大脑是如何记住时间的

如果让你复述一下你今天早上做了些什么，你会发现，在回忆和复述这段经历时，你清楚地记得每个情景发生的不同时间。比如，你先刷牙再洗脸，在回忆和复述时也一定是先刷牙再洗脸。那么，大脑是如何记住做这些事的不同时间的？

神秘的海马体

如果让你复述一下你今天早上做了些什么，你可能会叙述出这样的场景：起床、刷牙、洗脸、穿好衣服、吃早餐，或许还遛了狗。你会发现，在回忆和复述这段经历时，你清楚地记得每个情景发生的不同时间。

比如，你先刷牙再洗脸，在回忆和复述时也一定是先刷牙再洗脸。那你知道大脑是如何记住做这些事情的不同时间的吗？答案就在大脑记忆最重要的区域——海马体。

海马体通常被认为是空间位置记忆细胞的所在处。当我们到达某个特定位置时，海马体中一些特定的神经元细胞即位置细胞，就会被激活，创建一个有关机体自身周围空间位置的脑内地图，激活的细胞就像标记，记住机体的具体位置。而海马体内的头部方向细胞能辨别头部的朝向，朝向不同方向时，不同的细胞兴奋。

在海马体的一个叫内嗅皮层的区域中，另一组被称为网格细胞的神经元细胞会对行进的距离作出反应。这些细胞的组合使我们知道自己位于空间何处、如何在复杂的环境中找到方向，以及从一个地方走到另一个地方需要多远。因此，海马体可以说是大脑内部的“GPS”，是空間记忆的主要组成。

海马体是否只能记住空间位置？一次手术似乎让科学家们对海马体记忆功能有了其他的看法。

1953年9月1日，一位神经外科医生进行了一次冒险的手术：为了治疗癫痫患者，他切除了患者大脑中的海马体和周围组织。手术确实减弱了患者的发作频率和反应强度，但患者的记忆却出了很大的问题：他再也无法对记忆进行排序。无论是早上刚吃的早餐、最近的新闻头条，还是几分钟前刚刚认识的陌生人，他不像平常人一样能正确复述出所经历的情景的时间顺序。一些科学家为之兴奋——也许，海马体的某些细胞可能和时间记忆有着密切联系。

“时间细胞”的秘密

为了找到海马体中有关时间记忆的细胞，一些科学家做了这样一个实验：将电极植入到老鼠的海马体中，记录神经元细胞放电行为。然后让老鼠在小型跑步机上跑步，这样可以使老鼠的位置和行为保持不变，科学家就可以专注于与时间相关的神经信号。每当老鼠跑15秒，科学家就给予它食物上的奖励。

他们发现，在多次实验后，老鼠的大脑学会了追踪奖励和下次奖励之间的15秒间隔。神经元细胞形成了一种特殊的放电模式——一些神经元细胞在1秒时发出信号，一些神经元细胞在2秒时发出信号……直到15秒过去。由于这些神经元细胞在不同的时间点发出信号，通过分析这些信号，老鼠就可以知道时间过去了1秒、2 秒还是15秒。

当科学家们将15秒延长到30秒，神经元细胞发射信号的时间点就发生了变化，它们产生了一种新的放电模式来填满新的时间间隔。比如，原来是以1秒为单位发射信号，现在是以2秒为单位。这就像给神经元细胞重新编程，让它们按照不同的时间刻度走一样。这项研究表明，我们可能也是依靠这种模式，意识到时间流逝了多少，就像司机们总是知道还有多长时间黄灯就变成绿灯一样。有时，他们甚至还能精准到零点几秒——这是因为神经元细胞编程为每0.1秒发射一次信号的放电模式。

而另一组科学家们发现，在300个海马体神经元细胞中，大约有100个神经元符合这种在不同时间点一个接一个地发射信号的模式。而且，当所处情景不同时，连续发射信号的神经元细胞群也不同。这预示着，海马体中有很多组对时间作出反应的细胞群，不同的细胞群让我们能记住不同情景发生的时间。

这些能够对时间作出反应的神经元细胞被形象地称为“时间细胞”，在海马体中大量存在。它们的作用是什么呢？

大脑的“神经时钟”

时钟是人类设计发明出的用于测量时间的装置。大脑没有像时钟的分钟或小时的标准单位，但它进化出了多种生物钟来感知时间，比如昼夜节律生物钟，它让我们适应因地球自转造成的24小时的昼夜变化，也让我们能够测量24小时的时长。那如果是一些更短的时间呢？比如10秒、20秒，这时，“时间细胞”就派上用场了。

“时间细胞”的行为很像计时的秒表，秒表是按下按钮后开始计时，而“时间细胞”是通过放电来计时的。它们比秒表更灵活，秒表只能按照1秒的时间刻度走，“时间细胞”则能根据两件事情之间的时间间隔（就像老鼠实验中的两次奖励之间的15秒和30秒），遵循不同的时间刻度。

“时间细胞”能很好地记录事件之间的空白时间，并利用连续放电来编码时间流逝了多少。电信号就像时钟的滴答声一样，记录着时间过去的每一秒。可以说，“时间细胞”是大脑的“神经时钟”。

“时间细胞”的出现让人们认识了大脑计时的运作方式。这种新的运作方式可能会打造出一种新的人工智能，能灵活掌握时间，更好地为人类服务。