Mọi người đều biết những người dường như vấp ngã trong cuộc sống mà không có cảm giác về thời gian – họ dành hàng giờ trên một e-mail “nhanh” hoặc mong đợi một giờ lái xe mất 20 phút. Những người này luôn đến muộn. Nhưng ngay cả đối với họ, những sai sót nhỏ như vậy về thời gian thực sự là ngoại lệ. Chúng tôi nhận thấy những sai sót này chính xác bởi vì chúng khác thường.

Con người, giống như các động vật khác, khá giỏi trong việc theo dõi thời gian trôi qua. Tài năng này không chỉ giúp các cuộc họp văn phòng diễn ra suôn sẻ. Hầu hết mọi thứ cơ thể và bộ não của chúng ta làm đều đòi hỏi đồng hồ chính xác – xuống đến mili giây. Nếu không có ý thức nhạy bén về thời gian, mọi người sẽ bị giảm xuống thành những mớ hỗn độn vô cảm, không thể di chuyển, nói chuyện, ghi nhớ hoặc học hỏi.

Tuy nhiên, đối với một cái gì đó tạo thành nền tảng của gần như tất cả mọi thứ chúng ta làm, nhận thức thời gian là vô cùng khó khăn để nghiên cứu. “Đó là một vũng lầy”, nhà thần kinh học nhận thức Peter Tse của Đại học Dartmouth nói.

Vấn đề là gai góc vì có hàng ngàn câu trả lời phức tạp có thể xảy ra, tất cả phụ thuộc vào chính xác những gì các nhà khoa học đang hỏi. Các câu hỏi của họ đã bắt đầu tiết lộ một tập hợp phức tạp đáng kinh ngạc của các máy chấm công thần kinh có ảnh hưởng lẫn nhau.

Những phát hiện mới gợi ý rằng bộ não có quân đoàn các loại đồng hồ, tất cả đều tích tắc ở các tốc độ khác nhau. Một số phần của não xử lý mili giây và những phần khác theo dõi hàng thập kỷ. Một số bộ hẹn giờ thần kinh xử lý các chuyển động cơ thể; Những người khác theo dõi thông tin truyền vào từ các giác quan. Một số bộ phận não đưa ra dự đoán thời gian cho tương lai, trong khi thời gian của ký ức được xử lý ở nơi khác.

Sự đa dạng này đã khiến một số nhà khoa học tập trung vào việc tìm ra cách bộ não kết hợp các kết quả từ nhiều đồng hồ của nó để phản ánh chính xác thế giới bên ngoài. Một sự hiểu biết sâu sắc hơn về cách máy chấm công của bộ não hoạt động cũng có thể làm sáng tỏ một điều sâu sắc hơn nhiều: cách bộ não xây dựng thực tế của chính nó. Bộ não đôi khi vặn vẹo, mở rộng hoặc cong vênh thời gian, một số nghiên cứu cho thấy. Phiếu thời gian tinh tế có liên quan đến cảm xúc, sự chú ý, ma túy và các rối loạn như tâm thần phân liệt. Những điều chỉnh đó gợi ý về cách bộ não thường đếm giây và mili giây.

Trước sự thất vọng của những người tìm kiếm các giải pháp đơn giản, không có chiếc đồng hồ nhỏ nào được giấu bên dưới hộp sọ đánh dấu những giây trôi qua, Tse nói. Và việc chấm công của não không phải lúc nào cũng đáng tin cậy như tiếng gõ ổn định của máy đếm nhịp. Thay vào đó, thời gian đôi khi có thể được trải nghiệm như những thời gian tạm lắng kéo dài theo sau là những vụ nổ xối xả.

Hầu hết mọi người đã trực tiếp trải nghiệm hiện tượng này. Trải nghiệm có chỉ số octan cao có thể làm chậm nhận thức về thời gian, khiến thế giới chuyển động chậm. Một chiếc xe mất kiểm soát lao về phía dải phân cách hoặc một người nhảy dù lao xuống đất có thể khiến thời gian rõ ràng kéo dài, khiến sự kiện có vẻ dài hơn thực tế.

Thời gian có thể được kéo dài ngay cả khi không mạo hiểm tính mạng và tay chân. Chỉ sau 10 phút thiền, mọi người dường như cảm nhận thời gian kéo dài hơn so với khách quan, các nhà khoa học báo cáo vào năm 2013. Cảm xúc cũng có thể kéo dài hoặc co lại thời gian. Ví dụ, nhìn vào những khuôn mặt giận dữ hoặc những con nhện đáng sợ khiến mọi người nghĩ rằng thời gian chậm lại. Để làm rối tung vấn đề hơn nữa, chỉ cần biết rằng mối liên hệ giữa cảm xúc và nhận thức thời gian tồn tại có thể làm suy yếu mối liên hệ, các nhà khoa học Pháp báo cáo ngày 15 tháng Tư trong Ý thức và Nhận thức.

Ngay cả một cái gì đó đơn giản như nhiệt độ có thể thay đổi nhận thức về thời gian. Đi bộ trên máy chạy bộ trong phòng nóng trong một giờ dường như làm cho thời gian tăng tốc cho nam giới trong một nghiên cứu. Sau một giờ, những người tham gia nhấp chuột máy tính sau 2,6 giây khi họ phải nhấp vào nó trong khoảng thời gian ba giây, một hiệu ứng không có khi chúng được giữ mát thoải mái. Sau khi thích nghi với cái nóng trong khoảng thời gian 10 ngày, những người đàn ông không còn đánh giá sai thời gian, các nhà khoa học báo cáo trên Tạp chí Tâm sinh lý học Quốc tế tháng Ba. Kết quả phù hợp với dữ liệu cũ cho thấy sốt có thể làm sai lệch nhận thức về thời gian.

Nấm gây ảo giác và các loại thuốc như cocaine và LSD làm lệch cảm giác về thời gian của não, cũng như một số rối loạn nhất định. Trẻ em bị rối loạn tăng động giảm chú ý gặp khó khăn trong việc phân biệt hai khoảng thời gian. Bệnh Parkinson có thể khiến mọi người gặp vấn đề trong thời gian vài giây và dưới giây. Và ngay cả trước khi các triệu chứng xuất hiện, những người mắc bệnh Huntington vẫn thiếu hụt trong việc ước tính thời gian trôi qua.

Chấn thương não cũng có thể làm cong cảm giác về thời gian của một người, mặc dù những tác động như vậy hầu như luôn luôn tinh tế – quá tinh tế để bệnh nhân thậm chí nhận thấy, nhà thần kinh học nhận thức Federica Piras của Quỹ IRCCS Santa Lucia ở Ý cho biết.

Thực tế là rất nhiều bệnh tật, chấn thương, thuốc men và thậm chí cả trạng thái cơ thể khác nhau có thể ảnh hưởng đến nhận thức thời gian là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy việc chấm công trong não không phải là một thực thể nguyên khối. Thay vào đó, mọi người dựa vào một bộ sưu tập đồng hồ đa dạng, mỗi chiếc có một mô tả công việc khác nhau.

Tế bào thần kinh giữ nhịp

Hầu hết, nếu không phải tất cả, bộ não có thể có khả năng cảm nhận và phản ứng với thời gian theo một cách nào đó, nhiều nhà nghiên cứu nghĩ. Thời gian được nướng vào hầu hết mọi thứ bộ não làm. Ngay cả trong một món ăn, các tế bào thần kinh, hoặc tế bào thần kinh, có thể phát hiện và phản ứng với thông tin thời gian, các nhà khoa học báo cáo vào tháng Ba trên Tạp chí Khoa học Thần kinh.

Thời gian não

Một số máy chấm công của não được liệt kê dưới đây. Các nghiên cứu cho thấy một số vùng não xử lý các khía cạnh của thời gian rõ ràng – khi một người được yêu cầu ước tính một khoảng thời gian nhất định (trái). Các lĩnh vực khác (phải, có một số chồng chéo) có liên quan đến thời gian ngầm – đưa ra dự đoán thời gian cho thời lượng của các sự kiện mà không được yêu cầu trực tiếp làm như vậy.

Các tế bào thần kinh được lấy ra từ vỏ não chuột, lớp ngoài của não, sẽ phản ứng theo những cách phức tạp với nhịp độ của âm nhạc, nhà thần kinh học Antonius VanDongen của Trường Y khoa Duke-NUS Singapore và các đồng nghiệp đã tìm thấy. Sau khi thiết kế di truyền một mạng lưới các tế bào thần kinh để phản ứng với ánh sáng xanh, nhóm nghiên cứu đã lấy lại tinh thần cho các tế bào bằng “âm nhạc” – các mẫu ánh sáng được tính thời gian cẩn thận dựa trên nhịp điệu và nốt nhạc của các bài hát. Khi “nghe” các bài hát, các phản ứng điện của các tế bào thường có thể xác định xem nhạc ragtime hay nhạc cổ điển đang phát tại bất kỳ thời điểm nào. Và các tế bào trở nên tốt hơn khi giây trôi qua, gợi ý rằng chúng có thể giữ bộ nhớ về thông tin nhịp độ trong khoảng sáu giây.

Những kết quả đó cho thấy xử lý thời gian là nền tảng trong não, VanDongen nói. “Đây là một điều rất cơ bản,” ông nói. Một nhóm nhỏ tế bào thần kinh là khối xây dựng có thể cho phép xử lý thời gian phức tạp hơn.

Tất nhiên, các tế bào thần kinh thường không sống trong các đĩa thí nghiệm. Các tế bào được đặt trong các mạng lưới phức tạp và đa dạng trong não. Các nghiên cứu từ quét não người cũng đã tiết lộ manh mối về cách não xử lý các khía cạnh khác nhau của thời gian, cho thấy vai trò của vỏ não, hạch nền và tiểu não. Hoạt động trong insula (một phần của vỏ não) thay đổi khi mọi người được yêu cầu ước tính thời gian bằng cách nhấp vào một nút ở cuối khoảng thời gian, ví dụ. Và một nghiên cứu gần đây về những người nghe các đoạn trích của lời nói nước ngoài đã tìm thấy một vùng não, sulcus thái dương vượt trội, phản ứng với các phần ngày càng dài hơn của lời nói.

Kết hợp với nhau

Bằng cách xáo trộn và cẩn thận ghép các đoạn lời nói nước ngoài lại với nhau (ví dụ ở trên bằng tiếng Anh; âm thanh bên dưới, được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu, bằng tiếng Đức) trong một tấm chăn âm thanh, các nhà khoa học phát hiện ra rằng một vùng não được gọi là sulcus thái dương cao cấp phản ứng mạnh hơn với các đoạn âm thanh dài hơn. Độ dài mảnh vỡ rất nhỏ, có chiều dài từ 30 đến 960 mili giây.

Chơi

Một tấm chăn âm thanh làm từ các đoạn lời nói tiếng Đức 30 mili giây

Chơi

Một tấm chăn âm thanh làm từ các đoạn lời nói tiếng Đức 960 mili giây

Nhà thần kinh học Tobias Overath của Đại học Duke và các đồng nghiệp đã thiết kế “mền âm thanh”, chuỗi bài phát biểu dài được tạo ra bằng cách ghép các đoạn ngắn hơn lại với nhau từ 30 đến 960 mili giây. Các sulcus thái dương cao cấp trở nên hoạt động mạnh hơn khi các khối chăn âm thanh phát triển dài hơn, quét não cho thấy. Những phát hiện này là một ví dụ điển hình về cách bộ não sử dụng thông tin thời gian chính xác khi nó hợp nhất các âm thanh khác nhau thành các từ có ý nghĩa. Kết quả “không công khai về thời gian, hoặc thời gian như vậy”, Overath nói. “Nhưng đó là bằng chứng rất thuyết phục về cách thời gian thực sự đóng một vai trò trong một thứ quan trọng và cơ bản đối với con người chúng ta như lời nói.”

Không rõ các tế bào thần kinh riêng lẻ trong sulcus thái dương cao cấp đang làm gì để theo dõi âm thanh kéo dài, Overath nói. Các phương pháp quét não, như fMRI được sử dụng trong nghiên cứu Duke, không có độ phân giải cần thiết để phát hiện hành vi của các tế bào thần kinh đơn lẻ. Nhưng các nghiên cứu trên động vật có thể cung cấp manh mối về cách một số tế bào thần kinh giữ thời gian.

Một nghiên cứu gần đây trên chuột đưa ra một lời giải thích rõ ràng về cách một số tế bào đánh dấu giây. Chuột được huấn luyện để nhấn một đòn bẩy cho một ngụm nước. Nhưng nước sẽ chỉ xuất hiện sau một khoảng thời gian nhất định. Những con chuột nhanh chóng học cách không lãng phí năng lượng của chúng để đẩy cần gạt khi còn quá sớm, một hành vi tiết lộ khả năng thời gian của chúng.

Trong khi những con chuột đang xác định thời điểm xuất hiện của nước, nhà khoa học thần kinh Gustavo Mello của Trung tâm Champalimaud cho những điều chưa biết ở Lisbon, Bồ Đào Nha và các đồng nghiệp đã nghe lén các điện cực trên tế bào thần kinh trong vân của chuột, một vùng não được cho là quan trọng đối với nhận thức thời gian. Chắc chắn, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các tế bào bắn ra tín hiệu điện theo trình tự kéo dài toàn bộ thời gian chờ đợi, nhóm nghiên cứu đã báo cáo vào tháng Năm trên tạp chí Current Biology. Những tế bào này đang theo dõi những giây trôi qua.

Tế bào thần kinh dải cao su

Các tế bào thần kinh chuột (bốn đại diện bên dưới) trong một vùng não được gọi là thời gian đánh dấu vân bằng cách bắn ra các thông điệp theo một chuỗi (trên cùng). Hoạt động của họ kéo dài (dưới cùng) để lấp đầy một khoảng thời gian rộng hơn vì họ cần đếm nhiều thời gian hơn, nhưng thứ tự bắn của họ vẫn giữ nguyên.

Hơn nữa, nhiều tế bào đã thay đổi hành vi của chúng để ở đúng vị trí trong trình tự của chúng ngay cả khi các khoảng thời gian kéo dài: Một tế bào luôn bắn vào giữa chuỗi 12 giây sẽ thay đổi hành vi của nó khi thời gian chờ đợi tăng lên, ví dụ như bắn khoảng 18 giây của chuỗi 36 giây.

Mello so sánh các tế bào này với các dải cao su có thể mở rộng và co lại để lấp đầy thời gian cần thiết. “Bạn có thể kéo căng nó và nén nó,” ông nói. Kết quả cho thấy “các tế bào thần kinh đang mã hóa thời gian tương đối”, không phải thời gian tuyệt đối, các nhà thần kinh học UCLA Helen Motanis và Dean Buonomano đã viết trong một bài xã luận của Current Biology.

Kết quả rất thú vị, nhưng Mello cảnh báo rằng ví dụ này có thể không khái quát cho các máy chấm công khác. “Chúng ta nên rất cẩn thận khi đưa ra bất kỳ tuyên bố nào về cách bộ não mã hóa hoặc giải mã thời gian”, ông nói. “Mã hóa trong điều kiện nào? Trong phạm vi nào?”

Rách vải

Một số đồng hồ của não được biết là giữ thời gian ở các quy mô khác nhau. Ví dụ, hệ thống xử lý âm thanh trong não chính xác hơn nhiều khi xác định thời gian tín hiệu đến so với hệ thống thị giác, Overath nói. Sự khác biệt giữa các giác quan là lý do tại sao đĩa CD thường bao gồm hơn 44.000 phân đoạn nhạc mỗi giây, một con số được gọi là tốc độ lấy mẫu; Video thường chỉ chứa 24 hình ảnh mỗi giây. Tuy nhiên, bộ não vẫn có thể kết hợp những tốc độ thông tin rất khác nhau đó thành một trải nghiệm có ý nghĩa, hầu hết thời gian.

Ngay cả trong cùng một hệ thống, não phải chủ động quản lý các tín hiệu thời gian. Hãy tưởng tượng nhận được những cái chạm đồng thời trên ngón chân và trên mũi, Tse nói. Ngón chân chạm lâu hơn hàng chục mili giây để di chuyển lên chân và cơ thể để đến não so với chạm mũi, nhưng bạn sẽ cảm nhận được hai lần chạm đồng thời. Bộ não của bạn bằng cách nào đó biết hợp nhất hai tín hiệu đó thành một sự kiện duy nhất trong thời gian, mặc dù chúng đến não riêng biệt.

Loại hợp nhất tương tự xảy ra khi xem TV. Mặc dù âm thanh từ loa không đồng bộ chính xác với tín hiệu từ màn hình, nhưng chúng tôi không nhận thấy vấn đề. Con người có thể chịu đựng được khoảng một phần năm giây sai lệch giữa thị giác và âm thanh trước khi một bản lồng tiếng xấu trở nên rõ ràng.

Họ đã có nhịp

Trong một món ăn, các tế bào thần kinh chuột được thiết kế để phản ứng với ánh sáng có thể cho biết chúng đang nghe nhạc cổ điển hay ragtime, một phần là do các tín hiệu thời gian khác nhau. Các nhà khoa học đã chuyển đổi một Schubert ngẫu hứng (trên) thành các mẫu xung ánh sáng hẹn giờ khác nhau (giữa). Khi các tế bào “lắng nghe”, hoạt động của chúng có thể phát hiện ra rằng nhạc cổ điển đang chơi trái ngược với ragtime.

Bộ não có thể đan các tín hiệu khác nhau theo thời gian với nhau thành những trải nghiệm thống nhất trong cái mà Tse gọi là quá trình đệm. Một số loại bộ đệm não thu thập dữ liệu đến trong khoảng một phần tư giây và ghép nó lại với nhau thành các sự kiện rời rạc mà chúng ta nhận ra là “bây giờ”.

Nghiên cứu mới cho thấy quá trình này trở nên tồi tệ ở những người bị tâm thần phân liệt, những người thường báo cáo thời gian như một mớ hỗn độn. “Nó thực sự khá hấp dẫn”, nhà thần kinh học Virginie van Wassenhove của INSERM ở Pháp nói. Những người bị tâm thần phân liệt “mô tả thế giới của họ như một bộ phim được phân đoạn và họ phải xây dựng lại ý nghĩa của bộ phim đó, bởi vì thời gian không liên tục đối với họ.”

Khi được yêu cầu đưa ra phán đoán thời gian có ý thức, những người bị tâm thần phân liệt hợp nhất các điểm tham quan và âm thanh trong một khoảng thời gian dài hơn những người không bị rối loạn, theo nghiên cứu của van Wassenhove và các đồng nghiệp của cô. Những người khỏe mạnh có ý thức kết hợp các điểm tham quan và âm thanh trên cửa sổ 200 mili giây. Đối với những người bị tâm thần phân liệt, cửa sổ đó mở trong khoảng 300 hoặc 400 mili giây.

“Theo một cách nào đó, một khoảnh khắc có ý thức dài hơn đối với họ,” van Wassenhove nói. Điều này lâu hơn bình thường “bây giờ” chỉ áp dụng cho các nhiệm vụ thời gian khi các tình nguyện viên của nghiên cứu được yêu cầu rõ ràng để theo dõi thời gian, các nhà nghiên cứu nhận thấy. Khi không được yêu cầu chú ý rõ ràng đến một nhiệm vụ thời gian, các tình nguyện viên khỏe mạnh nhận thấy sự khác biệt về thời gian cũng thường xuyên như những người không bị tâm thần phân liệt. Ví dụ, một bộ phim lồng tiếng xấu sẽ gây khó chịu cho cả hai nhóm.

Những kết quả khó hiểu đó gợi ý về một số khác biệt sâu sắc trong cách những người bị tâm thần phân liệt có thể xử lý thời gian, van Wassenhove nói. Có lẽ các hệ thống thần kinh khác nhau chịu trách nhiệm theo dõi thời gian một cách có ý thức và vô thức, và những hệ thống đó bị ảnh hưởng khác nhau bởi rối loạn.

Cho đến nay, các nhà khoa học đang đấu tranh để hiểu được những loại gợi ý này. Nhưng các thí nghiệm đang trở nên tinh vi hơn khi các nhà khoa học cố gắng bắt chước các kịch bản trong thế giới thực. “Trong thế giới thực, chúng ta không có tầm nhìn đường hầm”, Warren Meck của Duke nói. “Chúng tôi không định thời chỉ một việc tại một thời điểm và bỏ qua những thứ khác.” Ông và các đồng nghiệp đang nghiên cứu cách bộ não theo dõi nhiều sự kiện đồng thời. Và các kỹ thuật mới để điều khiển các tế bào thần kinh sẽ cho phép các nhà nghiên cứu xem liệu chúng có thể bắt chước nhận thức thời gian trong não hay không.

Các nhà nghiên cứu khác đang khám phá các khái niệm như nhịp điệu âm nhạc, sắp xếp các sự kiện trong thời gian và du hành thời gian tinh thần, trong đó mọi người tưởng tượng quá khứ và tương lai. “Tất cả những khía cạnh này là những cách khả thi để tiếp cận khái niệm lớn về thời gian”, van Wassenhove nói. Các nhà khoa học hy vọng rằng những loại thí nghiệm này cuối cùng sẽ tiết lộ cách bộ não tạo ra và giữ thời gian của riêng mình.

Câu chuyện này xuất hiện trong số ra ngày 25 tháng 7 năm 2015 với tiêu đề, “Đồng hồ: Bộ não có một đám đông các máy chấm công kết hợp với nhau một thực tế mạch lạc.”