睡眠-觉醒神经回路连续活动假说：时间扭曲的共同通路及其可检验性

《Consciousness and Cognition》：The sleep-wake circuit plays a role in temporal distortions

　　

通常，个体对短至秒到分钟的时间间隔时长能给出相当准确的主观估计。然而，在某些情况下，如高热、突发恐惧和老年，时间扭曲（temporal distortions）可以发生，使有意识的个体所体验的主观时间流逝与实际测得时间显著不同。与这些时间扭曲以及一般时间知觉相关的行为，与大脑中存在用于估计短时间间隔流逝的神经时钟回路（neural clock circuit）相一致，但迄今实验研究在证明这种神经回路方面通常有限。在此，研究人员提出，在关于大脑电磁本质的两个基本假设下，出乎意料地，众所周知的睡眠-觉醒神经回路（sleep-wake neural circuit）的作用最终导致许多已知时间扭曲。研究人员综述这一概念，包括理论上存在一个虚值起搏器信号（imaginary-valued pacemaker signal）随大脑沿时间移动。研究人员描述该睡眠-觉醒回路假说的细节、其赖以成立的两个主要现有理论思想、其与当前提出的时间扭曲具体机制的一致性，以及睡眠-觉醒回路如何作为这些具体机制的最终共同通路（final common route）。重要的是，研究人员还表明，睡眠-觉醒回路假说易于检验——可使用现有实验方法加以证伪。

James A. Reggia 与 Arya Teymourlouei 的论文讨论主观时间（subjective time，个体内在体验的时间流逝）与客观时间（objective time，外部时钟测量的公共时间）的分离，并提出睡眠-觉醒神经回路（sleep-wake neural circuit，调控觉醒与睡眠转换的神经回路）连续活动假说。背景上，个体通常能较准确估计秒至分钟短时距，但高热、突发恐惧、老年等可出现时间扭曲（temporal distortions，主观时间流逝与实测时间显著不符）；与时间知觉相关的行为提示脑内存在神经时钟回路（neural clock circuit，估计短时距的假想神经回路），但实验证据有限，具体回路未明。近期神经影像元分析提示补充运动区（supplementary motor area, SMA）和岛叶皮层（insular cortex）参与短时距估计。作者要回答的核心问题是：何种机制或回路产生时间扭曲，并能否用现有方法检验。其结论是：在脑电磁场参与意识与时间知觉、且电磁场为复数值的两个假设下，睡眠-觉醒回路可从离散开关推广为连续活动，并作为多种时间扭曲的最终共同通路（final common route，多种具体机制汇聚的共同环节）；该假说可证伪。意义在于以单一参数和共同通路整合体温、年龄、多巴胺等具体机制，并提出实验预测。

关键技术方法：本文为理论或假说性综述，无人类或动物受试者，无样本队列来源。方法上，作者以两个假设为框架：脑电磁场与意识及时间知觉相关，以及电磁场为复数值的时间场理论（temporal field theory，认为电磁场含虚值时间分量的理论）；用单一参数 u_s=dt_s/dt 表征主观时间速度；将起搏器-累加器模型（pacemaker-accumulator model，由起搏器产生时间信号、累加器评估其持续时间的模型）与睡眠-觉醒回路结合；提出可证伪预测P1/P2，并建议用现有睡眠-觉醒研究手段（非人动物光遗传学或化学遗传学、脑电图（electroencephalography, EEG）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）和正电子发射断层成像（positron emission tomography, PET））检验。

研究结果：1 主观时间及其时间扭曲：通过文献综述，区分主观时间与客观时间，指出发热、低体温、恐惧、老年、药物等可致u_s>1或u_s<1，并强调短时距神经回路未明。2 用单一测度表征时间扭曲：提出u_s=dt_s/dt，定义u_s=1为正常觉醒、u_s=0为完全无意识、u_s>1内钟加速、0s<1内钟减慢；该测度将时间知觉视为统一过程。3 潜在假设：两个假设为脑电磁场对意识及时间知觉核心，以及时间场理论认为电磁场复数值、含虚值时间分量和时间波前，该波前以固定速度随脑沿时间移动，可作为固定速度起搏器。4 睡眠-觉醒神经回路解释时间扭曲体验：4.1 意识时间知觉的起搏器-累加器模型：综述模型，认为SMA和岛叶涉及短时估计，虚值时间波前作为起搏器，材料神经元或突触作为累加器。4.2 大脑睡眠-觉醒回路：综述睡眠-觉醒回路由上升唤醒系统（ascending arousal system，脑干促进觉醒的神经网络）和睡眠促进神经元（sleep-promoting neurons，促进睡眠的神经元群）相互抑制，常视为flip-flop开关，离散改变u_s。4.3 将睡眠-觉醒回路推广至连续活动：提出睡眠-觉醒回路连续活动，四阶段u_s≈0、0s<1、u_s≈1、u_s>1；将发热、低体温、多巴胺等具体机制作为最终共同通路。4.4 睡眠-觉醒回路所预测时间扭曲影响的实验检验：提出P1/P2，即可用非人动物光遗传或化学遗传和EEG/fMRI/PET等检验，并可证伪。5 讨论：总结睡眠-觉醒回路假说未提出新回路，而是将已有离散开关推广为连续功能，作为最终共同通路；与体温、年龄、多巴胺具体假说一致；局限是理论性、未直接识别累加器回路、未充分处理情绪、注意、记忆、隔离、疼痛及创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder, PTSD）和COVID-19中的时间扭曲等。研究结论翻译：总之，时间知觉的物理基础在许多基本方面仍不确定。未来研究的关键方向是通过第4.4节给出的方法，在经历时间扭曲的人群中实验验证或证伪所预测的睡眠-觉醒回路变化。如果这些回路变化得到支持，那么正如包括诺贝尔奖获得者在内的若干物理学家所提示，现有物理学理论最终可能被证明是不完整的。因此，电磁学的复值麦克斯韦方程组（complex-valued Maxwell's equations）可能最终在解释时间知觉和一般意识方面发挥重要作用。