Ragioni rivelate per il senso elastico del tempo del cervello
Il nostro senso del tempo può essere l'impalcatura per tutta la nostra esperienza e comportamento, ma è instabile e soggettivo, che si espande e si contrae come una fisarmonica. Emozioni, musica, eventi che ci circondano e cambiamenti nella nostra attenzione hanno tutti il potere di accelerare o rallentare il tempo. Quando vengono presentate immagini su uno schermo, percepiamo che i volti arrabbiati durano più a lungo di quelli neutri, i ragni durano più a lungo delle farfalle e il colore rosso dura più a lungo del blu. La pentola osservata non bolle mai e il tempo vola quando ci divertiamo.
Il mese scorso su Nature Neuroscience , un trio di ricercatori del Weizmann Institute of Science in Israele ha presentato alcune nuove importanti intuizioni su ciò che allunga e comprime la nostra esperienza del tempo. Hanno trovato prove di una connessione sospetta da tempo tra la percezione del tempo e il meccanismo che ci aiuta a imparare attraverso ricompense e punizioni. Hanno anche dimostrato che la percezione del tempo è legata alle aspettative costantemente aggiornate del nostro cervello su ciò che accadrà dopo.
"Tutti conoscono il detto che 'il tempo vola quando ci si diverte'", ha detto Sam Gershman , neuroscienziato cognitivo dell'Università di Harvard che non è stato coinvolto nello studio. "Ma l'intera storia potrebbe essere più sfumata: il tempo vola quando ti diverti più di quanto ti aspettassi."
È ora di imparare
"Tempo" non significa solo una cosa per il cervello. Diverse regioni del cervello si affidano a vari meccanismi neurali per tracciare il suo passaggio, ei meccanismi che governano la nostra esperienza sembrano cambiare da una situazione all'altra.
Ma decenni di ricerca suggeriscono che il neurotrasmettitore dopamina gioca un ruolo fondamentale nel modo in cui percepiamo il tempo. La dopamina ha una miriade di effetti su quanto tempo pensiamo sia trascorso in un dato periodo e questi effetti possono creare confusione. Alcuni studi hanno scoperto che l'aumento della dopamina accelera l'orologio interno di un animale, portandolo a sovrastimare il passare del tempo; altri hanno scoperto che la dopamina comprime gli eventi e li fa sembrare più fugaci ; altri ancora hanno scoperto entrambi gli effetti, a seconda del contesto.
L'associazione della dopamina con la percezione del tempo è intrigante, in parte perché il neurotrasmettitore è meglio conosciuto per la sua funzione nei processi di apprendimento della ricompensa e del rinforzo. Quando riceviamo una ricompensa inaspettata, ad esempio, in quello che è noto come errore di previsione, sperimentiamo un impeto della sostanza chimica, che ci insegna a continuare a perseguire quel comportamento in futuro.
È probabilmente più che una coincidenza che la dopamina sia così fondamentale sia per la percezione del tempo che per i processi di apprendimento. Farmaci come la metanfetamina e disturbi neurologici come il Parkinson alterano entrambi i processi e comportano anche cambiamenti nella dopamina. E l'apprendimento stesso – l'associazione di un comportamento con il suo risultato – richiede il collegamento di un evento con un altro nel tempo. "In realtà, al centro degli algoritmi di apprendimento per rinforzo sono le informazioni sul tempo", ha detto Joseph Paton , neuroscienziato presso la Fondazione Champalimaud in Portogallo. (Paton era un investigatore per la Simons Collaboration on the Global Brain, finanziata dalla Simons Foundation, che finanzia anche Quanta Magazine .)
Ma gli scienziati devono ancora districare come e dove l'apprendimento per rinforzo e la percezione del tempo sono integrati nel cervello. Invece, "i due campi sono tradizionalmente rimasti piuttosto separati", ha detto Martin Wiener , psicologo presso la George Mason University. "Nessuno si è chiesto: 'In che modo l'apprendimento per rinforzo influisce sui tempi, o viceversa, se entrambi usano lo stesso sistema di neurotrasmettitori?'"
Il potere dell'errore di previsione
Il nuovo documento Nature Neuroscience di Ido Toren, Kristoffer Aberg e Rony Paz esamina questa domanda più da vicino. I partecipanti allo studio hanno visto due numeri lampeggiare su uno schermo, di solito uno zero seguito da un altro zero. Il secondo numero è stato mostrato per un periodo di tempo variabile ei partecipanti dovevano segnalare quale numero durava più a lungo. Ma a volte, in modo casuale, veniva presentato un numero intero positivo o negativo al posto del secondo zero: se era positivo, i partecipanti venivano ricompensati con denaro, ma se era negativo, il denaro veniva portato via come penalità.
Per i partecipanti, le conseguenze si sono allineate con i cambiamenti nella durata percepita del secondo stimolo. Quando accadeva qualcosa di inaspettato ma positivo – un "errore di previsione positivo", come lo chiamavano i ricercatori – lo stimolo sembrava durare più a lungo. Le sgradite sorprese di errori di previsione negativi facevano sembrare quelle esperienze più brevi. "Fondamentalmente ci dice che la nostra percezione del tempo sarà sistematicamente influenzata da quanto siamo sorpresi dei risultati", ha detto Matthew Matell , uno psicologo dell'Università di Villanova che non è stato coinvolto nello studio.
Il team ha dimostrato che questo modello si è mantenuto quantitativamente, con maggiori errori di previsione correlati a maggiori distorsioni del tempo percepito. Un modello di apprendimento per rinforzo che hanno costruito è stato in grado di prevedere le prestazioni di ciascun soggetto nel compito. Le scansioni cerebrali dei partecipanti allo studio hanno monitorato questo effetto in una regione chiamata putamen, che è coinvolta nell'apprendimento motorio e in altre funzioni.
Sebbene siano necessari ulteriori esperimenti per definire il meccanismo preciso a portata di mano (e il ruolo della dopamina), lo studio ha implicazioni sia per i modelli di apprendimento che per la percezione del tempo. Il cane bavoso di Pavlov apprese che una campana significava cibo e che il cibo avrebbe avuto un certo sapore, ma anche che il cibo era imminente. Eppure quella componente temporale è stata solitamente relegata alla periferia dei modelli di apprendimento per rinforzo. La tempistica oggettiva di una ricompensa è stata spesso incorporata come variabile, ma gli aspetti soggettivi della percezione del tempo che il nuovo lavoro sottolinea non lo sono stati.
Un ruolo per l'affaticamento neurale
Potrebbe essere il momento di iniziare a includere parte di quella soggettività. Se gli esseri umani allungano o contraggono la loro esperienza del tempo in risposta ai segnali, ciò potrebbe anche alterare la loro percezione di quanto siano vicine o lontane determinate azioni e risultati, il che potrebbe a sua volta influenzare la velocità con cui queste associazioni vengono apprese. Gli effetti temporali relativi agli errori di previsione forniscono anche "una caratteristica in più che i modelli di apprendimento per rinforzo devono soddisfare se vogliono essere una rappresentazione accurata di ciò che sta accadendo", ha detto Bowen Fung , un ex ricercatore post-dottorato presso il California Institute of Technology che ora lavora in un'organizzazione chiamata Behavioral Insights Team in Australia.
"Sfida i futuri modellisti, o le persone che stanno cercando di sviluppare una comprensione del cervello, a prendere in considerazione il modo in cui questi due sistemi si interfacciano", ha detto Matell. Gershman e il suo dottorando John Mikhael hanno sviluppato un modello di apprendimento che incorpora queste idee, in cui le previsioni mentali vengono migliorate regolando in modo adattivo il flusso del tempo nel cervello.
Ma gli errori di previsione non sono gli unici fattori che modellano la nostra percezione del tempo. Prendete uno studio pubblicato la scorsa settimana sul Journal of Neuroscience : i partecipanti che sono stati ripetutamente esposti a un breve stimolo tendevano a sovrastimare la durata di intervalli di tempo leggermente più lunghi. Secondo i ricercatori, ciò è probabilmente dovuto al fatto che i neuroni che rispondono a durate più brevi si sono affaticati, dando ai neuroni sintonizzati su durate più lunghe una maggiore influenza sul modo in cui sono stati percepiti gli stimoli successivi. (Allo stesso modo, dopo essere stati ripetutamente esposti a uno stimolo lungo, i soggetti del test hanno sottostimato la durata di intervalli leggermente più brevi.)
"Modificando il contesto della presentazione dello stimolo, possiamo effettivamente manipolare il modo in cui i partecipanti percepiscono quelle durate", ha detto Masamichi Hayashi , neuroscienziato cognitivo presso l'Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e della comunicazione in Giappone, che ha condotto il lavoro con Richard Ivry dell'Università della California, Berkeley. Le scansioni dell'attività cerebrale hanno suggerito che un'area nel lobo parietale destro è responsabile di questa esperienza soggettiva del tempo.
Hayashi e Ivry si sono concentrati su una regione e un meccanismo del cervello completamente diversi rispetto agli scienziati di Weizmann, eppure entrambi gli studi hanno osservato un effetto bidirezionale simile sulla percezione del tempo. Da un lato, questo dimostra quanto siano distribuiti e diversi i processi di misurazione del tempo nel cervello. Ma il lobo parietale destro ha connessioni funzionali e anatomiche al putamen, ha detto Hayashi, quindi forse le interazioni dei due producono una percezione più coesa del tempo. Qualunque siano le regole e i calcoli generali che rendano possibili queste interazioni (e altre) può essere alla base della nostra esperienza del tempo, ma fino a quando non vengono individuati, gli scienziati possono solo guardare l'orologio – o gli orologi – in anticipo.
Questa è la traduzione automatica di un articolo pubblicato su Quanta Magazine all’URL https://www.quantamagazine.org/reasons-revealed-for-the-brains-elastic-sense-of-time-20200924/ in data Thu, 24 Sep 2020 14:50:37 +0000.