A037 PLOS Biology | 寻找大脑的“计时器”：神经元群体如何表征离散、分类与主观的时间？
来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜ 发布：2026-04-08 ｜ 原文链接
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基本信息
Title: Neuronal populations across the cortex underlie discrete, categorical, and subjective representations of visual durations
发表时间: 2026-03-26
发表期刊: PLOS Biology
影响因子: 7.2
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研究背景
时间是我们日常体验中无处不在的维度。为了与环境顺畅互动，大脑必须精确追踪和预测几百毫秒内发生的事件。过去几十年的神经影像学研究已经证实，大脑中存在一个广泛的“计时网络”（timing network），并且在动物电生理和人类功能磁共振成像（fMRI）研究中，都发现了对特定时长表现出偏好的“时间调谐”神经元群体。
然而，这个广泛的计时网络究竟是如何协同工作的？目前仍存在关键的认知断点。我们尚不清楚这些对时间敏感的神经元群体在皮层层级中是如何演变的；它们仅仅是在不同脑区进行冗余的重复计算，还是各自承担着不同的功能角色？更重要的是，这些神经元的活动如何最终转化为我们主观的“时间长短”感知？
为了回答这些问题，研究者利用超高场（7T）fMRI技术，让受试者完成一项视觉时长分类任务（将0.2至0.8秒的视觉刺激与0.5秒的内在标准进行比较）。结合群体感受野（pRF）建模方法，研究者以前所未有的解剖学精度，系统描绘了时间调谐特性在人类大脑皮层层级中的变化轨迹，试图还原视觉时间信息从客观输入到主观感知的全过程。
研究核心总结
研究表明，大脑并非用单一的方式处理时间，而是沿着皮层层级将时间加工拆解为三个截然不同的功能阶段。不同脑区的神经元群体展现出了特定的时间偏好范围和空间组织模式。
一、 枕叶视皮层：偏好长时长，负责时间信息的“单调编码”
研究者首先观察了腹侧和外侧视觉流（VV和LV）。结果发现，这些早期和高级视觉区域的神经元群体主要表现出对“长时长”（0.68-0.8秒）的偏好。
这种对长时长的偏好，实际上反映了神经元对刺激时长的“单调递增”响应。换言之，视觉刺激持续的时间越长，这些区域的神经反应积累就越多。这表明，枕叶视皮层构成了时间信息处理的第一站，它们通过类似“证据积累”的机制，从输入的视觉事件中提取并编码客观的时间信息。
Fig 1. 实验任务设计与pRF模型：受试者需将不同视觉时长与内在标准进行比较，研究者借此提取全脑的时间调谐偏好。
Fig 2. 多个感兴趣区的时间偏好地形图，直观展示了不同皮层区域对特定时长的空间聚集特征。
二、 顶叶与运动前区：覆盖全时长范围，负责时间信息的“离散读取”
当信息传递到顶内沟（IPS）、下顶叶（IP）、外侧运动前区以及辅助运动区（SMA）的尾侧部分时，神经元的时间偏好发生了显著变化。这些区域不再仅仅偏好长时长，而是表现出对实验中呈现的“所有时长”的广泛偏好，并且这些偏好在皮层表面形成了高度聚集的地形图结构。
这种覆盖全范围的离散调谐模式表明，顶叶和运动前区负责“读取”早期视觉区传递来的时间信息。其中，顶叶可能充当一个中继站，将时间信息与其他感觉信息（如空间位置、数量）进行整合；而运动前区和尾侧SMA则更倾向于将这些时间信息转化为具体的任务执行和动作准备。
Fig 3. 群体水平的时间偏好分布表明，视觉区偏好较长时长，而运动与额叶区则呈现不同的分布偏移。
Fig 4. 脑区对不同时长类别的偏好比例，揭示了从视觉区的“长时长”向额叶区的“中等时长”过渡的层级变化。
三、 额叶与前脑岛：偏好均值时长，表征主观的时间“分类边界”
在皮层层级的更高阶区域——下额叶皮层（IF）、前脑岛（AI）以及吻侧SMA，研究者发现了第三种截然不同的调谐模式。这里的神经元群体高度偏好实验时长范围的“中间值”（0.44-0.56秒），即受试者用来进行长短分类的边界时长。
更关键的是，研究者将这些脑区的时间偏好与受试者的行为学指标——主观相等点（PSE，即受试者主观上认为“不长不短”的决策边界）进行了相关性分析。结果证实，在吻侧SMA（a32pr）和前脑岛（AVI, FOP5）等特定区域，神经元的时间偏好与个体的PSE呈显著正相关。这意味着，这些高阶脑区并不关心客观的物理时间，而是编码了用于指导行为的主观决策标准。
Fig 5. 空间自相关指标分布，反映了时间偏好在顶叶和额叶具有更强的局部空间聚集性。
Fig 7. 行为学主观相等点（PSE）与脑区时间偏好的相关性，证实了前脑岛等区域的神经活动直接反映了主观的时间分类边界。
四、 跨脑区长程相关性：揭示时间加工的“三步走”层级网络
为了验证上述脑区是否真的协同工作，研究者计算了各脑区时间偏好的长程相关性，并进行了聚类分析。结果清晰地划分出三个功能模块：
- 枕叶视觉区（负责编码提取）；
- 顶内沟、下额叶与前脑岛（负责高级认知与主观分类）；
- 下顶叶、SMA与运动感觉区（负责时间信息的运动转化与执行）。
这三个模块在解剖和功能上紧密相连，共同描绘了一幅视觉时间信息在皮层中流转、变形并最终指导行为的完整图景。
Fig 6. 跨脑区时间偏好的长程相关性矩阵与树状图，清晰划分出时间信息加工的三个核心功能聚类。
研究意义
这项研究为视觉时间感知提供了一个极具解释力的机制框架。它超越了以往“哪些脑区参与计时”的静态定位，清晰地展示了时间信息是如何在皮层中被一步步“加工”的：从视觉皮层的客观物理积累，到顶叶的离散化读取，最终在额叶和前脑岛转化为带有强烈个人主观色彩的决策边界。
在理论意义上，该研究首次在人类大脑中证实了辅助运动区（SMA）在时间加工上的头尾侧功能分化（尾侧负责读取，吻侧负责分类），这完美弥合了此前人类fMRI研究与非人灵长类电生理研究之间的分歧。同时，前脑岛主观时间边界的发现，也为理解大脑如何整合内部状态与外部感觉信息以产生“时间流逝感”提供了坚实的神经基础。
当然，这项研究的边界在于其主要聚焦于视觉模态和大脑皮层。未来的研究仍需探索这种优雅的层级加工机制是否同样适用于听觉或触觉时间，以及小脑和基底节等皮层下结构在这一“时间接力赛”中扮演着怎样的角色。
分享人：饭鸽儿
审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部
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