于各种记忆：我们会单独再做一期的 ^_^

老猫翻译的《大脑如何为往事铺上时间线？》（可在“神经现实”公众号搜索阅读）

[图片来自] 原论文：Shankar KH, Howard MW (2012) A Scale-Invariant Internal Representation of Time. Neural Comput 24:134–193 Available at: https://www.mitpressjournals.org/doi/10.1162/NECO_a_00212 [Accessed September 8, 2019]. 或 Howard, Marc W., et al. "A distributed representation of internal time." Psychological Review 122.1 (2015): 24.https://sites.bu.edu/tcn/files/2015/12/HowardEtal-PsychReview-2015.pdf

时间作为概念（conception）而非知觉（perception）——认知人类学家&哲学家

以空间作为喻体的时间（spatial construals of time）

空间：object-centric vs. ego-centric vs. geo-centric

时间：Deictic Time vs. Sequence Time

[图片来自] Núñez, Rafael, and Kensy Cooperrider. "The tangle of space and time in human cognition." Trends in cognitive sciences 17.5 (2013): 220-229.

了解柏格森（Bergson）和他的生命哲学，可看

介绍他的著作《时间的观念》《爱因斯坦与柏格森之辩》

他本人著作《时间与自由意志》

他的论文 Bergson, H. 1988. Matter and memory, trans. N. M. Paul and W. S. Palmer. Cambridge, MA: Zone Books. (originally published 1896) .

感觉时间作为知觉（Sensation）——认知心理学家

时间知觉：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%82%E9%96%93%E7%9F%A5%E8%A6%BA 指人在不使用任何计时工具的情况下，对客观现象的延续性和顺序性的感知。

帕金森氏病患者无法正确感知时间和速度

Zeitraffer phenomenon：时间流失如电影慢镜头，声音不受影响 https://www.bbc.com/future/article/20140624-the-man-who-saw-time-freeze

时间作为意识的模式（modes of Consciousness）

《大脑是台时光机》（Your Brain is a Time Machine）作者（神经科学家）Dean Buonomano生动详解什么是分布式的时钟 >> 国内译本很快出版哦

中央生物钟（Central Clock）& 分布式时钟（distributed clocks models）

他的论文：Paton, J. , Buonomano, D. 2018. The Neural Basis of Timing： Distributed Mechanism for Diverse Functions. Neuron, Vol. 98. Issue 4. P. 687-705. May 16, 2018.

人物

刘越（嘉宾）：波士顿大学物理博士在读，复旦大学物理系本科，研究方向是计算认知神经科学。
顾金涛（老猫）：本科生物，现在在上海纽约大学跟着 Sukbin Lim 用数学模型研究记忆和神经可塑性，还在找课题。
汉那：UCSD 认知科学本科在读。心灵哲学；语言认知；科技人文；后人类。写字，摄影，嗜咖啡。游荡者。书呆子。野心家。

剪辑/北方