Mózg. Władca czasu 9788381695732

Table of contents :
Część I. Czas mózgu
1:00 Różne smaki czasu
ODKRYCIE CZASU
CZAS A NEURONAUKA
PREZENTYZM KONTRA ETERNALIZM
LICZBA MNOGA CZASU
2:00 Najlepszy wehikuł czasu, jaki kiedykolwiek posiądziesz
MÓZG JEST WEHIKUŁEM CZASU
CZAS JAKO NAUCZYCIEL
KIERUNEK I MYLNY KIERUNEK CZASU
SYNAPTYCZNY ZWIĄZEK PRZYCZYNOWO-SKUTKOWY
ODMIERZANIE CZASU W RÓŻNYCH SKALACH
3:00 Dzień i noc
EKSPERYMENTY ZWIĄZANE Z IZOLACJĄ
JĄDRO NADSKRZYŻOWANIOWE
KOMÓRKI ODMIERZAJĄCE CZAS
PIERWSZY ZEGAR
MECHANIKA ZEGARA OKOŁODOBOWEGO
ZESPÓŁ NAGŁEJ ZMIANY STREFY CZASOWEJ
WALKA Z ZEGAREM
ZASADA WIELU ZEGARÓW
4:00 Szósty zmysł
PROSPEKTYWNE I RETROSPEKTYWNE ODMIERZANIE CZASU
KOMPRESJA I DYLATACJA CZASU
CHRONOFARMAKOLOGIA
PRZYCZYNY EFEKTU ZWOLNIONEGO TEMPA
KOMPRESJA CZASU W MÓZGU
5:00 Wzorce czasu
ODMIERZANIE CZASU JEST ZABAWNE
MOWA MATCZYNA
ALFABET MORSE’A
NAUKA ODMIERZANIA CZASU
UTRZYMYWANIE RYTMU
PTAKI ŚPIEWAJĄCE
NEUROANATOMIA CZASU
6:00 Czas, dynamika neuronalna i chaos
SUPRA- ORAZ INFRAPERIODYCZNE ODMIERZANIE CZASU
ZMARSZCZKI NA WODZIE
KRÓTKOTRWAŁA PLASTYCZNOŚĆ SYNAPTYCZNA
SIECI ZALEŻNE OD STANU
ZEGARY POPULACYJNE
ZEGARY DLA KONKRETNYCH ZDARZEŃ
DYNAMIKA MÓZGU
CHAOS
Część II. Fizyczna i umysłowa natura czasu
7:00 Mierzenie czasu
O NEURONACH I ROZPRZESTRZENIANIU MATERIAŁÓW JĄDROWYCH
KALENDARZE
PIERWSZE ZEGARY
WAHADŁA
KWARC I CEZ
HANDEL CZASEM
8:00 Czas: co to, do diabła, jest?
NOWE SPOJRZENIE NA PREZENTYZM I ETERNALIZM
CZAS – KOMU ON JEST POTRZEBNY?
AGNOSTYCYZM W KWESTII TERAŹNIEJSZOŚCI
UPARTA STRZAŁKA CZASU
STRZAŁKA O DWÓCH GROTACH
9:00 Spacjalizacja czasu w fizyce
SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI
UTRATA JEDNOCZESNOŚCI
CZASOPRZESTRZEŃ
CZY MOŻEMY POGODZIĆ FIZYKĘ I NEURONAUKĘ CZASU?
CZY WSZECHŚWIAT BLOKOWY JEST ZGODNY Z NEURONAUKĄ?
10:00 Spacjalizacja czasu w neuronauce
DZIECI A CZAS
PRZESTRZEŃ, CZAS I JĘZYK
ŚRODA
KAPPA
ZEGAR CZY PAMIĘĆ?
WZGLĘDNOŚĆ W FIZYCE I NEURONAUCE
11:00 Umysłowa podróż w czasie
WIZYTY W PRZESZŁOŚCI I W PRZYSZŁOŚCI
UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE U ZWIERZĄT
ŻYCIE W TERAŹNIEJSZOŚCI
WYSYŁANIE WIADOMOŚCI W PRZYSZŁOŚĆ
KRÓTKOWZROCZNOŚĆ CZASOWA
UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE W MÓZGU
12:00 Świadomość: więź przeszłości z przyszłością
OKRUCHY CZASU
PONOWNE SKALOWANIE CZASU
KORELATY ŚWIADOMOŚCI
CZAS A WOLNA WOLA
CZY LUDZIE SĄ PRZEWIDYWALNI?
ZBRODNIA I KARA
Podziękowania
Bibliografia

Citation preview

Tytuł oryginału YOUR BRAIN IS A TIME MACHINE. The Neuroscience and Physics of Time. Copyright © 2017 by Dean Buonomano All rights reserved. Projekt okładki Paweł Panczakiewicz www.panczakiewicz.pl Ilustracja na okładce © Betacam-SP/Shutterstock.com Redaktor serii Adrian Markowski Redakcja Joanna Popiołek Korekta Małgorzata Denys ISBN 978-83-8169-573-2 Warszawa 2019 Wydawca Prószyński Media Sp. z o.o. 02-697 Warszawa, ul. Gintrowskiego 28 www.proszynski.pl

Dla Any

Część I. Czas mózgu

1:00 Różne smaki czasu Jedyne, co naprawdę do nas należy, to czas; ma go nawet ten, kto nie posiada nic innego. Baltasar Gracián

czas osoba rok droga dzień Co powyższe słowa mają ze sobą wspólnego? Można z pewnością wybaczyć komuś, kto ich nie rozpozna jako pięciu rzeczowników najczęściej używanych w angielszczyźnie1. To, że na samej górze tej listy znalazło się słowo „czas”, a towarzyszą mu dwie nazwy jednostek miary czasu, wynika z doniosłego znaczenia czasu w naszym życiu. Jeśli nie pytamy akurat o godzinę, mówimy o „oszczędzaniu czasu”, „zabijaniu czasu”, „czasie pozostałym do końca służby”, „trzymaniu się wyznaczonego czasu”, o „braku czasu”, „poczuciu czasu”, o tym, że „czas pójść do łóżka”, o „przekroczeniu dozwolonego czasu”, „kupowaniu sobie czasu”, „dobrych czasach”, „podróżach w czasie”, wydłużonym „czasie pracy”, „czasie wolnym” oraz moim ulubionym „czasie na obiad”. Z kolei naukowcy i filozofowie rozprawiają o „czasie subiektywnym”, „czasie obiektywnym”, „czasie własnym”, „skoordynowanym czasie”, „czasie gwiazdowym”, „czasie emergentnym”, „percepcji czasu”, „czasie kodowania”, „czasie relatywistycznym”, „komórkach czasu”, „dylatacji

czasu”, „czasie reakcji”, „czasoprzestrzeni” oraz dość przestarzałym pojęciu „dawcy czasu”, inaczej Zeitgeber. Na ironię zakrawa fakt, że choć „czas” jest najczęściej używanym rzeczownikiem, nie ma zgodnego stanowiska co do sposobu, w jaki należy to pojęcie definiować. Nieodłączną trudność związaną z próbą zdefiniowania czasu ujął ponad 1600 lat temu chrześcijański filozof św. Augustyn w słynnym aforyzmie: „Czymże więc jest czas? Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem. Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem”. Niewiele jest pytań tak kłopotliwych i głębokich, jak te dotyczące czasu. Filozofowie głowią się, czym jest czas i czy to pojęcie oznacza pojedynczy moment, czy pełny wymiar. Fizycy borykają się z pytaniami, dlaczego czas wydaje się płynąć tylko w jednym kierunku, czy możliwe są podróże w czasie, a nawet czy czas w ogóle istnieje. Luminarze neuronauki i psychologii natomiast uporczywie starają się pojąć, co to znaczy „czuć” upływ czasu, jak informuje nas o tym mózg i dlaczego ludzie jako jedyni dysponują zdolnością umysłowej projekcji samych siebie w przyszłość. Pojęcie czasu stanowi również sedno kwestii wolnej woli: czy przyszłość stanowi otwartą drogę, czy może jest ona z góry przesądzona na podstawie przeszłości? Celem tej książki jest prześledzenie powyższych pytań i, w miarę możliwości, udzielenie na nie odpowiedzi. Najpierw jednak musimy przyjąć do wiadomości, że nasze możliwości udzielenia odpowiedzi na pytania odnoszące się do czasu są ograniczone przez naturę narządu, w którym owe pytania się rodzą. Chociaż nasz ukryty w czaszce mózg, zawierający w swojej galaretowatej masie 100 miliardów komórek, stanowi najbardziej zaawansowany twór w znanym nam wszechświecie, nie jest on „zaprojektowany” do zrozumienia istoty czasu ani trochę lepiej niż laptop do samodzielnego pisania oprogramowania. Zatem w miarę zgłębiania tej kwestii dowiemy się, że nasze przeczucia i teorie dotyczące czasu mówią tyle samo o istocie czasu, ile o strukturze i ograniczeniach naszego mózgu.

ODKRYCIE CZASU „Czas” to pojęcie skomplikowane, bardziej niż „przestrzeń”.

Owszem, to prawda, że przestrzeń ma więcej wymiarów niż czas: żeby dokładnie określić położenie w przestrzeni, trzeba podać trzy wartości (na przykład szerokość i długość geograficzną oraz wysokość), podczas gdy do oznaczenia jakiegoś momentu w czasie wystarczy tylko jedna wartość liczbowa. Tak więc w pewnym sensie „przestrzeń” jest bardziej skomplikowana, ale chodzi mi o to, że ludzkiemu mózgowi o wiele większą trudność sprawia zrozumienie „czasu” niż „przestrzeni”. Weźmy pokrewne nam kręgowce, z którymi dzielimy sporo naszej neurologicznej maszynerii. Potrafią one odnajdywać drogę w przestrzeni, tworzyć wewnętrzną mapę swojego otoczenia i, w pewnym sensie, „rozumieją” pojęcie czasu. Zwierzęta pokonują w wędrówkach duże odległości i mają wyraźnie wytyczony w przestrzeni cel, do którego zmierzają; pamiętają miejsce przechowywania pokarmu; nawet mały szczeniak wie, że jeśli smakołyk spadnie za kanapę, musi postarać się znaleźć drogę, by obejść mebel i dotrzeć do kąska z lewej, z prawej, pod kanapą lub nad nią. Wiemy, że mózgi ssaków tworzą wysoce zaawansowane wewnętrzne mapy przestrzeni, gdyż neuronaukowcy już od przeszło czterech dekad rejestrują sygnały z tak zwanych komórek miejsca w hipokampie. Są to neurony, które wysyłają sygnał, czyli „włączają się” w chwili, gdy zwierzę znajduje się w określonym miejscu w pomieszczeniu – innymi słowy, w konkretnym punkcie w przestrzeni. Komórki te łączą się w sieć, która tworzy przestrzenną mapę zewnętrznego świata, co przypomina trochę działanie systemu GPS, tylko znacznie bardziej elastycznego; na przykład wydaje się, że nasze wewnętrzne mapy przestrzenne natychmiast aktualizują się po zmianie granic pomieszczenia albo położenia przedmiotów w jego wnętrzu. Zwierzęta nie tylko potrafią znajdować drogę w przestrzeni, lecz również ją „widzą”2. Stojąc na szczycie góry, dostrzegamy niebo nad głową i las pod nami oraz wijącą się rzekę wpadającą do morza, a każdy z tych obiektów ma swoje miejsce w przestrzeni. Umiemy także „słyszeć” przestrzeń, czyli umiejscawiać w przestrzeni punkt, z którego dobiega dźwięk. Zmysł dotyku (czucie somatyczne) informuje nas nie tylko o pozycji i kształcie przedmiotów, lecz także o położeniu w przestrzeni naszych ważnych części ciała: kończyn. Czas to co innego. Oczywiście zwierzęta nie mogą fizycznie podróżować w czasie. Czas to droga pozbawiona rozjazdów, skrzyżowań, zjazdów

i miejsc, w których można zawrócić. Zapewne z tego powodu na zwierzęta oddziaływała niewielka presja ewolucyjna, wymuszająca rozwój umiejętności tworzenia map i reprezentacji czasowych oraz rozumienia czasu z taką samą biegłością, jak w przypadku przestrzeni. Przekonamy się, że zwierzęta z pewnością orientują się w czasie i przewidują, kiedy jakieś zdarzenia będą miały miejsce, lecz wydaje się mało prawdopodobne, by o pokrewnych nam kręgowcach można było powiedzieć, iż pojmują różnice między przeszłością, teraźniejszością i przyszłością w taki sam sposób, w jaki ich mózgi potrafią uchwycić różnice między kierunkiem: w górę, w dół, w lewo i w prawo. Nasze narządy zmysłów nie wykrywają bezpośrednio upływu czasu3. W przeciwieństwie do fikcyjnych kosmitów Tralfamadorian z powieści Rzeźnia numer pięć Kurta Vonneguta nie potrafimy sięgać wzrokiem poprzez czas, obejmując jednym spojrzeniem przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. Mózgi wszystkich zwierząt, w tym ludzi, są lepiej predysponowane do poruszania się w przestrzeni, wyczuwania i rozumienia jej oraz tworzenia reprezentacji przestrzennej niż do tych samych działań w odniesieniu do czasu. Według jednej z teorii rozwoju opisującej, jak u ludzi powstało rozumienie pojęcia czasu, mózg przejął w tym celu istniejące już szlaki nerwowe służące do rozumienia i tworzenia reprezentacji przestrzeni (rozdział 10). Jak się przekonamy, może to być jeden z powodów, dla których chyba we wszystkich kulturach używa się w rozmowach o czasie metafor przestrzennych („to był długi dzień”; „niecierpliwie wyglądam dnia zaćmienia Słońca”; „patrząc wstecz, uważam, że nie powinienem był mówić tego głośno”). Również naukowcom czas przysparza więcej komplikacji niż przestrzeń. Dziedziny nauki, podobnie jak ludzie, przechodzą stadia rozwojowe: w miarę wzrostu dojrzewają i ulegają przemianom. W wielu zaś dyscyplinach typową cechą owego procesu dojrzewania jest stopniowe uwzględnianie czynnika czasu. Pierwszą prawdziwą dziedziną współczesnej nauki była zapewne geometria, której reguły sformalizował Euklides w III wieku p.n.e. Geometrię często definiuje się jako „gałąź matematyki, zajmującą się właściwościami punktów, linii, powierzchni i brył oraz relacjami między nimi”4. Geometria euklidesowa zasługuje na uwagę z dwóch powodów: po pierwsze, jest w historii nauki jedną z teorii najbardziej eleganckich

i przełomowych; po drugie, uzyskała tę rangę mimo całkowitego zignorowania czynnika czasu. Równie dobrze można byłoby ją nazwać „przestrzeniometrią”, bowiem zajmuje się badaniem obiektów zastygłych w czasie i niezmiennych. Geometria nie bez powodu stała się jedną z pierwszych prawdziwych dziedzin nauki: nauka robi się o wiele prostsza, gdy można sobie pozwolić na zignorowanie czynnika czasu. Matematyka dostępna dla greckich filozofów i uczonych nie bardzo nadawała się do badania, w jaki sposób różne zjawiska zmieniają się w miarę upływu czasu. Co więcej, w starożytności o wiele łatwiej było mierzyć odległość niż czas; dzisiaj sprawy mają się odwrotnie: potrafimy mierzyć czas o wiele dokładniej niż przestrzeń (rozdział 7). Od czasów Euklidesa potrzeba było prawie 2000 lat, żebyśmy zaczęli w pełni włączać czynnik czasu do matematyki i fizyki. Ważny krok w tym kierunku zrobiono pod koniec XVI wieku. Według prawdopodobnie apokryficznej historii znudzony Galileo Galilei zauważył, że czas, jaki kołyszącej się lampie w katedrze w Pizie zajmuje wykonanie pełnego cyklu ruchu, nie zależy od amplitudy wahań. Innymi słowy, okres drgań wahadła jest taki sam bez względu na wąski lub szeroki kąt ruchu wahadła (później ustalono, że okres lekko rośnie wraz z amplitudą)5. Galileusz, badając ruch i zmiany położenia obiektów w miarę upływu czasu, pomógł w narodzinach nowej dziedziny nauki – dynamiki. Jednak, podobnie jak starożytnym Grekom, brakowało mu narzędzi do matematycznego zdefiniowania relacji między siłami, ruchem, prędkością i przyspieszeniem. Potrzebni byli Newton i Leibniz, którzy wynaleźli fundamentalne matematyczne narzędzie umożliwiające uchwycenie zachodzących w czasie zmian: rachunek różniczkowy6. Za pomocą rachunku różniczkowego Newton mógł opisać prawa rządzące ruchem spadających jabłek oraz krążących po orbitach planet. Newton wierzył w czas absolutny, który „ze swej natury płynie jednakowo bez względu na jakikolwiek czynnik zewnętrzny”. Czas był dla niego rzeczywistą i uniwersalną miarą odnoszącą się w jednoznaczny sposób do wszystkich punktów w przestrzeni. Newtonowski wszechświat wydawał się deterministyczny: cały czas, przeszły i przyszły, można było w zasadzie określić na podstawie samej teraźniejszości. Jednak w przyszłości czekało już wiele dalszych odkryć. Szczególne znaczenie dla naszych rozważań mają dwa z nich. Po pierwsze, uczeni krok po kroku

doszli do zniechęcającej (dla niektórych) konstatacji, że nawet we wszechświecie absolutnie posłusznym pięknym newtonowskim prawom nie da się w praktyce przewidzieć przyszłości (ani odtworzyć przeszłości). Prace wielu uczonych, w tym francuskiego matematyka Henriego Poincaré i amerykańskiego meteorologa Edwarda Lorenza, ujawniły, że drobne różnice stanu systemu mogą prowadzić do ogromnych zmian przyszłych wyników jakiegoś procesu (najsłynniejszy przykład to „efekt motyla” przy prognozowaniu pogody). Nazywa się to „chaosem”; przekonamy się, że będzie on stwarzał problemy przy badaniu najbardziej skomplikowanego systemu dynamicznego, jaki znamy – naszego mózgu (rozdział 6). Drugi postęp nauki polegał na tym, że Albert Einstein całkowicie zmiótł pogląd Newtona o absolutnym i uniwersalnym czasie. Wbrew wszelkim przeczuciom ustalił bowiem, że czas jest względny (rozdział 9). Później szczegółowo omówimy to zagadnienie, lecz na razie chodzi o to, że w miarę rozwoju fizyki czynnik czasu coraz bardziej się w niej umacniał. Do pewnego stopnia. Jak na ironię, tu i ówdzie pojawiają się pomysły, by całkowicie wyeliminować czas z fizyki7 i powrócić do statycznego, geometrycznego wszechświata, który fizyk Julian Barbour nazywa Platonią – to aluzja do poglądu Platona, że idealne formy geometryczne stanowią rzeczywiste byty istniejące w pozbawionym czasu królestwie.

CZAS A NEURONAUKA Podobny proces rozwoju przeszło wiele innych dziedzin nauki. Na przykład współczesna biologia narodziła się w XVIII wieku jako dosyć opisowa i statyczna systematyka form życia, ale włączyła czas do swoich rozważań, tworząc ewolucję i zyskując przez to dynamikę. Darwin odegrał tu rolę Galileusza: dostrzegł, że żyjące na Ziemi gatunki pozostają w ciągłym „ruchu” – mutują, znikają i ewoluują. Również neuronauka i psychologia w miarę rozwoju zaczęły stopniowo uwzględniać problem czasu. Można mówić o pseudonauce zwanej frenologią, co się tylko chce, ale frenolodzy przynajmniej uznawali nasze poczucie czasu za istotny czynnik. Rolę ośrodka poczucia czasu przypisywali obszarowi w płacie czołowym mózgu, dogodnie leżącemu

pomiędzy „ośrodkiem melodii” (tune) a „ośrodkiem przestrzeni” (locality) (ryc. 1.1). W jednej z prac na temat frenologii pisano: „Zadaniem tej zdolności jest odnotowywanie upływu czasu, długości czasu trwania, kolejności wydarzeń itp. Umożliwia ona również zapamiętywanie dat, utrzymywanie prawidłowego tempa w muzyce i tańcu, powoduje też punktualność w wypełnianiu zobowiązań”8.

1 http://oxforddictionaries.com/words/the-oec-facts-about-the-language. 2 Dokładniej, widzimy obiekty rozmieszczone w przestrzeni. 3 Niektóre gatunki mają w siatkówce oka komórki wykrywające ruch, czyli reagujące na to, czy jakiś obiekt „przemieszcza się” w czasie (oraz przestrzeni). Ponadto należy zaznaczyć, że ślimak w uchu wewnętrznym w pewnym sensie wyczuwa czas, ponieważ jego komórki czuciowe (leżące we wnętrzu ślimaka komórki wyposażone we włoski) reagują na częstotliwość drgań cząsteczek powietrza, a częstotliwość jest miarą czasu pełnego cyklu oscylacji. Częstotliwość tych drgań jest o wiele za duża, by reagowała na nią większość neuronów, a drgania są zbyt szybkie na świadomy odbiór czasu ich trwania. 4 Według Oxford English Dictionary. 5 Szczegółowe omówienie historii badań nad wahadłem, patrz: Matthews, 2000. 6 Znakomity przegląd etapów stopniowego rozwoju w historii matematyki i fizyki zawierają liczne książki popularnonaukowe, na przykład: Penrose, 2000. 7 Barbour, 1999. 8 Wells, 1860.

Ryc. 1.1. Diagram frenologiczny z XIX wieku9.

9 Poszczególne obszary oznaczają lokalizację domniemanych ośrodków w mózgu, na przykład ośrodka „miłości rodzicielskiej”, „nadziei”, „zgodności” i „duchowości”; przedstawiony schemat nie ma, rzecz jasna, nic wspólnego z prawdziwą topografią ośrodków ludzkiej kory mózgowej (przyp. tłum.).

William James, jeden z ojców nowoczesnej psychologii, również uznawał znaczenie czasu dla zrozumienia funkcjonowania umysłu. Poświęcił percepcji czasu rozdział swojego opus magnum z 1890 roku zatytułowanego The Principles of Psychology. Dziwna rzecz, ale od tamtego czasu tylko nieliczni autorzy przełomowych książek z dziedziny psychologii lub neuronauki poszli w jego ślady10. W istocie przez większość XX wieku problem czasu był cokolwiek zaniedbany i w dużej mierze pomijany w podręcznikach. Trochę za bardzo upraszczam to zagadnienie. Po pierwsze, czas w neuronauce i psychologii nie stanowi pojedynczego zagadnienia, ale zbiór wzajemnie połączonych problemów związanych z tym, jak mózg rozpoznaje czas, tworzy złożone wzorce czasowe, świadomie postrzega upływ czasu, przypomina sobie przeszłość i myśli o przyszłości. Po drugie, w wielu poddziedzinach związanych z psychologią i neuronauką czasu dokonał się znaczący postęp. Na przykład przez cały XX wiek kwitła chronobiologia, czyli nauka o rytmach biologicznych, w szczególności cyklach snu i czuwania (rozdział 3). Ponadto w tym samym okresie pojawiło się wielu pionierów, którzy przyczynili się do pogłębienia naszej wiedzy o sposobie rozpoznawania i postrzegania czasu przez nasz mózg. Jednakże zagadnienia odnoszące się do czasu były dość często pomijane. Weźmy do ręki biblię nowoczesnej neuronauki, podręcznik Principles of Neural Science, i poszukajmy w indeksie najczęściej używanego w angielszczyźnie rzeczownika – nie znajdziemy go. Jeśli natomiast spróbujemy wyszukać słowo „przestrzeń”, znajdziemy je w licznych hasłach11. Psychologia i neuronauka to nowe dziedziny nauki, które dopiero zaczynają w pełni pojmować znaczenie czasu i dynamiki. Psycholog Richard Ivry z University of California w Berkeley pisał w 2008 roku: „W poprzednim pokoleniu liczba badań naukowych poświęconych odczuwaniu czasu była ograniczona, kładziono bowiem nacisk na zachowania odznaczające się regularnością czasową. Później w badaniach nad percepcją czasu zapanował renesans, a naukowcy zajęli się szerokim wachlarzem zjawisk związanych z czasem”12.

Za przykład tej przemiany można uznać jedno z tych pytań, które w psychologii i neuronauce stanowią coś w rodzaju Świętego Graala: „W jaki sposób mózg przechowuje wspomnienia?”. Ponieważ wspomnienia odnoszą się do doświadczeń z przeszłości, nierozerwalnie splatają się z czasem. Nawet jednak w tym przypadku naukowcy często nie dbali o umieszczenie problemu wspomnień we właściwym kontekście czasowym. Dopiero w XXI wieku uczeni zaczynają w pełni zdawać sobie sprawy z faktu, że „informacje o przeszłości są przydatne tylko o tyle, o ile umożliwiają przewidzenie, co może się zdarzyć w przyszłości”13. Pamięć nie wykształciła się w toku ewolucji po to, byśmy mogli rozpamiętywać przeszłość. Jedyna ewolucyjna funkcja pamięci polega na tym, że umożliwia ona zwierzętom przewidywanie, co się stanie, kiedy to się stanie i jak najlepiej zareagować, gdy rzeczywiście to się stanie. Dzięki ciągłym przemianom pojęciowym oraz licznym przykładom postępu metodologicznego w neuronauce i psychologii daje się zauważyć coraz większe zainteresowanie zagadnieniem czasu. Należy z całą powagą stwierdzić, że coraz lepiej zdajemy sobie sprawę, iż bez zrozumienia, w jaki sposób mózg odczuwa i postrzega czas oraz tworzy jego odzwierciedlenie, nie będziemy w stanie pojąć ludzkiego umysłu.

PREZENTYZM KONTRA ETERNALIZM Tematem tej książki jest głównie neuronauka i psychologia czasu, ale zagłębimy się również w zagadnienia odnoszące się do fizyki czasu. Ma to na celu nie tylko zrozumienie pewnych fundamentalnych spostrzeżeń fizyki co do istoty czasu, lecz także zbadanie, gdzie neuronauka i fizyka się krzyżują – a może powinienem raczej powiedzieć: ścierają się ze sobą (rozdziały 8 i 9). W tym celu trzeba będzie koniecznie wprowadzić do rozważań dwie najważniejsze teorie filozoficzne dotyczące istoty czasu: prezentyzm i eternalizm. Prezentyzm, jak sama nazwa wskazuje, opiera się na poglądzie, że jedynie teraźniejszość jest rzeczywista. W prezentyzmie przeszłość jest istniejącą dawniej konfiguracją wszechświata, przyszłość zaś to pojęcie odnoszące się do jakiejś jeszcze nieokreślonej konfiguracji. Diametralnie odmienne

podejście stanowi eternalizm, według którego przeszłość i przyszłość są równie rzeczywiste jak teraźniejszość. Nie ma absolutnie nic szczególnego w teraźniejszości; w eternalizmie określenie „teraz” odnosi się do czasu, tak samo jak słowo „tutaj” do przestrzeni. Chociaż obecnie znajdujemy się w konkretnym punkcie w przestrzeni, wiemy, że jest wiele innych punktów – inne pomieszczenia, miasta, planety i galaktyki – w których równie dobrze moglibyśmy się znaleźć. Podobnie zdajemy sobie sprawę, że znajdujemy się w punkcie czasu zwanym „teraz”, ale istnieją momenty w przeszłości i przyszłości, w których znajdują się inne istoty, a nawet my sami, choć młodsi lub starsi (ryc. 1.2).

10 Za bardzo upraszczam sprawę: w połowie XX wieku ukazało się kilka nader doniosłych książek i artykułów, które do pewnego stopnia wytrzymały próbę czasu, na przykład: Lashley, 1951 oraz Fraisse, 1963. 11 Kandel et al., 2013. Nie znajdzie się tam również wyrażenia „wyczucie czasu”. Należy zauważyć, że podaję ten przykład nie po to, by zasugerować pomijanie jakichś zagadnień przez autorów podręcznika, lecz dlatego, iż odzwierciedla on ogólną tendencję w neuronauce do stosunkowo lekceważącego podejścia do problemów związanych z czasem. 12 Ivry i Schlerf, 2008. 13 Dudai i Carruthers, 2005; Tulving, 2005; Schacter i Addis, 2007; Schacter et al., 2007.

Ryc. 1.2. Dwa poglądy na istotę czasu: prezentyzm i eternalizm.

Prawdopodobnie najprostszy sposób zrozumienia różnicy między prezentyzmem a eternalizmem polega na rozpatrywaniu ich w kontekście podróży w czasie14. Zgodnie z założeniami prezentyzmu prawdziwa podróż w czasie (przeskakiwanie tam i z powrotem pomiędzy przeszłością a przyszłością) nie jest możliwa. Względy techniczne, takie jak możliwość skonstruowania wehikułu czasu lub jego zgodność z prawami fizyki, nie mają znaczenia. Po prostu nie można przenieść się w czas, który nie istnieje, tak jak nie da się pojechać w nieistniejące miejsce. Według eternalizmu czas stanowi wymiar bardzo podobny (choć nie jest to dokładne podobieństwo) do przestrzeni, zatem przyszłość jest równie rzeczywista, jak miejsca znajdujące się na północ i na południe od naszego obecnego położenia. Chociaż eternalizm nie przesądza o tym, czy podróż w czasie jest osiągalna, ale uzasadnia dyskusję na ten temat, gdyż istnieją „miejsca w czasie” (momenty), w które można się udać. Prezentyzm na pewno odpowiada naszemu przeczuciu, że gdy każda chwila w naszym życiu staje się chwilą z przeszłości, to już jej nie ma. Bez względu na to, czy ów moment pozostawi jakiś ślad w naszej pamięci, czy nie, on sam przestaje istnieć. Prezentyzm stanowi również potwierdzenie naszego poczucia kontroli, przekonania, że nasze decyzje i działania kształtują otwartą przyszłość. Neuronaukowcom rzadko przychodzi borykać się z kwestią antagonizmu między prezentyzmem a eternalizmem. Jednak w praktyce neuronaukowcy są zakamuflowanymi prezentystami. Widzą oni przeszłość, teraźniejszość i przyszłość jako kategorie zasadniczo odrębne, gdyż mózg podejmuje decyzje w czasie teraźniejszym na podstawie wspomnień z przeszłości, żeby osiągnąć większy stopień dobrostanu w przyszłości. Jednak mimo intuicyjnej atrakcyjności prezentyzm stoi w fizyce i filozofii na przegranej pozycji. Pewne wersje eternalizmu sięgają czasów 2,5 tysiąclecia temu, do myśli greckiego filozofa Parmenidesa, który uważał, że żyjemy w świecie bezczasowym i niezmiennym. Obecnie większość fizyków i filozofów z bardzo uzasadnionych przyczyn akceptuje stanowisko eternalistów, że całość czasu jest „już” w pewnym sensie rozmieszczona w obrębie wszechświata. Nie jest tak, że idea czasu jako czwartego wymiaru to po prostu dogodna abstrakcja matematyczna – jak przedstawianie czasu na osi

odciętych wykresu – chodzi raczej o to, iż przeszłość, teraźniejszość i przyszłość naprawdę stoją na równej płaszczyźnie. Jeśli chodzi o konflikt między neuronauką a fizyką: skoro wszystkie momenty w czasie są równie rzeczywiste i wszystkie wydarzenia w przeszłości i przyszłości są na całą wieczność osadzone we wszechświecie blokowym, to postrzegany przez nas upływ czasu musi być złudzeniem (rozdział 9). Innymi słowy, skoro cały czas już „gdzieś tam” jest, to czas nie płynie ani nie mija w normalnym sensie tych słów. Jak to kiedyś ujął filozof Jack Smart: „Mówienie o upływie czasu albo o postępie świadomości to niebezpieczne metafory, których nie należy brać dosłownie”15. Tak więc wydawałoby się, że jedno z najbardziej jednoznacznych subiektywnych doświadczeń o uniwersalnym zasięgu – doświadczenie przemijania czasu – trzeba zdegradować do poziomu swego rodzaju sztuczki świadomego umysłu. W istocie to szeroko rozpowszechniony pogląd. Na przykład w książce Strzałka czasu i punkt Archimedesa filozof Huw Price pisze: „Filozofowie dzielą się zwykle w tych kwestiach na dwa obozy. Po jednej stronie stają ci, którzy traktują upływ czasu i teraźniejszość jako obiektywne cechy świata [prezentyzm]; po drugiej zaś ci, którzy argumentują, że są to tylko artefakty naszego subiektywnego spojrzenia na rzeczywistość [eternalizm]. (…) będę uznawał za pewnik ten ostatni pogląd…”16. Matematyk i fizyk Hermann Weyl ujął konflikt między naszym sposobem postrzegania czasu a jego standardowym obrazem w całym wszechświecie blokowym w słynnym cytacie: „Świat obiektywny się nie staje, on po prostu jest. Jedynie w spojrzeniu mojej świadomości, pełznącej ścieżką, którą podąża przez świat moje ciało, wycinek tego świata rodzi się do życia jako ulotny obraz w przestrzeni bezustannie zmieniającej się w czasie”17.

LICZBA MNOGA CZASU Wszelkie dyskusje na temat czasu w neuronauce, filozofii lub fizyce nieuchronnie gmatwa używanie słowa „czas” w wielu różnych znaczeniach. Jeden z powodów, dla których jest ono najczęściej używanym w angielszczyźnie rzeczownikiem, stanowi fakt, że w rzeczywistości mamy

do czynienia z wieloma słowami. W istocie użycie słowa „czas” różni się w poszczególnych językach. Po angielsku mówimy „speed is distance divided by time” („prędkość jest ilorazem odległości i czasu”) i pytamy „what time is it?” („która godzina?”). W portugalskim w obu tych kontekstach istnieją dwa różne słowa. Prędkość oznacza słowo „tempo”, lecz by sprawdzić godzinę, zapytamy „que horas são?”. Jednak w przeciwieństwie do angielskiego w portugalskim używa się słowa tempo w pytaniu o pogodę. W codziennym życiu bez trudu używamy słowa „czas” w różnych znaczeniach, ale ta łatwość nieuchronnie komplikuje próby rygorystycznego badania kwestii związanych z czasem. Zatem pomocne okaże się jeśli nie zdefiniowanie, to przynajmniej wprowadzenie pewnych ograniczeń rozmaitych znaczeń tego słowa. Weźmy następujące zdanie: „Minkowski’s talk on the nature of time ended on time, but it seemed to drag on for a long time” („Przemówienie Minkowskiego na temat natury czasu skończyło się o czasie, lecz wydawało się, że zajęło bardzo dużo czasu”). W tym specjalnie spreparowanym zdaniu starałem się ująć trzy znaczenia słowa „czas”, istotne dla naszych celów. Po kolei nazwę je „czasem naturalnym”, „czasem zegarowym” i „czasem subiektywnym”. Intuicyjnie rozumiemy czas jako środowisko, w którym rozgrywa się nasze życie. Używam terminu „czas naturalny” (jak w wyrażeniu „natura czasu”) na określenie pojęcia czasu jako środowiska lub „wymiaru”. Czas naturalny oznacza ten posmak czasu, który odczuwamy jako jądro sporu prezentyzmu z eternalizmem. W praktyce większość naukowców może ignorować kwestie odnoszące się do czasu naturalnego, ale ostatecznie cóż mogłoby być głębszego od świadomości istnienia innych „wersji” nas samych, rozmieszczonych w wymiarze czasu wszechświata blokowego, albo od ustalenia, czy nasze wrażenie upływu czasu to tylko jedno z wielu złudzeń, jakimi mózg obdarza nasz umysł. Dla celów praktycznych czas niekiedy definiuje się jako wskazania zegara. Chociaż może to sprawiać wrażenie czasu kolistego, ta definicja jest niezmiernie ważna. Nieuchronnie prowadzi jednak do pytania: czym dokładnie jest zegar? W najbardziej ogólnym sensie zegar to urządzenie ulegające zmianom w pewien powtarzalny sposób i oferujące możliwość ilościowej oceny tych zmian. Reprezentacją tych zmian mogą być wychylenia wahadła, drgania w krysztale kwarcu lub nawet ilość

promieniotwórczych izotopów węgla w skamieniałej próbce. „Czas zegarowy” to najczęstszy sens, w jakim używa się słowa „czas” w nauce. Jednakże Einstein podkreślał: „Taka definicja jest zadowalająca, kiedy interesuje nas zdefiniowanie czasu wyłącznie dla miejsca, w którym znajduje się zegar, ale przestaje zadowalać, gdy musimy połączyć w czasie serię zdarzeń zachodzących w różnych miejscach”18. Czas zegarowy to miara czasu lokalna, w żadnym razie nie absolutna ani uniwersalna. Niemniej czas zegarowy ostatecznie rządzi naszym życiem: nie tylko podpowiada, kiedy wstać, przystąpić do pracy i pójść spać, lecz także – ponieważ samo ciało jest zegarem – przesądza o tym, kiedy się starzejemy i umieramy. „Czas subiektywny” odnosi się do naszego świadomego poczucia czasu, subiektywnego odczuwania zarówno upływu czasu, jak i tego, ile czasu minęło. Podobnie jak wszystkie subiektywne przeżycia, czas subiektywny to konstrukt wytwarzany przez mózg – poza czaszką nie istnieje. Podobnie jak subiektywna percepcja barw umożliwia nam doświadczanie fizycznych właściwości światła widzialnego (długości jego fali), nasze subiektywne poczucie czasu jest umysłowym konstruktem pozwalającym nam w pewnym sensie „odczuwać” zarówno czas naturalny, jak i czas zegarowy. * Filozofowie i uczeni przez tysiąclecia głowili się nad tajemnicami czasu. Mimo to 1600 lat po tym, jak święty Augustyn dał upust swojej frustracji z powodu trudności w zdefiniowaniu czasu, nadal nie znamy odpowiedzi na fundamentalne pytania: czy przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są równie rzeczywiste? Czy nasze postrzeganie upływu czasu to tylko złudzenie? Zanim neuronauka w pełni odpowie na te pytania, będzie musiała jeszcze bardziej się rozwinąć i uwzględnić fakt, że nie da się zrozumieć ludzkiego umysłu bez opisania sposobu, w jaki mózg odczuwa czas, tworzy jego reprezentacje i go określa. To dlatego, że – jak będę dowodził w następnym rozdziale – mózg jest wehikułem czasu: nie tylko odczuwa czas i przewiduje przyszłość, lecz również umożliwia nam tworzenie projekcji samych siebie w przyszłości. Niezmiernie łatwo przeoczyć fakt, że bez zdolności umysłowego przenoszenia się w przyszłość nasz gatunek nie

przekształciłby kawałka obsydianu w narzędzie ani nie pojąłby, że dzięki zasianym nasionom można zapewnić sobie przeżycie w przyszłości. Nasza niepowtarzalna zdolność zrozumienia pojęcia czasu i zajrzenia w odległą przyszłość jest jednak zarazem darem i przekleństwem. W toku ewolucji przeszliśmy od podległości wobec nieprzewidywalnych i kapryśnych zrządzeń matki natury do uchylania jej wyroków, manipulowania teraźniejszością dla zapewnienia sobie przeżycia w przyszłości. Jednak nasza zdolność jasnowidzenia doprowadziła nas również do nieuchronnej konstatacji, że czas nas samych jest skończony i przelotny. Bez względu na to, czy w wyniku daru, czy przekleństwa, stanęliśmy obecnie w obliczu cudownej i zarazem kłopotliwej tajemnicy: czym jest czas?

14 Większość filozofów i fizyków zgodzi się, że skonstruowanie wehikułu czasu stworzyłoby silny argument przeciwko prezentyzmowi. W obecnym kontekście zasadniczo zakładam, że podróż w czasie (a konkretniej, wzdłuż zamkniętych krzywych czasopodobnych w czasoprzestrzeni) jest niezgodna z poglądem prezentyzmu w takim sensie, w jakim używam tego terminu. Istnieją jednak przypadki niejednoznaczne. Na przykład można by twierdzić, że czas kolisty, w którym teraźniejszość tworzy pętlę wokół siebie, zgadza się zarówno z prezentyzmem, jak i z formą podróży w czasie, czyli powrotu do przeszłości (mówiąc ogólnie, nie to rozumiemy przez pojęcie podróży w czasie). Jednak przeważnie, jak się wyraził filozof Michael Lockwood, „podróże w czasie i tensowy, zdroworozsądkowy obraz czasu (…) po prostu nie łączą się ze sobą. Samo pojęcie podróży w czasie ma sens tylko w kontekście obrazu czasu beztensowego” (Lockwood, 2005). Należy zauważyć, że Lockwood używa w stosunku do czasu określeń „tensowy” i „beztensowy”, tak samo jak ja posługuję się terminami odpowiednio: „prezentyzm” i „eternalizm”. 15 Cytat w: Davies, 2002, s. 287. Patrz także: Smart, 1964. 16 H. Price, Strzałka czasu i punkt Archimedesa, przeł. P. Lewiński, Wydawnictwo Amber, Warszawa 1997 (przyp. tłum.). 17 Weyl, 1949/2009. 18 Einstein, 1905.

2:00 Najlepszy wehikuł czasu, jaki kiedykolwiek posiądziesz Każde materialne ciało rozciągać się musi w czterech kierunkach i posiadać długość, szerokość, grubość i trwanie. Jednakże przyrodzona nieudolność naszego ciała, którą wam zaraz wyjaśnię, skłania nas do przeoczenia tego faktu. W rzeczywistości istnieją cztery wymiary: trzy, które nazywamy trzema płaszczyznami przestrzeni, i czwarty – czas19. Herbert George Wells, 1895

Hollywood zadbało o to, by zaznajomić nas wszystkich z pojęciem podróży w czasie. Filmy takie jak Terminator, Dzień Świstaka, Powrót do przyszłości, Zaklęci w czasie, Looper – pętla czasu, O północy w Paryżu, Interstellar oraz spory odsetek części serialu Star Trek to tylko niewielki zbiór dzieł kina, które każą nam stawiać czoło zawiłym paradoksom wynikającym z przeskoku w czasie w przód lub wstecz – takim jak na przykład cofnięcie się w przeszłość i przypadkowe uśmiercenie własnego dziadka. Mimo dzisiejszej wszechobecności w kinie, książkach i telewizji, a nawet w poważnych badaniach w dziedzinie fizyki w większej części historii ludzkości rzuca się w oczy brak koncepcji podróży w czasie. W Biblii oraz w innych religijnych księgach i przekazywanych ustnie przypowieściach roi się od opowiadań o przemawiających ludzkim głosem zwierzętach, bogach i innych bytach nadprzyrodzonych. Dowiadujemy się z nich o zwierzętach przemieniających się w ludzi i na odwrót, imponujących podróżach na olbrzymie odległości, matuzalemach żyjących przez całe wieki, o magii i wskrzeszaniu zmarłych. Jednak, co wydaje się dość dziwne, znajdziemy w nich niewiele albo zgoła nic o podróżach w czasie. Nawet Szekspir, który

przewidział chyba wszystkie fabuły i zwroty akcji współczesnego kina, nie tknął tematu podróży w czasie. Są jednak swego rodzaju wyjątki; na przykład Mahabharata, starożytny hinduski poemat powstały około 800 roku p.n.e., zawiera opowieść o królu i jego córce, którzy w trakcie poszukiwania godnego kandydata na pana młodego odwiedzają boga Brahmę. Później zaś dowiadują się, że na ziemi w trakcie ich wizyty przeminęło wiele pokoleń, odeszły też w niebyt włości i skarby króla. Istniały zatem relatywistyczne historie w stylu opowiadania Rip Van Winkle o czasie upływającym w różnym tempie, ale nigdzie nie było mowy o przeskokach w czasie do przeszłych lub przyszłych chwil. Napisana przez Karola Dickensa w połowie XIX wieku Opowieść wigilijna była prekursorką historii o podróży w czasie. Jej bohater Ebenezer Scrooge przenosi się za sprawą duchów w czas przeszłych i przyszłych świąt Bożego Narodzenia, ale jego podróż przypomina sen, jest bowiem bierna – nie dochodzi do żadnych kontaktów między postaciami z rozmaitych punktów czasowych. Dopiero pod koniec XIX wieku pojawił się pomysł prawdziwej podróży w czasie; najsłynniejszy przykład stanowi powieść Wehikuł czasu H.G. Wellsa, której bohater przenosi się w przyszłość, kontaktuje się ze zwyrodniałymi potomkami ludzkości, po czym wraca do swojej teraźniejszości20. Dlaczego w beletrystyce aż do końca XIX wieku nie było wątku podróży w czasie? Prawdopodobnie dlatego, że w naturze ludzi leży wrodzony prezentyzm: niewiele jest rzeczy równie oczywistych jak fakt, że przeszłość nieodwołalnie przemija, zatem jest niezmienna, a przyszłość jeszcze nie istnieje. Zapewne pogląd, że przeszłość i przyszłość są równie rzeczywiste jak teraźniejszość, mogą zatem stać się celami potencjalnych podróży, był po prostu zbyt sprzeczny z intuicją i fantastyczny, by pojawić się nawet jako wątek w beletrystyce. Co więc zaszło pod koniec XIX wieku i otworzyło w naszej wyobraźni furtkę do podróży w czasie? Trudno odpowiedzieć na to pytanie, lecz na pewno w powietrzu wisiała już rewolucja naukowa. Kluczowym, kulminacyjnym wydarzeniem tej rewolucji stało się opublikowanie w 1905 roku szczególnej teorii względności Einsteina, która na zawsze wstrząsnęła naszymi przeczuciami dotyczącymi natury czasu. Einstein ustalił, że zegary tykają w różnym tempie zależnym od prędkości, z jaką się przemieszczają. Dwa lata później profesor matematyki Hermann

Minkowski, nauczyciel Einsteina, wykazał, że teorię Einsteina – by posłużyć się terminami matematycznymi – można zgrabnie umieścić w ramach wszechświata czterowymiarowego, czyli takiego, w którym czas stanowi dosłownie kolejny wymiar, tak samo jak przestrzeń. Rozważania fizyczne, które doprowadziły do zaakceptowania czterowymiarowego wszechświata blokowego, prześledzimy w rozdziale 9, na razie zaś chodzi o to, że w XX wieku podróż w czasie powoli stawała się możliwym do przyjęcia tematem badań w fizyce. Nie tyle z tego powodu, że większość fizyków rzeczywiście uważała prawdziwą podróż w czasie w przeszłość lub przyszłość za możliwą, ile ze względu na fakt, iż nikt nie potrafił dowieść jej niemożliwości. Wielu fizyków godziło się co do zasady, że istnieją „miejsca” w czasie, do których można podróżować, niemniej z praktycznych lub teoretycznych przyczyn uważali oni, iż prawa fizyki uniemożliwiają taki przeskok21. To dlatego, że podróż w czasie ma swoje dość egzotyczne wymogi. Tunele czasoprzestrzenne (ang. wormholes) to prawdopodobnie najbardziej przekonujący sposób podróży w czasie. Wyobraźmy sobie powierzchnię Ziemi jako arkusz zbudowany z przestrzeni i czasu, a następnie tunel tworzący skrót pomiędzy Waszyngtonem a Pekinem. Chociaż tunele czasoprzestrzenne zgadzają się z aktualnymi prawami fizyki, są jedynie bytami hipotetycznymi. Odbycie podróży w czasie wymagałoby nie tylko stworzenia lub znalezienia takiego tunelu, lecz także przemieszczenia się przez jeden z jego wylotów z bardzo dużą prędkością. Następnie pozostawałoby mieć nadzieję, że tunel jest stabilny i możliwy do przebycia, co oznaczałoby, że ktoś, kto znajdzie się w środku, nie ulegnie – by posłużyć się terminem naukowym – spaghettifikacji. Jednak to dygresja, gdyż w tym rozdziale nie zamierzam omawiać prawdopodobieństwa czy nieprawdopodobieństwa prawdziwej podróży w czasie, tylko przekonać cię, że twój mózg to najlepszy wehikuł czasu, jaki kiedykolwiek posiądziesz. Można też ująć to inaczej: jesteś najlepszym wehikułem czasu, jaki kiedykolwiek skonstruowano.

MÓZG JEST WEHIKUŁEM CZASU

Oczywiście mózg nie umożliwia nam fizycznego przemieszczania się w czasie, lecz stanowi swego rodzaju wehikuł czasu z czterech powiązanych ze sobą przyczyn: 1. Mózg to maszyna pamiętająca przeszłość po to, żeby przewidywać przyszłość. Przez setki milionów lat zwierzęta prześcigały się w przewidywaniu przyszłości. Przewidują one działania swoich ofiar, drapieżników i partnerów; przygotowują się na przyszłość, chowając zapasy pokarmu i budując gniazda; przewidują nadejście świtu i zmierzchu, wiosny i zimy. Stopień, w jakim zwierzętom udaje się przepowiadać przyszłość, mierzy się ewolucyjną walutą w postaci przeżycia i reprodukcji. W rezultacie mózg w zasadzie stanowi maszynę do przewidywania lub przepowiadania22. Bez względu na to, czy zdajesz sobie z tego sprawę, czy nie, mózg w każdej chwili automatycznie stara się przewidzieć, co się za chwilę stanie. Te krótkoterminowe prognozy, sięgające w przyszłość maksymalnie na kilka sekund, rodzą się całkowicie automatycznie i nieświadomie. Jeśli sprężysta piłeczka stacza się ze stołu, automatycznie dostosowujemy nasze ruchy, żeby ją złapać, gdy się odbije od podłoża, a nie postępujemy tak samo, gdy ze stołu spada ciastko. Ludzie oraz inne zwierzęta stale usiłują również formułować prognozy długoterminowe. Prosty akt lustrowania przez zwierzę otoczenia stanowi próbę uzyskania wglądu w wydarzenia, które zajdą w następnych minutach i godzinach: kiedy wilk zatrzymuje się, żeby ocenić to, co wykrywa wokół siebie wzrokiem, słuchem i węchem, poszukuje wskazówek, które pomogą mu uniknąć ewentualnych drapieżników oraz znaleźć zdobycz i partnera. W celu przewidzenia przyszłości mózg przechowuje olbrzymią ilość informacji o przeszłości; niczym program do sporządzania kopii bezpieczeństwa Time Machine firmy Apple mózg niekiedy dodaje do tych wspomnień etykiety czasu (daty), co umożliwia nam przeglądanie epizodów z naszego życia, uporządkowanych chronologicznie. 2. Mózg to maszyna odmierzająca czas. Mózg przeprowadza szeroki zakres obliczeń, również takich, które są niezbędne do rozpoznania czyjejś twarzy albo wybrania następnego ruchu w partii szachów. Odmierzanie czasu to kolejny rodzaj obliczeń dokonywanych przez mózg: nie polega

ono na prostym liczeniu sekund, godzin i dni naszego życia, lecz na rozpoznawaniu i tworzeniu wzorców czasowych, takich jak skomplikowany rytm piosenki albo starannie zaplanowana w czasie sekwencja ruchów, umożliwiająca gimnastykowi wykonanie płynnego przewrotu. Odmierzanie czasu stanowi zasadniczy element przewidywania przyszłości. Jak wie każdy meteorolog, nie wystarczy obwieścić, że będzie padał deszcz; trzeba również przewidzieć, kiedy to nastąpi. Kiedy kot zrywa się do wyskoku, żeby pochwycić ptaka w locie, musi przewidzieć, gdzie ptak się znajdzie w następnej sekundzie. Z kolei wiadomo, że ptaki zapylające rośliny kontrolują czas, jaki upłynął od ich ostatniej wizyty przy konkretnym kwiecie, żeby przed następną wizytą umożliwić roślinie uzupełnienie zapasu nektaru23. Od umiejętności trafienia rzuconą włócznią w ruchomy cel, wypowiedzenia w odpowiednim momencie puenty żartu lub zagrania na fortepianie Sonaty księżycowej Beethovena aż do zdolności regulowania codziennych cykli snu i czuwania oraz miesięcznych cykli rozrodczych dosłownie każdy aspekt zwierzęcych zachowań i funkcji poznawczych wymaga odczuwania czasu. 3. Mózg to maszyna tworząca poczucie czasu. W odróżnieniu od wzroku lub słuchu nie mamy narządu zmysłu wykrywającego czas. Czas nie jest ani postacią energii, ani podstawową właściwością materii, które można by wykryć pomiarami fizycznymi. Mimo to w sposób bardzo podobny do świadomej percepcji barw przedmiotów (czyli długości fal odbitego promieniowania elektromagnetycznego) świadomie postrzegamy upływ czasu. Podobnie jak większość subiektywnych doświadczeń, nasze poczucie czasu podlega licznym złudzeniom i zniekształceniom. Taki sam okres – odmierzony zewnętrznym zegarem – w zależności od wielu czynników może sprawiać wrażenie, że mija w mgnieniu oka lub się ciągnie. Jednakże świadoma percepcja upływu czasu, zniekształcona lub nie, oraz wrażenie nieustannych zmian w otaczającym nas świecie należą do najlepiej znanych i niekwestionowanych przeżyć wszystkich ludzi. Chociaż właśnie to poczucie upływu czasu najbardziej koliduje z pojęciem czasu uznawanym przez wielu fizyków i filozofów.

4. Mózg umożliwia nam umysłowe podróże w czasie, w przód i wstecz. Wyścig o umiejętność przewidywania przyszłości bez trudu wygrali nasi przodkowie z podrodziny Homininae, kiedy posiedli zdolność rozumienia pojęcia czasu oraz dokonywania umysłowej projekcji samych siebie wstecz, w przeszłość, i naprzód, w przyszłość – czyli umysłowej podróży w czasie (rozdział 11). Jak się podobno wyraził Abraham Lincoln: „Najlepszy sposób przewidzenia przyszłości polega na jej stworzeniu”; dokładnie to umożliwiają nam umysłowe podróże w czasie. Przeszliśmy od przewidywania kapryśnych wyroków natury do tworzenia przyszłości poprzez uchylanie jej decyzji. Ceniony kanadyjski psycholog Endel Tulving ujął to następująco: „Wczesne oznaki nastawionej na przyszłość myśli i planowania obejmowały uczenie się używania ognia, chronienia go i rozniecania, wytwarzanie narzędzi, a następnie przechowywanie ich i noszenie. Wyposażanie zmarłych w składane do grobu dobra; uprawa roślin, owoców i warzyw; udomowianie zwierząt stanowiących źródło żywności i odzieży; (…) wszystkie powyższe działania reprezentują stosunkowo niedawne postępy ewolucji człowieka. Każde z nich zaś opiera się na świadomości istnienia przyszłości”24. Wszyscy na nowo przeżywamy w myślach radość lub smutek z powodu minionych zdarzeń i przeprowadzamy umysłowe symulacje alternatywnych wersji tych epizodów, żeby zbadać, do czego mogłyby doprowadzić. Wybiegamy też myślą w drugim kierunku, w przyszłość; za każdym razem gdy się czegoś lękamy lub o czymś marzymy, tworzymy symulacje różnych scenariuszy przyszłego życia w nadziei ustalenia najlepszego sposobu działania w teraźniejszości. Ludzie mogą być lub nie być jedynymi na tej planecie stworzeniami odbywającymi umysłowe podróże w czasie, ale na pewno jesteśmy jedynymi zwierzętami wykorzystującymi tę zdolność do rozważania możliwości rzeczywistego przenoszenia się w przeszłość lub przyszłość.

CZAS JAKO NAUCZYCIEL Osiemnastowieczny szkocki filozof David Hume zastanawiał się nad sposobem, w jaki pojmujemy świat – jak ustalamy relacje między

wydarzeniami zachodzącymi w różnych punktach przestrzeni i momentach w czasie. Podkreślał znaczenie trzech reguł leżących u podstaw ludzkiego zrozumienia: podobieństwa (analogii między przedmiotami i między wydarzeniami), styczności („bliskości” wydarzeń w czasie lub przestrzeni) oraz przyczyny i skutku. W odniesieniu do związku przyczynowoskutkowego Hume podał kilka zasad, które wykorzystujemy przy określaniu, czy dwa wydarzenia są ze sobą powiązane przyczynowo, w tym następujące:

1. Przyczynę i skutek musi łączyć stosunek styczności w przestrzeni i czasie. 2. Przyczyna musi się odznaczać pierwszeństwem w czasie względem skutku25.

Na szczęście nie trzeba czytać dzieł Hume’a, żeby wprowadzić takie zasady w życie, bowiem są one wbudowane w nasze mózgi na poziomie synaps i neuronów. Relacja czasowa między wydarzeniami należy do najważniejszych wskazówek, jakie mózg wykorzystuje, by się zorientować – jak to ujął William James – w „kolorowym, brzęczącym chaosie” informacji sensorycznych, atakujących nasze narządy zmysłów. Jak dziecko się uczy, że słowo „kot” odnosi się do puszystego czworonoga z ostrymi pazurami? W taki sposób, że gdy pierwsze dziesięć razy dziecko widzi kota, rodzice szczebioczą: „Popatrz, kotek!”. Innymi słowy, styczność czasowa między widokiem kota a dźwiękiem słowa „kot” umożliwia obwodom neuronalnym dziecka powiązanie ze sobą tych dwóch odrębnych bodźców. Jedna z najbardziej uniwersalnych form uczenia się w królestwie zwierząt, czyli warunkowanie klasyczne, odzwierciedla fundamentalne znaczenie styczności czasowej i kolejności dla funkcjonowania mózgu. Standardowy przykład warunkowania klasycznego to pies Pawłowa: wystarczy włączyć dzwonek (bodziec warunkowy) przed pokazaniem zwierzęciu mięsa (bodziec bezwarunkowy), a w końcu nauczy się ono wydzielać obficie ślinę w odpowiedzi na sam dźwięk dzwonka; może

przytoczę bardziej znajomy przykład: jeśli używasz otwieracza do konserw, żeby otworzyć puszkę z kocią karmą, kot może się nauczyć zjawiania się w kuchni na sam odgłos wydawany przez otwieracz. Chociaż dzwonek nie jest naprawdę przyczyną pojawiania się pokarmu, to w przypadku psa może za taką uchodzić. Warunkowanie klasyczne to prymitywny algorytm wykorzystywany przez zwierzęta do przewidywania, co się wydarzy w najbliższym czasie. Grzechotnik jest żywym, pełzającym przykładem eksperymentu z warunkowaniem klasycznym: dźwięk grzechotania służy jako bodziec warunkowy, oznaczający, że pod nogami może się znajdować wąż (bodziec bezwarunkowy). Hume nigdy by nie podejrzewał, jak ważna jest styczność czasowa dla funkcjonowania mózgu. Rozważmy próbę, przed którą staje mózg dziecka podczas rozpoznawania twarzy matki. Jej oblicze czasem pojawia się blisko, zatem jest duże, kiedy indziej zaś dziecko widzi je z oddalenia, a tym samym wydaje się ono mniejsze. W każdej odległości projekcja tego obrazu na siatkówce oka jest całkowicie różna (podobnie jak obraz tej samej osoby w zbliżeniu lub z odległości uruchomi odmienne wzorce pikseli w aparacie fotograficznym, tak samo w siatkówce uaktywnią się różne wzorce przestrzenne fotoreceptorów). Jak zatem dziecko się uczy, że wszystkie te odrębne obrazy odpowiadają osobie matki? Ten tak zwany problem niezmienności rozmiarów jest skomplikowany i nie wiadomo, w jaki sposób mózg go rozwiązuje. Według jednej z teorii wykorzystuje on właśnie styczność czasową. Częścią doświadczeń dziecka jest widok powiększania się i zmniejszania matki, gdy zbliża się ona lub oddala od dziecka. Jeśli mózg przyjmie założenie, że te bardzo odmienne obrazy odbijające się na siatkówce w styczności czasowej pochodzą od tego samego obiektu, w końcu się nauczy ogólnych reguł niezmienności rozmiarów: kolejno pojawiające się wzorce reprezentują ten sam obiekt w świecie zewnętrznym26. Można ująć to inaczej: należy przewidywać, że gdyby wyeliminowano styczność czasową – wyobraźmy sobie, że dziecko rozwija się w stroboskopowym świecie, w którym pojawiające się migawkowe obrazy obiektów jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki co dziesięć sekund przeskakują od małych rozmiarów do dużych i znowu do małych – zdolność rozpoznawania widzianego w różnej odległości obiektu jako jeden i ten sam przedmiot uległaby upośledzeniu.

Warunkowanie klasyczne i wiele innych form uczenia się oddają istotę asymetrii czasowej, wspomnianej przez Hume’a w drugiej zasadzie: przyczyna musi poprzedzać skutek. Kiedy Pawłow pokazywał psu mięso, zanim zadzwonił dzwonek, nie zachodziło warunkowanie. Warunkowanie klasyczne jest również bardzo czułe na stopień styczności czasowej, a konkretniej na odstęp między zdarzeniami. Kiedy Pawłow pokazywał psu mięso po upływie godziny od włączenia dzwonka, związek między dźwiękiem a pokarmem stawał się dla zwierzęcia absolutnie niedostrzegalny, chociaż dzwonek nadal zapowiadał pojawienie się pokarmu. Rzeczywiście, zwierzęta w większości wydają się niezdolne do połączenia ze sobą punktów czasowych różnych zdarzeń, rozdzielonych okresem liczonym w minutach lub godzinach, a tym bardziej w dniach bądź miesiącach27. Im dłuższy jest odstęp między dwoma zdarzeniami, tym trudniej wykryć ich związek. Warunkowanie klasyczne to krótkowzroczna forma uczenia się. Zrozumienie związku między zdarzeniami, które oddzielają od siebie całe dni, miesiące i lata, wymaga bardziej złożonych zdolności poznawczych. Nasza umiejętność określania czasu i odbywania umysłowych podróży w czasie umożliwia nam dostrzeżenie związku między seksem i narodzinami dziecka albo nasionami i drzewami. Jednak my także wykazujemy krótkowzroczność wobec relacji czasowych – gdyby papierosy powodowały raka już po tygodniu, a nie po wielu dekadach od rozpoczęcia palenia, przemysł tytoniowy nigdy nie osiągnąłby wartości liczonej w bilionach dolarów (rozdział 11).

KIERUNEK I MYLNY KIERUNEK CZASU Nie sposób przecenić wagi poznania relacji czasowej między zdarzeniami, których doświadczamy. Na przykład, jak zauważył psycholog kognitywista Steven Pinker, na ogół zakładamy, że porządek, w jakim są przedstawiane zdarzenia, odzwierciedla kolejność, w jakiej zachodziły. Stąd wynika dowcip powiedzonka: „Wzięli ślub i mieli dziecko – choć niekoniecznie w tej kolejności”. W większości języków łatwiej zrozumieć relację między zdarzeniami przedstawionymi zgodnie z kolejnością ich rozwoju28: zdanie

„Uśmiechnęła się przed odpakowaniem prezentu” łatwiej jest umysłowo przetworzyć niż „Zanim odpakowała prezent, uśmiechnęła się”. Przyjmowane przez mózg założenia dotyczące kolejności i odstępów czasowych umożliwiają nam rozumienie i przewidywanie rozgrywających się w świecie wydarzeń, lecz owe założenia mogą też być zwodnicze. Weźmy sztuczkę, w której iluzjonistka podnosi prawą ręką monetę ze stołu, następnie ekspresyjnie uderza zaciśniętymi w pięści dłońmi jedną o drugą, recytując „abrakadabra”, wreszcie pokazuje, że w żadnej ręce monety nie ma. Sztuczka opiera się na mylnym kierunku czasu29. Zgodnie z automatycznym założeniem zniknięcie monety spowodowało zdarzenie o największej styczności czasowej: zderzenie pięści i wypowiedziane z naciskiem słowo „abrakadabra”. Oczywiście w rzeczywistości monety w żadnej z dłoni nie było, gdyż sztuczka polega na zręczności iluzjonistki, która zsunęła monetę ze stołu w trakcie jej podnoszenia. Również i w tym przypadku im dłuższy jest odstęp między dwoma zdarzeniami, tym trudniej dostrzec łączący je związek. Wprowadzając przerwę między rzeczywistą przyczyną zniknięcia monety a ukazaniem pustych rąk, iluzjonistka wykorzystuje wbudowane w nasze mózgi założenie dotyczące czasu. W poprzedniej książce Brain Bugs opisałem przykład mylnego kierunku czasu, na jaki się natknąłem w Las Vegas, grając po raz pierwszy w blackjacka. Wiedziałem, że istotą blackjacka jest nadzieja, że dwie otrzymane od krupiera karty dadzą w sumie 21 punktów, a jeśli nie, to należy zdecydować, czy dobierze się kolejną kartę, ryzykując przy tym tak zwaną furę (przekroczenie 21 punktów). Przeciwnikiem gracza jest krupier, który gra jak automat, dobierając karty, aż suma punktów dojdzie do 17 lub więcej. Pomyślałem, że gdybym grał według tej samej strategii, moja szansa wygrania w dowolnym rozdaniu powinna wynosić 50:50. Wiedziałem oczywiście, że kasyno zawsze ma przewagę, ale nie umiałem odgadnąć, gdzie się ona kryje. Okazuje się, że zagadka przewagi kasyna jest prosta: jeśli „fura” wystąpi i u mnie, i u krupiera, to on wygrywa. Jednak dlaczego nie umiałem tego dostrzec? W istocie kasyno ukrywa przed nami swoją przewagę za pomocą mylnego kierunku czasu. Oto, w jaki sposób to działa: ponieważ gram jako pierwszy, po wystąpieniu u mnie „fury” krupier natychmiast zabiera moje karty i żetony, dając aż nadto wyraźnie do zrozumienia, że dla mnie gra się skończyła. Następnie rozgrywa do końca rundę z pozostałymi graczami, zanim odsłoni własne

karty. W tym momencie, jeśli nadal będę siedział przy stole, być może się przekonam, że krupier również ma „furę”, zatem nasza gra powinna była zakończyć się remisem. Nie umiałem dostrzec przewagi kasyna, gdyż kryła się w przyszłości: normalny związek przyczynowo-skutkowy został na pewien czas odwrócony. W pewnym sensie w rozdaniach, w których obaj mieliśmy „furę”, skutek mojej przegranej poprzedzał przyczynę: moje karty i żetony znikały ze stołu (skutek), zanim się dowiedziałem, czy przegrałem z krupierem, czy zremisowałem. Trudno mi było zauważyć przewagę kasyna, gdyż przestawałem jej szukać po tym, kiedy odpadałem już z gry. Kasyna, wykorzystując to czasowe „martwe pole”, ukrywają sposób, w jaki reguły gry zostały sfałszowane na ich korzyść30.

SYNAPTYCZNY ZWIĄZEK PRZYCZYNOWO-SKUTKOWY Bez względu na to, czy żyjemy w utrwalonym, eternalistycznym wszechświecie blokowym, gdzie upływ czasu okazuje się tylko złudzeniem, kolejność zdarzeń i odstęp między nimi rzeźbi nasze neuronalne obwody. Przedstawione przez Hume’a zasady są praktycznie algorytmami określającymi schemat mózgowych połączeń. Na przykład czasowa asymetria przyczyny i skutku jest zakodowana na najbardziej fundamentalnym poziomie mózgu. Mózg jest zbudowany z sieci liczącej blisko 100 miliardów neuronów komunikujących się ze sobą poprzez setki bilionów synaps31. Podobnie jak większość elementów dokonujących obliczeń, z tranzystorami komputera włącznie, neurony odbierają sygnały wejściowe i wytwarzają sygnały wyjściowe (ryc. 2.1). Jednak w porównaniu z tranzystorami neurony to ekstrawertycy. Tranzystor w przeciętnym układzie scalonym komputera jest połączony może z kilkudziesięcioma innymi; w przeciwieństwie do niego przeciętny neuron łączy się z tysiącami innych komórek nerwowych. Rolę tych połączeń odgrywają synapsy, złącza pomiędzy dwoma neuronami: presynaptycznym, wysyłającym sygnał, i postsynaptycznym, który sygnał odbiera. Sygnały wejściowe docierają do każdego neuronu od jego presynaptycznych partnerów, „przemawiających” doń bioelektrycznym szeptem. Synapsy pobudzające skłaniają neuron postsynaptyczny do

„odpalenia”, czyli do wytwarzania sygnału wyjściowego w postaci impulsu elektrycznego, wysłanego do wszystkich znajdujących się dalej neuronów (jego własnych postsynaptycznych partnerów). W przeciwieństwie do nich synapsy hamujące starają się nakłonić neuron postsynaptyczny, by siedział cicho. Zawierający takie mnóstwo neuronów układ nerwowy tworzy schemat połączeń z piekła rodem. Co decyduje o tym, które neurony łączą się ze sobą?

19 H.G. Wells, Wehikuł czasu, przeł. F. Wermiński, https://wolnelektury.pl (przyp. tłum.). 20 W rzeczywistości istnieje kilka dzieł o prawdziwych podróżach w czasie, poprzedzających Wehikuł czasu, między innymi powieść El Anacronópete, którą napisał hiszpański autor Enrique Gaspard. Muszę podkreślić, że moja wiedza o literaturze jest bardzo ograniczona i z pewnością nie przeprowadziłem wyczerpujących badań nad obecnością w beletrystyce wątku podróży w czasie. Zatem prawdopodobnie istnieją pewne wyjątki od stwierdzenia, że motyw prawdziwej podróży w czasie pojawił się dopiero pod koniec XIX wieku. 21 Nawet jeśli przeszłość i przyszłość są równie rzeczywiste jak teraźniejszość, a prawa fizyki nie wykluczają wyraźnie podróży w czasie, to równie dobrze mogą sprzysięgać się, by zagwarantować, że taka podróż w praktyce jest niemożliwa – Stephen Hawking nazwał ten pogląd „przypuszczeniem ochrony chronologii”. O możliwości podróży w czasie i związanych z nimi zagadnieniach fizycznych napisano wiele znakomitych książek popularnonaukowych i artykułów, w tym następujące: Davies, 2002; Thorne, 1995; Carroll, 2010; Davies, 2012. 22 Dennett, 1991, s. 177; Clark, 2013. 23 Henderson et al., 2006. 24 Tulving, 2005. 25 Hume, 1739/1963, s. 41. 26 Földiák, 1991; Wiskott i Sejnowski, 2002; DiCarlo i Cox, 2007. 27 W warunkowaniu klasycznym istnieje pewien wyjątek. U ludzi i innych zwierząt rozwinie się uwarunkowana awersja smakowa w reakcji na zjedzenie pokarmu i wystąpienie nudności, nawet jeśli opóźnienie między jedzeniem a zachorowaniem wyniesie wiele godzin (Buonomano, 2011). 28 Pinker, 2016. 29 Fraps, 2014. 30 W rzeczywistości istnieje asymetria działająca na korzyść gościa kasyna. Jeśli zdobędę dokładnie 21 punktów, natychmiast wygram i nie będzie miało znaczenia, czy krupier także uzyska 21. Oczywiście szansa uzyskania sumy kart wynoszącej dokładnie 21 punktów jest mniejsza niż prawdopodobieństwo przekroczenia tej liczby. Relacja z tej historii została również zamieszczona w: Buonomano, 2011. 31 Beaulieu et al., 1992; Shepherd, 1998; Herculano-Houzel, 2009.

Ryc. 2.1. Neurony i synapsy. Rycina przedstawia dwa neurony kory mózgowej. Akson dolnego neuronu presynaptycznego łączy się z dendrytem górnego neuronu postsynaptycznego poprzez synapsę (niewidoczną na rycinie). Potencjał czynnościowy – szybko narastająca „iglica” napięcia – w neuronie presynaptycznym powoduje niewielki wzrost napięcia w neuronie postsynaptycznym, nazywany pobudzającym potencjałem postsynaptycznym (ang. excitatory postsynaptic potential, EPSP). (Przedruk zmodyfikowany za zgodą z: Feldmeyer et al., 2002)

Możemy się posłużyć uproszczoną analogią między układem nerwowym a internetem, który również jest siecią połączonych ze sobą elementów. Pomyślmy o stronach internetowych jako o neuronach, a jednokierunkowe łącza między nimi uznajmy za synapsy. To, które strony łączą się ze sobą, w większości przypadków narzuciły siły zewnętrzne: ludzcy programiści. Jednak mózg musi sam tworzyć połączenia, nie ma bowiem głównego programisty. Ponadto w odróżnieniu od internetu w przypadku mózgu chodzi nie tylko o to, które elementy ze sobą połączyć, lecz także o siłę działania każdego połączenia. Siła działania synapsy oznacza stopień, w jakim neuron presynaptyczny wpływa na zachowanie postsynaptycznego. Silna synapsa pobudzająca pomiędzy neuronami A i B oznacza, że potencjał iglicowy neuronu A prawdopodobnie doprowadzi neuron B do „odpalenia”, natomiast bardzo słaba synapsa pomiędzy neuronami A i B oznacza, iż B w gruncie rzeczy nic nie obchodzą polecenia neuronu A. To, które neurony łączą się ze sobą, a także siłę działania synapsy pomiędzy nimi częściowo określają synaptyczne algorytmy – tak zwane reguły plastyczności synaptycznej – zakodowane w naszych genach. Zatem geny nie kodują siły działania synaps, lecz określają algorytmy rządzące tą siłą32. Szczególnie jedna z reguł plastyczności synaptycznej – plastyczność zależna od wzorca czasowego potencjałów iglicowych (ang. spike-timingdependent plasticity, STDP) – stanowi piękną ilustrację sposobu, w jaki asymetria czasowa przyczyny i skutku jest wbudowana w nasze synapsy. Weźmy dwa neurony przedstawione na rycinie 2.2: neuron A łączy się z B,

→B

z kolei neuron B jest połączony z A. Istnieją zatem dwie synapsy: A

→

oraz B A. Można by powiedzieć, że omawiane neurony łączy połączenie powrotne: neuron A jest źródłem sygnału wejściowego dla neuronu B i na odwrót. Załóżmy teraz, że każdy neuron jest sterowany przez odrębne zdarzenie zachodzące w świecie zewnętrznym. Posiadaczem tych neuronów może być dziecko imieniem Zoe, neuronem A steruje dźwięk głoski z, a neuronem B dźwięk głoski o; wobec tego za każdym razem gdy rodzice wymawiają imię Zoe, neuron A „odpala” impuls tuż przed neuronem B. Przyjmijmy w tej dyskusji, że neuron A stale wysyła impuls 25 milisekund

przed neuronem B. Zadanie reguły plastyczności synaptycznej polega na wzmacnianiu lub osłabianiu działania synaps w zależności od wzorca aktywności neuronów presynaptycznych i postsynaptycznych. W tym przypadku mechanizm STDP będzie preferencyjnie wzmacniał działanie

→

→

synapsy A B i osłabiał synapsę B A. Odkrycie tej prostej reguły plastyczności zajęło neuronaukowcom zaskakująco dużo czasu. Mechanizm STDP wykazano ponad wszelką wątpliwość dopiero w latach dziewięćdziesiątych XX wieku33. Natychmiast jednak uświadomiono sobie jego elegancję: omawiana reguła wprowadza bowiem neuronalny wykrywacz związku przyczynowo-skutkowego. Jeśli neuron A „odpala” impuls przed neuronem B, to prawdopodobnie przyczynia się do wysłania impulsu przez B, zatem działanie tej synapsy ulega wzmocnieniu.

→

Natomiast synapsa B A zawsze tylko traci siły na darmo – jak ktoś stale przypominający o zamknięciu drzwi, kiedy są już zamknięte – zatem jej działanie ulega osłabieniu (a ostatecznie może w ogóle zaniknąć).

32 Trochę upraszczam to zagadnienie. Istnieją w mózgu pewne połączenia i przypadki siły działania synaps, którymi bezpośrednio zawiadują geny, ale w korze mózgowej prawdopodobnie siłę działania większości synaps określa interakcja między regułami plastyczności synaptycznej i przebytymi doświadczeniami. 33 Pierwsze artykuły na temat plastyczności zależnej od wzorca czasowego potencjałów iglicowych opublikowali: Debanne et al., 1994; Markram et al., 1997; Bi i Poo, 1998; istnienie podobnych reguł odkryli w latach osiemdziesiątych XX wieku autorzy wcześniejszej pracy (Levy i Steward, 1983). W praktyce działa wiele różnych wersji reguły STDP. Na ogół jednak stopień wzmocnienia lub depresji synapsy pod wpływem danego odstępu czasowego może wykazywać ogromne różnice, mamy też do czynienia z generalną asymetrią, co oznacza, że stopień wzmocnienia lub depresji przy jednakowej bezwzględnej długości odstępu jest różny (Abbott i Nelson, 2000; Karmarkar et al., 2002).

Ryc. 2.2. Plastyczność zależna od wzorca czasowego potencjałów iglicowych. Dwa neurony są połączone ze sobą dwiema synapsami (przedstawionymi w postaci czarnych trójkątów). Jeśli dolny neuron będzie stale wysyłał impuls przed górnym, synapsa przewodząca pobudzenie od neuronu dolnego do górnego będzie działała silniej (wzmocnienie synaptyczne), a synapsa przewodząca od neuronu górnego do dolnego będzie słabła (depresja synaptyczna).

Uważa się, że zdolność synaps do uczenia się relacji przyczynowoskutkowych między neuronami częściowo odpowiada za zdolność mózgu do uczenia się związków między zdarzeniami w świecie zewnętrznym. W naszym przykładzie reguła plastyczności STDP może pomóc neuronom w stworzeniu wzorca reakcji na sekwencję głosek z-o-e, lecz nie na rzadko słyszaną e-o-z, a tym samym pomóc Zoe w nauce rozpoznawania własnego imienia. Jednak STDP to po prostu jedna z wielu reguł plastyczności w mózgowym arsenale. W istocie STDP działa w obszarze największej rozdzielczości czasowej, czytelnej dla układu nerwowego – różnica czasu występowania postsynaptycznego potencjału iglicowego rzędu paru milisekund może przesądzić o osłabieniu lub wzmocnieniu działania synapsy. Reguła STDP nie jest w stanie wychwycić relacji między wydarzeniami, które rozdziela odstęp czasowy liczony w sekundach albo dłuższy. Do tego potrzebne są mechanizmy bardziej złożone niż te oparte na dwóch izolowanych neuronach – będzie to wymagało licznych populacji neuronów. Jednak tak czy inaczej neurony i synapsy w naszych mózgach potrafią łączyć ze sobą punkty czasowe zdarzeń, oddzielone krótkimi i długimi odstępami, umożliwiając nam połapanie się w rozgrywających się wokół nas wydarzeniach.

ODMIERZANIE CZASU W RÓŻNYCH SKALACH Zamknij oczy i skup się na jednym odgłosie z otoczenia – może na szumie jakiegoś urządzenia. Bez trudu odróżnisz, czy dźwięk dochodzi z lewej, czy z prawej strony. Jednak w jaki sposób mózg odgaduje, gdzie w przestrzeni ów dźwięk powstaje? Otóż dźwięk dochodzący z lewej strony dociera do prawego ucha trochę później niż do lewego. Tak zwana międzyuszna różnica czasu (ang. interaural time delay, ITD) zależy od prędkości dźwięku oraz wielkości głowy. W przypadku ludzi wyczuwalne opóźnienie może wynosić około 10 mikrosekund – tysiąckrotnie mniej od rozdzielczości chronometrów używanych do pomiaru czasu biegu na 100 metrów podczas igrzysk olimpijskich. Części mózgu odpowiedzialne za

przetwarzanie dźwięku muszą dokonywać pomiarów tych opóźnień, żeby obliczać położenie źródeł dźwięku. Ewolucja wykorzystała fakt, że prędkość rozchodzenia się dźwięku jest dość stała, zatem przestrzeń i czas uzupełniają się nawzajem – odmierzanie czasu umożliwia nam również „odmierzanie” przestrzeni. Nasza zdolność odmierzania czasu działa w sposób najbardziej godny podziwu w nieco dłuższej skali czasowej, w zakresie od dziesiątek milisekund do około sekundy. W tym przedziale potrafimy nie tylko szacować odstęp w czasie między dwoma zdarzeniami, lecz także analizować i interpretować złożone wzorce czasowe w muzyce i mowie. Na przykład czas trwania sylab lub pauzy w mowie pomagają wyznaczyć granice między słowami, przykładowo w wyrażeniach „śpiewają, co się da” i „śpiewająco się da”. Czas trwania słów i tempo wypowiedzi składają się na prozodię mowy, wyrażającą stan emocjonalny mówiącego – porównajmy ospały wzorzec wypowiadania się osoby cierpiącej na kliniczną depresję z pełną werwy mową podekscytowanego nastolatka. To samo dotyczy muzyki. Jak wskazują muzyczne terminy grave i allegro, powolne i szybkie tempo utworu muzycznego może służyć do stworzenia nastroju, odpowiednio: smutku i szczęścia. Podobnie jak potrafimy w relacji między punktami na obrazie Seurata dostrzec twarz, umiemy też pojąć całość z relacji czasowych między częściami mowy lub utworu muzycznego. Jednakże możemy wykrywać takie wzorce czasowe w bardzo wąskiej skali, wynoszącej około jednej sekundy. Jeżeli za bardzo spowolnimy mowę, stanie się niezrozumiała, a jeśli zbytnio przyspieszymy tempo odtwarzania utworu, przestanie on być muzyką (rozdział 5). Odmierzanie czasu to coś innego niż proces świadomej percepcji upływu czasu. Po prostu świadomość działa za wolno, byśmy w czasie rzeczywistym zdawali sobie sprawę z długości pauz między słowami albo wyliczyli moment, w którym powinniśmy wyciągnąć rękę, żeby złapać piłkę. Jednak w skali sekund bądź w dłuższych okresach nie tylko mamy świadomość upływu czasu, lecz także potrafimy z grubsza określić, ile czasu upłynęło między różnymi zdarzeniami. Umiemy świadomie przewidzieć, kiedy zamiast czerwonego światła zapali się zielone. Wyczuwamy, że blok telewizyjnych reklam ma się ku końcowi i wkrótce znowu będzie można śledzić akcję filmu. W przenośni odliczamy sekundy,

niecierpliwie czekając w kolejce, aż stojący przed nami dżentelmen podejmie decyzję, czy zamówić również frytki. * Mózg jest wytworem doboru naturalnego, a zatem został „zaprojektowany” w sposób umożliwiający mu przetrwanie w surowym i bezustannie zmieniającym się świecie. Jak się okazuje, jeden z najlepszych sposobów radzenia sobie w takim świecie polega na zdolności przewidywania, co się stanie w przyszłości i kiedy to nastąpi. Zatem mózg jest zarazem maszyną służącą do przewidywania i do odmierzania czasu. Umożliwia ilościową ocenę upływu czasu w zakresie obejmującym ponad 12 rzędów wielkości – od drobnych różnic w czasie, jaki zajmuje dźwiękowi dotarcie do prawego i lewego ucha, aż do zdolności przewidywania przez niektóre zwierzęta nadejścia pór roku. W otoczeniu mamy mnóstwo zegarów: na przegubie ręki, w smartfonie, samochodzie, w wielu różnych urządzeniach, na ścianie i na ekranie komputera. Okazuje się, że zegary są nie tylko w naszym otoczeniu, lecz także wewnątrz nas samych. Mózgi i organizmy ludzi oraz innych zwierząt odmierzają czas – nawet pojedyncza komórka wątroby potrafi wyczuwać porę dnia. Jednak w jaki sposób mózg odmierza czas? Która jego część to robi? Wiemy obecnie, że nie ma na te pytania pojedynczych odpowiedzi. Ewolucja obdarzyła mózg licznymi mechanizmami odmierzania czasu. Ta strategia odmiennych zegarów do różnych skal czasu – którą będę nazywał „zasadą wielu zegarów” – tworzy kontrast z zegarami skonstruowanymi przez człowieka. Nawet najprostszy noszony na nadgarstku zegarek elektroniczny dokładnie mierzy setne części sekundy, sekundy, minuty, godziny, dni i miesiące. Jednakże obwody neuronalne w mózgu odpowiedzialne za odmierzanie tempa V symfonii Beethovena nie mają sekundnika, a obwody zawiadujące naszym cyklem snu i czuwania nie mają wskazówki godzinowej. Chociaż w pierwszej chwili to zapewne sprzeczne z intuicją, jeśli weźmiemy pod uwagę fundamentalne znaczenie czasu dla wszystkich aspektów zachowania i funkcji poznawczych oraz istnienie odrębnych problemów czasowych, jakie mózg musi rozwiązywać – dojdziemy do wniosku, że dokładnie tego powinniśmy oczekiwać.

3:00 Dzień i noc Równie dobrze możemy spojrzeć prawdzie w oczy: czas to jedna z rzeczy, których prawdopodobnie nie potrafimy zdefiniować. (…) Tak czy owak, naprawdę liczy się nie to, jak definiujemy czas, tylko to, jak go mierzymy. Richard Feynman

Oto jedna z najmniej istotnych tajemnic w całej nauce: dlaczego myszy uwielbiają biegać w kołowrotku? Każdy, kto hodował mysz lub szczura albo obserwował jedno z tych zwierząt w sklepie zoologicznym, prawdopodobnie zauważył ich bezgraniczny entuzjazm, z jakim oddają się bieganiu w kołowrotku. Ale po co biegają? Nie wydaje się, żeby przyczyna polegała po prostu na tym, iż te nieszczęsne istoty nie mają lepszego zajęcia. Słyszy się opowieści o żyjących na swobodzie myszach znajdowanych w porzuconym w garażu kołowrotku i o laboratoryjnych szczurach, które zdołały uciec z klatek tylko po to, by ponownie dać się schwytać, ponieważ postanowiły sobie pobiegać w tym urządzeniu. Te popularne opowieści potwierdziło badanie, w którym biolodzy umieścili w naturalnych siedliskach gryzoni kołowrotki i ukryte kamery, zatem mogli obserwować dzikie myszy biegające w kołowrotku, wyskakujące z niego i wskakujące z powrotem34. Gryzonie, niczym nastolatki wydające zarobione ciężką pracą pieniądze na gry zręcznościowe, gotowe są nawet „pracować”, by sobie pobiegać. Jeśli kołowrotek będzie wyposażony w hamulec, szczury będą napierały na dźwignię, żeby się w nim pokręcić35. Bieganie w kołowrotku ma nawet swoje mroczne oblicze. Kiedy szczury hoduje się na zubożonej karmie, bieganie w kołowrotku może niekorzystnie odbijać się na ich zdrowiu. Szczury, którym ogranicza się pokarm, biegają w kołowrotku więcej i w porównaniu ze szczurami otrzymującymi taką

samą ilość karmy, lecz pozbawionymi dostępu do kołowrotka, częściej chorują i cechuje je wyższy współczynnik umieralności36. Bez względu na to, czy kiedykolwiek rozwikłamy tę drobną tajemnicę, fakt kompulsywnego korzystania z kołowrotka przez myszy, szczury i chomiki ogromnie pogłębił naszą wiedzę o sposobie odczuwania przez mózg czasu, a przynajmniej pory dnia. Diagram przedstawiony na rycinie 3.1 nosi nazwę aktogramu. Odzwierciedla on wzorzec biegania myszy w kołowrotku; pionowy znaczek na wykresie oznacza za każdym razem pełny obrót poruszanego przez mysz kołowrotka. Dla lepszego uwidocznienia wyników i uniknięcia przerw w ciągłości wykresu w którymkolwiek dwudziestoczterogodzinnym okresie diagram sporządzono metodą podwójnego zaznaczania, co oznacza, że aktywność zwierzęcia w kolejnych dniach zaznaczano na prawo od poprzedniego dnia oraz poniżej. Czarno-biały pasek na górze diagramu oznacza dwudziestoczterogodzinny cykl składający się z okresów, w których pomieszczenie było oświetlone lub zaciemnione. Myszy i szczury to stworzenia nocne, zatem wolą biegać nocą, choć w laboratorium ich „noc” dla nas może być dniem, ponieważ chronobiolodzy często zamieniają pory oświetlenia–zaciemnienia pomieszczeń, w których trzymane są myszy, żeby doktoranci badający te zwierzęta nie musieli przesiadywać po nocach. Wykres pokazuje, że kiedy światła gasły, mysz zaczynała biegać, na przemian wskakując do kołowrotka i wyskakując z niego przez całą noc. Po kilku dniach badacze przestawili warunki na stałe zaciemnienie. Widzimy, że nawet przy braku jakichkolwiek zewnętrznych wskazówek co do pory „dnia” lub „nocy” mysz nadal wykazywała stabilny rytm składający się na przemian z aktywności i odpoczynku. Jednakże w ciągłej ciemności zaczyna się dziać coś interesującego: długość okresu cyklu zaczyna odchodzić od normalnego, dwudziestoczterogodzinnego dnia i się skraca, jak to wskazuje stopniowe przesunięcie wykresu w lewo. Zatem rytm snu i czuwania – przynajmniej u myszy – nie odpowiada dokładnie cyklowi trwającemu 24 godziny.

34 Meijer i Robbers, 2014. 35 Pierce et al., 1986. 36 Routtenberg i Kuznesof, 1967; Morrow et al., 1997; Gutierrez, 2013.

Ryc. 3.1. Aktogramy przedstawiające bieganie myszy w kołowrotku. Nocną aktywność myszy obrazują czarne znaczki oznaczające obroty kołowrotka. Kiedy myszy trzymano w ciągłej ciemności, ich rytm dobowy był zgodny z okresem wynoszącym w przybliżeniu 23,5 godziny, co powodowało stopniowe przesuwanie się w lewo wykresu wzorca aktywności. Aktogramy sporządzono metodą podwójnego zaznaczania, co oznacza, że ten sam dwudziestoczterogodzinny okres jest przedstawiony na końcu rzędu i na początku rzędu poniżej. (Zmodyfikowany wykres z: Yang et al., 2012, na licencji CC BY)

Przez tysiące lat uważano, że dzienne fluktuacje snu i aktywności u ludzi oraz innych zwierząt podlegają wpływom zewnętrznych wskazówek, przede wszystkim wschodu i zachodu słońca. Jednak eksperymenty podobne do tego, którego wyniki przedstawia rycina 3.1, pomogły ustalić, że nawet przy braku zewnętrznych wskazówek zwierzęta nadal wykazują oscylacje snu, aktywności, odżywiania się i ciepłoty ciała. Cykle te dowodzą, że musi istnieć jakiś wewnętrzny zegar okołodobowy, zawiadujący dziennymi rytmami naszego życia. Na ile sprawny jest zegar okołodobowy i jak wypada w porównaniu z zegarami skonstruowanymi przez człowieka? Sprawność działania zegarów – biologicznych lub różnorodnych dzieł ludzkiej ręki – można mierzyć ich precyzją oraz dokładnością. Precyzja oznacza średnie odchylenie po wielu cyklach oscylatora, a dokładność odnosi się do tego, jak bardzo zbliżony jest przeciętny okres do jakiegoś okresu docelowego lub żądanego. Jeśli okres drgań wahadła powinien wynosić 1 sekundę, lecz zamiast tego średni okres wynosi 0,8 sekundy, to wahadło nie jest zbyt dokładnym instrumentem (błąd wynosi 20 procent). Natomiast jeśli przez dziesiątki tysięcy cykli drgań wahadła minimalny i maksymalny okres utrzymuje się w zakresie wartości od 0,79999 do 0,80001 sekundy, to wskazania są bardzo precyzyjne. Jak widać na rycinie 3.1, okres zegara okołodobowego nie ma dokładnie 24 godzin, lecz naturalne cykle przebiegają zgodnie z okresem zbliżonym do 23,5 godziny37. Zatem w stosunku do czasu, jaki naszej planecie zajmuje wykonanie pełnego obrotu, zegar okołodobowy działa dość dokładnie – długość okresu 23,5 godziny oznacza błąd wynoszący 2 procent. Na ogół zwierzęta nocne mają cykle okołodobowe o okresach krótszych niż 24 godziny, natomiast u stworzeń o dziennym trybie życia, takich jak ludzie, zegary okołodobowe przeważnie działają według wewnętrznych okresów nieco dłuższych niż 24 godziny. Większe wrażenie robi precyzja zegara okołodobowego. Możemy to zobaczyć na rycinie 3.1 – zauważmy, że przesunięcie pory aktywności w stronę coraz wcześniejszych godzin jest w każdym dniu (w poszczególnych rzędach) mniej więcej takie samo. Wyniki badań wykazują, że w dniach stałej ciemności odchylenie standardowe godziny, o której mysz zaczyna biegać, może wynosić zaledwie od 10 do 20 minut,

zatem precyzja zegara o okresie 23,5 godziny przyjmuje wartość około 1 procent38. Przypuszczalnie to właśnie ta imponująca precyzja zegara okołodobowego przyczynia się do cechującej niektóre osoby zdolności budzenia się mniej więcej o żądanej godzinie. William James wspomniał o tym w swoim opus magnum, książce The Principles of Psychology: „Przez całe życie zdumiewała mnie dokładność, z jaką budzę się co do minuty każdego ranka po każdej nocy”. Jednak w warunkach laboratoryjnych zdolność samodzielnego budzenia się rzadko bywa tak dokładna, jak oceniają ją sami badani – w istocie prawdopodobne jest, że ta umiejętność częściowo opiera się na zdolności śpiącego mózgu do odbierania jakichś zewnętrznych wskazówek39. Niemniej, jak się przekonamy w rozdziale 7, jednoprocentowa precyzja przewyższa wszystkie zegary konstruowane przez człowieka aż do XVII wieku, kiedy to Christiaan Huygens odkrył sposób budowania pierwszych zegarów wahadłowych o dużej precyzji.

EKSPERYMENTY ZWIĄZANE Z IZOLACJĄ Rytmy okołodobowe, obserwowane przy braku jakichkolwiek zewnętrznych sygnałów, nazywa się rytmami swobodnie biegnącymi. Badanie okołodobowych rytmów swobodnie biegnących u ludzi wymaga znalezienia osób, które zechcą poddać się całkowitej izolacji od świata zewnętrznego przez wiele dni lub nawet miesięcy. W 1972 roku w ramach jednego z najsłynniejszych tego rodzaju eksperymentów francuski geolog Michel Siffre spędził sześć miesięcy w jaskini w Teksasie. Eksperyment przeprowadzono przy wsparciu NASA, gdyż ta instytucja przewidywała potrzebę poznania wpływów długotrwałego odosobnienia na ciało i umysł człowieka, miała bowiem na uwadze potencjalne loty międzyplanetarne. Ukryty w głębi jaskini Siffre był zaopatrzony w wielką ilość żywności i wody, proste wyposażenie biwakowe oraz aparaturę do rejestrowania wzorców snu. Nie było tam żadnych zewnętrznych zmian oświetlenia ani znaczących fluktuacji temperatury, które mogłyby podpowiadać badanemu porę dnia. Siffre pozostawał pod działaniem rytmów swobodnie

biegnących, ale w odróżnieniu od badanej w ten sam sposób laboratoryjnej myszy nie przebywał w całkowitej ciemności; w każdej chwili mógł zatelefonować do jednostki naziemnej i prosić o włączenie lub wyłączenie oświetlenia jaskini. Eksperymenty na myszach polegające na trzymaniu zwierząt w izolacji nie przysparzają im, jak się wydaje, nienormalnie wysokiego stresu fizjologicznego bądź znaczących cierpień psychicznych. Nietrudno wyobrazić sobie dziką mysz bytującą w jaskini lub piwnicy, odizolowaną od wszelkich źródeł światła przez wiele dni. Ponadto dla gryzoni wzrok nie jest tak ważny jak dla ludzi – myszy i szczury jako zwierzęta nocne ogromnie polegają w poruszaniu się na słuchu i zestawie bardzo rozwiniętych włosów czuciowych. Dla ludzi eksperymenty związane z izolacją są o wiele cięższe. Istotnie, Siffre przechodził napady depresji, miał zaburzenia umysłowe i luki w pamięci oraz myśli samobójcze, a jego zegar okołodobowy zwariował. W ciągu kilku pierwszych dni jego cykl okołodobowy wydłużył się do 25–26 godzin, lecz z czasem wykazywał duże wahania, przechodząc niekiedy na cykle z okresem czterdziestoośmiogodzinnym, przy których Siffre sypiał po 16 godzin i czuwał przez ponad 32 godziny. W 179. dniu badania Siffre otrzymał powiadomienie o zakończeniu eksperymentu. To go zaskoczyło, bowiem według własnej rachuby czasu przebywał w jaskini 151 dni – pomylił się o 16 procent. Czas w gruncie rzeczy się dla niego wydłużył, a jego wewnętrzne poczucie czasu zwolniło w stosunku do czasu obiektywnego. Biorąc pod uwagę obezwładniającą nudę izolacji, aż trudno sobie wyobrazić, że badany zaniżył ilość czasu, jaki upłynął. Jednak tego rodzaju wydłużenie czasu zaobserwowano w wielu eksperymentach dotyczących izolacji, przeprowadzonych z udziałem ludzi. W 1988 roku Véronique Le Guen spędziła w jaskini we Francji 111 dni w izolacji, a kiedy nadeszła pora opuszczenia miejsca odosobnienia, uważała, że upłynęły 42 dni! W 1989 roku włoska dekoratorka wnętrz Stefania Follini spędziła cztery miesiące w jaskini na głębokości 15 metrów. Po prawie czterech miesiącach uważała, że upłynęły zaledwie dwa miesiące. W 1993 roku włoski socjolog spędził rok w izolacji w jaskini, a gdy wyszedł stamtąd 5 grudnia, był przekonany, że jest 6 czerwca40. Wartość naukową tych eksperymentów ogranicza fakt, że badani mogli nie być tak dobrze odizolowani od wskazówek ukazujących cykl

okołodobowy, jak się może wydawać. Jaskinie mają swoje biomy, obejmujące między innymi nietoperze i owady, które mogą bytującej w grocie osobie umożliwiać świadomy lub nieświadomy odbiór poszlak wskazujących upływ czasu na zewnątrz. Na przykład Siffre opisywał nieudane próby znalezienia sobie towarzysza w postaci żyjącej w jaskini myszy, która przypuszczalnie zjawiała się raczej nocą. Chronobiolodzy, chcąc uporać się z tymi ograniczeniami i wyeliminować potrzebę długotrwałego przebywania badanych i naukowców w odległych rejonach, przeprowadzali eksperymenty związane z izolacją w specjalnych pracowniach lub bunkrach. Publikacja z 1985 roku zawiera opis badania z udziałem 42 ochotników, którzy spędzili w izolacji od tygodnia do miesiąca. Badani przebywali samotnie w bunkrze, gdzie nie otrzymywali żadnych informacji o rzeczywistym upływie czasu na zewnątrz. Sami przyrządzali sobie posiłki, mogli też dowolnie włączać i wyłączać oświetlenie. Mieli sporządzać raporty dotyczące godzin snu i czuwania, bezustannie monitorowano ich ciepłotę ciała. Także w tym wypadku większość uczestników badania uważała, że eksperyment trwał o 20–40 procent krócej niż w rzeczywistości41. Podobnie jak w eksperymentach przeprowadzanych w jaskiniach – w przeciwieństwie do badań na gryzoniach – okres okołodobowy badanych często ulegał wahaniom, zamiast stabilizować się w postaci precyzyjnych i powtarzalnych cykli. Cykle snu i czuwania nie są jedynym sposobem pomiaru funkcji, za które odpowiada zegar okołodobowy. Fluktuacje zgodne z porą dnia wykazuje wiele parametrów fizjologicznych. Na przykład ciepłota ciała u człowieka w rzeczywistości nie ma stałej wartości około 37°C. Wykazuje ona fluktuacje wokół tej średniej wartości i na ogół osiąga szczyt we wczesnych godzinach wieczornych. U wielu osób okres rytmu ciepłoty ciała pozostawał bliski wartości 24 godzin, nawet jeśli cykl snu i czuwania skracał się aż do 20 godzin albo wydłużał do 40 godzin. Dzięki temu otrzymaliśmy ważną informację, że mamy wewnątrz więcej zegarów okołodobowych niż jeden i że ich wskazania nie zawsze zgadzają się ze sobą.

JĄDRO NADSKRZYŻOWANIOWE

W dolnej części mózgu znajduje się struktura zwana podwzgórzem. W dolnej zaś części podwzgórza, nad skrzyżowaniem nerwów przesyłających sygnały z lewej i prawej gałki ocznej – tak zwanym skrzyżowaniem wzrokowym – znajduje się opatrzone stosowną nazwą jądro nadskrzyżowaniowe42. Od lat siedemdziesiątych XX wieku wiadomo, że gryzonie z uszkodzonym jądrem nadskrzyżowaniowym mają cykle snu całkowicie odmienne od okołodobowych. Zwierzęta te sypiają w ciągu krótkich okresów rozsianych w całej porze dziennej i nocnej. Na podstawie tych spostrzeżeń wysunięto wówczas hipotezę, że jądro nadskrzyżowaniowe to główny ośrodek zegara okołodobowego. Dowód pojawił się w latach osiemdziesiątych dzięki serii zbliżonych do siebie eksperymentów. Jednym z najbardziej nieodpartych argumentów stał się wynik doświadczenia opartego zasadniczo na przeszczepieniu części mózgu43. Chomiki pozostające pod wpływem rytmu swobodnie biegnącego cechuje okres cyklu snu i czuwania bardzo zbliżony do dwudziestoczterogodzinnego. Istnieje jednak mutacja nadająca tym zwierzętom o wiele krótszą swobodnie biegnącą „dobę” o długości 20 godzin. Skoro jądro nadskrzyżowaniowe jest głównym ośrodkiem zegara okołodobowego, rozumowali naukowcy, można byłoby przekształcić chomika żyjącego zgodnie z cyklem dwudziestogodzinnym i nadać mu cykl o długości 24 godzin, przeszczepiając jądro nadskrzyżowaniowe od takiego właśnie osobnika. Na ogół podobne transplantacje części mózgu występują jedynie w fantastyce naukowej. Jednak stosunkowo prosta budowa jądra nadskrzyżowaniowego czyni z niego jedną z nielicznych części mózgu, które dają się skutecznie przeszczepiać. W odróżnieniu od innych ośrodków mózgowia stanowi ono dość odizolowaną strukturę – otrzymuje sygnały wejściowe z niewielkiej liczby innych obszarów. Co zaś jeszcze ważniejsze, z resztą mózgu jądro komunikuje się nie tylko za pomocą impulsów elektrycznych, przewodzonych przez delikatne i niezbyt dobrze regenerujące się aksony, lecz także za pośrednictwem uwalnianych bezpośrednio do krwiobiegu hormonów. Kiedy badacze uszkadzali jądro nadskrzyżowaniowe biorcy i przeszczepiali komórki od innego chomika, przekształcali chomiki żyjące zgodnie z krótkim dniem w zwierzęta o dłuższym cyklu i na odwrót. Rytmem okołodobowym jądra nadskrzyżowaniowego nie kierował mózg biorcy ani w ogóle jego

organizm, tylko samo jądro – skromne skupisko neuronów liczące około 10 000 komórek – które przejmowało kontrolę nad mózgiem biorcy i informowało zwierzę, kiedy ma się udać na spoczynek, a kiedy wstać i zacząć biegać w kołowrotku.

KOMÓRKI ODMIERZAJĄCE CZAS Czy posiadanie mózgu stanowi warunek konieczny dla istnienia rytmu okołodobowego? Śledzenie i przewidywanie fluktuacji oświetlenia i temperatury, narzuconych przez ruch obrotowy Ziemi, to funkcje tak ważne, że dosłownie wszystkie formy życia mają zegary okołodobowe. W istocie pierwszy eksperyment dotyczący swobodnie biegnącego rytmu zegara okołodobowego przeprowadzono na roślinie o nazwie mimoza wstydliwa (Mimosa pudica), rozkładającej liście w ciągu dnia, żeby wystawić je na światło słoneczne, a składającej je na noc. W 1729 roku francuski astronom Jean-Jacques d’Ortous de Mairan umieścił mimozę w pomieszczeniu, gdzie panowały ciemności czarne jak smoła, i zaobserwował, że przez wiele dni liście rośliny nadal rozkładały się i składały zgodnie z czasem płynącym na zewnątrz. Zdaje się, że sam de Mairan nie wierzył w wyniki własnego doświadczenia. Jednym z najbardziej palących problemów naukowych było wtedy określanie czasu na morzu, zatem ówcześni naukowcy nie bardzo mogli pogodzić się z faktem, że pośledni organizm roślinny ma wbudowany zegar. De Mairan założył zatem, że „zachowaniem” mimozy musi sterować jakiś inny sygnał, taki jak temperatura lub jakieś nieznane pole magnetyczne, i to on podpowiada roślinie pory rozkładania i składania liści. Przeszło dwa stulecia zajęło naukowcom zrozumienie, że wszystkie rośliny i zwierzęta dysponują własnymi, indywidualnymi zegarami, a nawet pojedyncze komórki mogą wykazywać oscylacje zgodne z okresem dwudziestoczterogodzinnym. Kiedy mówimy o oscylacjach pojedynczej komórki, nie mamy na myśli jej fizycznych drgań, jak w przypadku kryształu kwarcu, a tym bardziej kołysania się tam i z powrotem na podobieństwo wahadła. Termin „oscylacje” odnosi się raczej do stężenia białek w komórce. Komórki nie są

bytami statycznymi. W zależności od tego, czym się w danej chwili zajmują, wewnątrzkomórkowe stężenie rozmaitych białek może ulegać spektakularnym zmianom. Na przykład komórki tkanki wyściełającej wnętrze jelita mogą w trakcie posiłku zwiększać wytwarzanie enzymów trawiennych. Podobnie komórki trzustki zwiększają syntezę białek niezbędnych do wytwarzania insuliny w odpowiedzi na wzrost stężenia glukozy we krwi. Komórki nie są też po prostu przełącznikami sterowanymi przez bodźce z zewnątrz – funkcjonują zgodnie z własnymi wewnętrznymi rytmami. Podobnie jak myszy, pojedyncze komórki mogą również funkcjonować według rytmu swobodnie biegnącego. Wiele komórek hodowanych w stałej temperaturze i w niezmiennym środowisku biochemicznym ma swój własny, indywidualny rytm okołodobowy, który można mierzyć na podstawie wzrostów i spadków stężenia niektórych białek, a jego okres wynosi około 24 godzin. Te oscylacje komórkowe można w uderzający sposób uwidocznić za pomocą zmyślnej inżynierii genetycznej. Świetliki emitują światło dzięki enzymowi o nazwie lucyferaza, który w obecności odpowiedniego substratu (małej cząsteczki zwanej lucyferyną) powoduje uwalnianie energii w postaci fotonów. Naukowcy wprowadzali gen kodujący lucyferazę do wielu komórek: od bakterii przez komórki pleśni, roślin, fibroblasty aż do neuronów jądra nadskrzyżowaniowego. Kiedy transkrypcję genu kodującego lucyferazę podda się kontroli białka, którego stężenie wykazuje naturalny rytm okołodobowy, wewnątrzkomórkowe stężenie lucyferazy również będzie podlegać oscylacjom. W rezultacie komórka dosłownie się rozświetla, a następnie światło powoli gaśnie, by zaświecić ponownie mniej więcej 24 godziny później. W jaki sposób pojedyncza komórka bakteryjna śledzi porę dnia? Zanim jednak sobie wyjaśnimy, warto zauważyć, że równie zasadne mogłoby być pytanie: „Dlaczego bakterię obchodzi to, która jest godzina?”.

PIERWSZY ZEGAR W rozdziale 7 przekonamy się, że bez powszechnej dostępności dokładnych zegarów wytworzonych przez człowieka rewolucja przemysłowa byłaby

niemożliwa. Linie montażowe, przy których wyspecjalizowani robotnicy wykonywali kolejne etapy w procesie produkcji, wymagały koordynacji czasowej działań licznych grup pracowników. Jednak odrobinę wcześniej od rewolucji przemysłowej – mniej więcej miliard lat wcześniej – ewolucja tworzyła już fabryki i rozwiązała problem koordynacji w czasie rozmaitych procesów. Najważniejszą linią produkcyjną na Ziemi jest fotosynteza: seria reakcji biochemicznych polegających na przeprowadzaniu energii fotonów światła słonecznego przez szereg białek w celu wytworzenia stabilnych cząsteczek wysokoenergetycznych, z których najsłynniejsza jest glukoza. Sinice to organizmy fotosyntetyzujące, a fotosynteza jest w porze dziennej ich najważniejszą pracą. Podobnie jak właściciel fabryki nie płaciłby pracownikom za bezczynne przesiadywanie w fabryce nocą, sinica nie chce marnować energii na wytwarzanie w nocy białek potrzebnych do fotosyntezy. Jednak korzystnie byłoby zadbać o to, by gotowe cząsteczki czekały już przed brzaskiem, żeby komórka mogła w pełni wykorzystać energię słoneczną. Oczywiście ewolucja rozwiązała problem, konstruując wewnętrzny budzik, którego sygnał poprzedza wschód słońca. Zatem jednym z motorów ewolucyjnego rozwoju zegarów okołodobowych była koordynacja funkcji komórki, dokładnie dostosowana do cykli oświetlenia i ciemności pod wpływem ruchu obrotowego Ziemi. Ewolucyjną przewagę wynikającą z odczuwania pory dnia – czyli posiadania sprawnego zegara okołodobowego – pięknie wykazano w toku eleganckiego eksperymentu, w którym wystawiono przeciwko sobie różne szczepy sinic. Na rycinie 3.2 przedstawiono rytm okołodobowy dwóch wykorzystanych w eksperymencie szczepów sinic: jednego o krótszym okresie, wynoszącym około 23 godzin, drugiego zaś z dłuższym, liczącym około 30 godzin. Badacze umieścili oba szczepy na tej samej płytce Petriego i zadali sobie pytanie, czy jeden szczep opanuje w końcu całą płytkę. Zmyślna część eksperymentu polegała na tym, że przeprowadzono go w dwóch sytuacjach: w pierwszej oświetlenie włączano i wyłączano co 11 godzin, tworząc sztuczną dobę dwudziestodwugodzinną (zbliżoną do naturalnego, dwudziestotrzygodzinnego okresu sinic); w drugiej robiono to samo co 15 godzin, co symulowało dzień trzydziestogodzinny. Naukowcy przekonali się, że po miesiącu w hodowlach o cyklu dwudziestodwugodzinnym dominował szczep z okresem krótszym. W przeciwieństwie do nich w hodowlach o cyklu trzydziestogodzinnym

zwyciężył szczep o dłuższym okresie44. Rytm o długości okresu 23 godzin w trzydziestogodzinnym dniu albo o długości 30 godzin w dniu dwudziestodwugodzinnym zawsze skutkował rozbieżnością rytmów komórkowych i fazy oświetlenia, a tym samym mniej skutecznym zdobywaniem energii świetlnej. Zatem posiadanie zegara okołodobowego nie wystarczy – żeby zegar zapewniał przewagę ewolucyjną, jego okres musi współgrać z naturalnym cyklem środowiska.

37 Vitaterna et al., 1994. 38 Welsh et al., 1986; Herzog et al., 2004. 39 James, 1890. Badania laboratoryjne zdolności samodzielnego budzenia się, patrz: Moorcroft et al., 1997; Born et al., 1999; Ikeda et al., 2014. 40 http://www.nytimes.com/1989/05/17/us/isolation-researcher-loses-track-of-time-incave.html. „San Francisco Chronicle”, She spent 111 days alone in a cave, 1 grudnia 1988; http://www.telegraph.co.uk/news/obituaries/science-obituaries/6216073/MaurizioMontalbini.html. 41 Aschoff, 1985. Patrz także: Czeisler et al., 1980; Levie, 2001. 42 Termin „jądro” w anatomii mózgowia oznacza skupisko istoty szarej (czyli ciał neuronów), otoczone istotą białą (czyli włóknami nerwowymi). Większość ciał neuronów w mózgowiu tworzy korę mózgową, dlatego skupiska neuronów poza korą mózgową nazywa się także jądrami podkorowymi (przyp. tłum.). 43 Ralph et al., 1990; Weaver, 1998. 44 Johnson et al., 1998; Ouyang et al., 1998. Patrz także: Summa i Turek, 2015.

Ryc. 3.2. Szybkie i powolne rytmy okołodobowe u sinic. Dwa szczepy sinic miały rytmy okołodobowe z okresami wynoszącymi około 23 i 30 godzin. Bakterie poddano zabiegowi inżynierii genetycznej, który nadał im zdolność emisji światła proporcjonalnej do stężenia określonego białka. Kiedy oba szczepy zmuszono do konkurowania ze sobą o zasoby środowiska w dwudziestodwugodzinnym cyklu oświetlenia i ciemności, wygrywał szczep z okresem liczącym 23 godziny. Kiedy organizmy hodowano w trzydziestogodzinnym cyklu oświetlenia i ciemności, wygrywał szczep z okresem liczącym 30 godzin. (Rycina zaadaptowana za zgodą z: Johnson et al., 1998)

Optymalizacja fotosyntezy to jedna korzyść płynąca dla jednokomórkowych organizmów z posiadania zegara okołodobowego, ale nie musiała ona być pierwsza. Równie fundamentalna dla form życia jest zdolność podziału i reprodukcji. Kluczowe zaś wydarzenie podziału komórkowego to replikacja DNA, w którym zakodowana jest recepta na samo życie. Replikacja DNA słynie z wrażliwości na promieniowanie nadfioletowe (UV) i to dlatego wielokrotne oparzenia słoneczne stanowią u ludzi czynnik ryzyka rozwoju raka skóry, a producent kremu z filtrem UV zachwala na etykiecie właściwości preparatu, umożliwiające absorpcję promieni. Promieniowanie UV stanowi o wiele większe zagrożenie dla organizmów jednokomórkowych, które nie mogą skorzystać z narządu ochronnego, jakim jest skóra pełna melaniny, barwnika absorbującego promienie UV. Komórka dzieląca się w świetle zawierającym nadfiolet ryzykuje uszkodzenie DNA, w nocy zaś to zagrożenie słabnie. Wobec tego niektórzy chronobiolodzy popierają tak zwaną hipotezę ucieczki przed światłem, która zakłada, że pierwotnym motorem ewolucji zegarów okołodobowych był fakt, iż pomagają one komórkom wybrać na podział porę nocną45.

MECHANIKA ZEGARA OKOŁODOBOWEGO Wróćmy teraz do głównego pytania: jak pojedyncza komórka dokonuje wyczynu dokładnego śledzenia pory dnia? Pierwszy krok w kierunku znalezienia odpowiedzi na to pytanie zrobili na początku lat siedemdziesiątych XX wieku w California Institute of Technology laureat Nagrody Nobla Seymour Benzer i jego uczeń Ron Konopka46. Pracownia Benzera prowadziła badania na słynnych muszkach owocowych Drosophila melanogaster. Jak wszystkie gatunki much rozpoczynają one żywot w postaci larw zmieniających się w otorbione poczwarki, z których po paru dniach wyłaniają się dorosłe formy owadów. Proces wykluwania się z poczwarek zachodzi w dobrze wybranym momencie. Muszki przepoczwarzają się we wczesnych godzinach rannych, kiedy panują

wilgotne warunki pozwalające im uniknąć słońca grożącego odwodnieniem. Konopka chciał zrozumieć mechanizm genetyczny zegara okołodobowego poprzez znalezienie mutacji, która powodowałaby przepoczwarzanie się larw o niewłaściwej porze. Zidentyfikował trzy rodzaje mutantów: u jednego dorosłe postacie pojawiały się w mniej lub bardziej przypadkowych momentach, u drugiego następowało to wcześnie, u trzeciego zaś późno. Po umieszczeniu mutantów w ciągłej ciemności wzorce ich aktywności ulegały podobnym zmianom: dorosłe owady były aktywne w przypadkowych odstępach przez cały dzień i wykazywały cykl swobodnie biegnący z okresem wynoszącym tylko 19 godzin albo charakteryzowały się nienormalnie długim, dwudziestoośmiogodzinnym cyklem. Konopka był przekonany, że wszystkie trzy mutacje dotyczyły tego samego genu, który nazwał period („okres”). Po upływie dekady zespół badaczy pod kierunkiem Michaela Rosbasha zidentyfikował gen period i odczytał jego sekwencję47. W toku późniejszych prac zidentyfikowano liczne dodatkowe geny o zasadniczym dla zegara okołodobowego znaczeniu; geny te często opatruje się nazwami przywodzącymi na myśl zagadnienia związane z czasem, takimi jak Clock („zegar”), Cycle („cykl”) i Timeless („ponadczasowy”). Szczegółowe mechanizmy interakcji tych genów i ich białkowych produktów, w wyniku której powstaje solidny i wysoce wiarygodny zegar okołodobowy, są dość skomplikowane, ale generalna reguła leżąca u podstaw ich działania przedstawia się prosto. W istocie na tyle prosto, że działanie owej reguły można obserwować na przykładzie zbiornika spłuczki w toalecie. Po każdym uruchomieniu spłuczki włącza się pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego, mająca na celu ponowne napełnienie zbiornika, lecz bez jego przepełnienia. Niski poziom wody w zbiorniku powoduje obniżenie się pływaka (czegoś w rodzaju „piłki” połączonej z zaworem) i w wyniku tego otwarcie zaworu doprowadzającego wodę; w miarę podnoszenia się poziomu wody pływak unosi się ponownie i zamyka zawór. Gdyby ktoś celowo wywiercił dziurkę w zbiorniku spłuczki, umożliwiając powolne wyciekanie wody, pływak w końcu opadłby na tyle, że ponownie otworzyłby zawór napływu wody i doprowadziłby do uzupełnienia zawartości zbiornika. W wyniku tego wytworzyłaby się oscylacja: powolny spadek poziomu wody doprowadzałby w końcu do otwarcia zaworu i podniesienia się poziomu wody, co odcinałoby dalszy jej dopływ. Następnie

woda ponownie by wyciekała i cały proces ulegałby powtórzeniu. Jeśli zbiornik spłuczki w twojej toalecie faktycznie zaczyna wydawać w środku nocy tajemnicze odgłosy, prawdopodobnie już dochodzi w nim do oscylacji wskutek przecieku w zaworze odpływowym. Oczywiście zegar okołodobowy to mechanizm o wiele bardziej skomplikowany niż spłuczka toalety, lecz idea rządząca jego działaniem jest taka sama, choć jej nazwa to istny łamaniec językowy: „pętla autoregulacyjnego sprzężenia zwrotnego transkrypcji/translacji”. Wyraz „transkrypcja” oznacza, że geny zakodowane w łańcuchu DNA zostają przepisane (poddane transkrypcji) na cząsteczkę RNA. Słowo „translacja” oznacza przetłumaczenie (translację) zapisu RNA na sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka. Wyrażenie „pętla autoregulacyjnego sprzężenia zwrotnego” obrazuje fakt, że owe białka hamują dalszą transkrypcję tych samych genów, które doprowadziły do ich syntezy (zamykając ją tym samym niczym zawór wody). Jedno z tych białek nosi nazwę „period” i jest produktem genu period. Wzrost stężenia białka period powoduje w końcu wyłączenie działania genu kodującego jego syntezę. Następnie w miarę powolnej degradacji cząsteczek białka gen period ponownie włącza się do akcji, co prowadzi do powtórnego wzrostu stężenia białka period. Zgadnij, jak długo trwa taki cykl? Zegar okołodobowy wymaga czegoś znacznie bardziej złożonego niż proste oscylacje z częstotliwością regulowaną okresem wynoszącym około 24 godzin – jego oscylacje muszą być solidne. Podobnie jak osiemnastowieczni zegarmistrze zmagali się z wpływem temperatury na działanie wahadła i mechanicznych zegarów, ewolucja musiała zapanować nad problemem zmian tempa reakcji biochemicznych w odpowiedzi na zmiany temperatury. Nadal nie w pełni rozumiemy, w jaki sposób organizmy zmiennocieplne, takie jak sinice, rośliny i muszki, utrzymują długość okresu wynoszącą w przybliżeniu 24 godziny mimo dobowych i sezonowych fluktuacji temperatury. Jednak wiemy o istnieniu mnóstwa dodatkowych białek i genów, które wchodzą w reakcje z podstawową molekularną maszynerią pętli autoregulacyjnego sprzężenia zwrotnego transkrypcji/translacji, a niektóre z nich prawdopodobnie mają swój udział w kompensowaniu wpływu temperatury48.

ZESPÓŁ NAGŁEJ ZMIANY STREFY CZASOWEJ Stacja radiowa WWVB, znajdująca się w Fort Collins w stanie Kolorado, to ważna rozgłośnia, choć jej program może zanudzić na śmierć. Przez cały dzień nadaje ona uniwersalny czas koordynowany (ang. Universal Time Coordinated, UTC), służący do regulowania zegarów w całej Ameryce Północnej, a konkretnie tych, które można synchronizować za pomocą sygnałów radiowych. Podobne zadanie wykonuje jądro nadskrzyżowaniowe. U większości ssaków komórki zawierają molekularną maszynerię tworzącą zegar okołodobowy. Zatem oscylacje stężenia białka period zachodzą nie tylko w neuronach jądra nadskrzyżowaniowego, lecz także w większości komórek naszych organizmów49. Zadanie jądra nadskrzyżowaniowego polega na utrzymaniu synchronizacji tych wszystkich cykli. W ciągu dnia neurony jądra nadskrzyżowaniowego zwiększają aktywność, wysyłając sygnały do tych obszarów układu nerwowego, z którymi są połączone50. Poziom aktywności tych neuronów pośrednio przekłada się na to, czy jesteśmy całkowicie rześcy, czy morzy nas senność, służy również jako sygnał kalibrujący, informujący o porze dnia – przynajmniej zgodnie z rozeznaniem jądra nadskrzyżowaniowego. Podobnie jak większość komórek naszego organizmu, neurony jądra nadskrzyżowaniowego żyją w nieustannej ciemności, skryte głęboko we wnętrzu zachyłka czaszki. To rodzi pytanie: skąd jądro nadskrzyżowaniowe zna prawidłową godzinę w świecie zewnętrznym, czyli skąd wie, czy to dzień, czy noc? W języku chronobiologów mówi się, że jądro nadskrzyżowaniowe musi być dostosowane do zewnętrznych wskazówek, czyli dawców czasu (Zeitgeber). Najważniejszym z nich jest oczywiście światło słoneczne. Jądro nadskrzyżowaniowe leży w sąsiedztwie miejsca, w którym krzyżują się oba nerwy wzrokowe: lewy i prawy, a ta lokalizacja nie jest przypadkowa – to idealny punkt odbioru naturalnych danych o tym, czy na zewnątrz czaszki jest jasno, czy ciemno. Ta informacja pomaga w dostosowaniu zegara okołodobowego do ruchu obrotowego Ziemi i zapewnia, że wewnętrzne rytmy organizmu w danej chwili będą we właściwej fazie. Jednak łatwiej to powiedzieć, niż wykonać.

Każdy, kto musiał zmagać się z umysłową i fizyczną apatią podczas podróży połączonej z przekraczaniem stref południkowych, może zaświadczyć, że przestawienie naszych zegarów okołodobowych to niełatwe wyzwanie. Ponowne zsynchronizowanie działania jądra nadskrzyżowaniowego po podróży z Los Angeles do Londynu może potrwać wiele dni – przesunięcie zegara okołodobowego do przodu o godzinę wymaga w przybliżeniu nawet całego dnia. W przeciwieństwie do niego zegarek na nadgarstku można przestawić natychmiast na czas miejscowy danej strefy. Ta różnica odzwierciedla wyraźne reguły, którym w odróżnieniu od stworzonych przez człowieka zegarków podlega zegar okołodobowy. Częstotliwość oscylacji kryształu kwarcu w większości ręcznych zegarków wynosi 32 768 Hz, zatem godzina po prostu składa się ze zliczenia 32 768 × 60 × 60 takich „tyknięć”. Przestawienie zegarka po przylocie do Londynu nie wymaga majstrowania przy samym oscylatorze, lecz po prostu zmiany bieżącej całkowitej sumy „tyknięć” przez przesunięcie do przodu wskazówki godzinowej (lub przestawienie wskazań cyfrowych) – czysta formalność. Całkowitym przeciwieństwem jest wahadło zegara okołodobowego, którego pojedyncze wahnięcie trwa cały dzień, a przestawienie go wymaga o wiele delikatniejszych zabiegów dotyczących samego oscylatora, podobnych do przyspieszenia ruchu wahadła w połowie wahnięcia. W opisywanym przypadku „wahnięcie” oznacza wzrost i spadek w naszych komórkach stężenia białek okołodobowych. Natychmiastowe przestawienie stężenia białek okołodobowych w komórce jest po prostu niemożliwe, tak jak nie da się natychmiast nastawić napełnionej do połowy klepsydry. Na równiku jednogodzinna strefa czasowa (15 stopni długości geograficznej) odpowiada dystansowi około 1600 kilometrów. Zatem przebycie 8 stref czasowych, równoważne podróży z Los Angeles do Londynu w ciągu 12 godzin, wymaga podróżowania ze średnią prędkością przekraczającą 1000 kilometrów na godzinę – o wiele szybciej, niż potrafi biec, płynąć lub lecieć jakiekolwiek zwierzę. Tak więc zespół nagłej zmiany strefy czasowej (jet lag) to jedyny w swoim rodzaju współczesny stan, który odpowiada nie tylko za obecność rozkojarzonych turystów i otępiałych akademików na międzynarodowych konferencjach naukowych, lecz także za osłabioną zdolność podejmowania decyzji przez pilotów linii lotniczych, personel wojskowy i dyplomatów. Jednak nie wszystkie

przypadki zespołu nagłej zmiany strefy czasowej są jednakowe. Znacznie trudniej się przystosować do podróży na wschód niż na zachód. Lot w kierunku wschodnim wymaga przestawienia fazy naszego zegara okołodobowego do przodu – w czasie podróży z Los Angeles do Nowego Jorku musimy przestawić zegarek o 3 godziny do przodu – podczas gdy podróż na zachód wymaga opóźnienia fazy. Lot z wybrzeża zachodniego na wschodnie przypomina wczesne położenie się do snu, natomiast podróż ze wschodu na zachód – zbyt późne udanie się na spoczynek; większości ludzi trudniej pójść spać wcześnie niż czuwać do późna. Zgodnie z tym intuicyjnym stanem rzeczy zespół nagłej zmiany strefy czasowej na ogół mocniej daje się we znaki przy podróży na wschód, ponieważ trudniej przestawić fazę zegara okołodobowego do przodu, niż ją opóźnić, choć nie do końca zrozumiano przyczyny tego mechanizmu. Wydaje się, że myszy również gorzej znoszą zespół nagłej zmiany strefy czasowej przy podróżach na wschód. Kiedy starsze osobniki zostały poddane warunkom symulującym przewlekły zespół nagłej zmiany strefy czasowej przy podróży na wschód poprzez przestawianie co tydzień cyklu oświetlenia i ciemności o 6 godzin do przodu, ich współczynniki umieralności po 8 tygodniach były znacznie wyższe w porównaniu z myszami, którym zmieniano ów cykl o 6 godzin wstecz (co symulowało podróż na zachód)51.

WALKA Z ZEGAREM Czy zaliczasz się do „skowronków”, wcześnie kładących się do łóżka i wcześnie wstających, czy może jesteś „sową”, czyli osobą późno kładącą się spać i późno wstającą? Te ptasie terminy odnoszą się do różnych chronotypów, a kwestionariusz diagnostyczny, umożliwiający określenie, czy ktoś należy do „skowronków”, czy „sów”, zawiera pytania o to, kiedy dana osoba woli kłaść się spać, kiedy czuje się najbardziej czujna i kiedy z największym prawdopodobieństwem zabiera się do ćwiczeń fizycznych. Różne chronotypy odzwierciedlają naturalną zmienność wśród ludzi, na którą wpływają środowisko i wiek. Chociaż możemy wykazywać predyspozycje do przynależności do „skowronków” i „sów”, większość

z nas potrafi się przystosować – choć nie bez zrzędzenia – do rozmaitych rozkładów dnia. Istnieją jednak ludzie, którzy z taką trudnością powstrzymują się przed przysypianiem już o ósmej wieczorem, że przeszkadza im to w normalnych czynnościach społecznych i zawodowych. O takich osobach mówi się, że cierpią na zaburzenia okołodobowego rytmu snu. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych XX wieku w toku badania z udziałem członków pięciu pokoleń rodziny z wieloma skrajnymi przypadkami „skowronków” odkryto, że istnieją genetyczne podstawy tego zjawiska. Co najmniej jeden członek tej rodziny, który dobrowolnie poddał się osiemnastodniowemu eksperymentowi obejmującemu badanie rytmów swobodnie biegnących w izolacji, miał okres cyklu snu i czuwania zbliżony do 23 godzin, w odróżnieniu od standardowego ludzkiego okresu przekraczającego nieznacznie 24 godziny. W 2001 roku badacze dokładnie zidentyfikowali mutację genetyczną związaną z rodzinnym zespołem przyspieszonej fazy snu. Okazało się to uderzającym potwierdzeniem prowadzonych przez dekady gruntownych badań na muszkach i gryzoniach, gdyż okazało się, że pierwszym zidentyfikowanym genem związanym z zaburzeniami rytmu okołodobowego u ludzi był ten sam gen, który w latach siedemdziesiątych XX wieku Benzer i Konopka zidentyfikowali jako kluczowy dla rytmu okołodobowego u muszek owocowych: gen period52. Osoby z rodzinnym zespołem przyspieszonej fazy snu żyją zgodnie z dwudziestotrzygodzinnym cyklem w dwudziestoczterogodzinnym świecie. Bezustannie prowadzą walkę z własnym wewnętrznym zegarem. Jednak żeby toczyć podobne zmagania, nie trzeba mutacji genu period. W naszym współczesnym świecie działającym w systemie 24/7 znaczny odsetek pracowników wykonuje pracę zmianową: robotnicy fabryczni, piloci, pielęgniarki, lekarze i policjanci pracują nocą, po czym robią, co mogą, żeby się przespać w ciągu dnia. Cykl snu i czuwania pracowników zmianowych na ogół nie zgadza się z ich naturalnym rytmem. Większość z nich, żeby dodatkowo skomplikować problem, bezustannie modyfikuje swój cykl: w tygodniu roboczym działają jak istoty nocne, a w weekendy – jak dzienne. Nic dziwnego, że praca zmianowa stanowi czynnik ryzyka wielu schorzeń, w tym choroby wrzodowej, chorób układu sercowonaczyniowego oraz cukrzycy typu 2. Ukryte przyczyny tych zaburzeń nie są w pełni zrozumiałe, ale częściowo są wynikiem niezgodności między

wewnętrznymi cyklami fizjologicznymi a bodźcami zewnętrznymi. Na przykład wydzielanie hormonów takich jak insulina na ogół się zwiększa w oczekiwaniu na normalne pory posiłków. Wydaje się, że przewlekłe rozkojarzenie między porami, w jakich organizm oczekuje pokarmu, a rzeczywistymi godzinami posiłków przyczynia się do rozwoju cukrzycy53. Badania na zwierzętach wykazały na przykład, że genetyczne wyłączenie zegara okołodobowego trzustki z pozostawieniem bez zmian zegarów jądra nadskrzyżowaniowego oraz innych narządów zwiększa u myszy zachorowalność na cukrzycę. Badania te wskazują, że koordynacja między wieloma zegarami okołodobowymi organizmu ma zasadnicze znaczenie dla prawidłowej fizjologii54. Szkodliwy wpływ życia niezgodnego z naturalnym rytmem został przekonująco udowodniony. Rodzi to pytanie: czy lepiej byłoby nie mieć w ogóle zegara, niż mieć zegar stale niezsynchronizowany z otoczeniem? Zaskakujące, ale odpowiedź może być twierdząca. Jak już wspomniałem, chomiki z mutacjami genów regulujących zegar okołodobowy mogą żyć zgodnie z rytmami swobodnie biegnącymi znacznie krótszymi lub dłuższymi niż 24 godziny. Jedna z takich mutacji powoduje powstanie odmiany zwierząt o wewnętrznym cyklu okołodobowym o długości 22 godzin. W porównaniu z dziko żyjącymi odpowiednikami te zmutowane osobniki, funkcjonujące w dwudziestoczterogodzinnym świecie, żyją krócej. Uszkodzenie tym zwierzętom jądra nadskrzyżowaniowego w istocie wydłuża im życie. To fascynujący przykład sytuacji, w której część mózgu wydaje się bardziej szkodzić, niż pomagać55. Zdolność poddania funkcji fizjologicznych dokładnemu harmonogramowi i przewidywania pór wschodu słońca oraz codziennych posiłków jest cenną cechą przystosowawczą, lecz jeśli zegar okołodobowy nie współgra z okresem, według którego działa otaczający nas świat, efekty tego stanu rzeczy mogą być tak poważne, że lepiej wyszlibyśmy na całkowitym braku zegara. W odległej przyszłości ludzie może skolonizują inne planety, a współgranie okresu obrotu którejkolwiek z planet w „strefie Złotowłosej”56 z naszym własnym zegarem okołodobowym jest wysoce nieprawdopodobne. Na przykład Mars ma dość zbliżony do ziemskiego okres obrotu, wynoszący 24 godziny i 39 minut, ale na Merkurym „doba” trwa ponad 58 dób ziemskich. Wobec tego gdy nadejdzie czas (o ile to

nastąpi), możemy dojść do wniosku, że najlepszy sposób na zaprzestanie ciągłych batalii z własnym zegarem polega na jego całkowitym wyłączeniu.

ZASADA WIELU ZEGARÓW Zegary atomowe w National Institute of Standards and Technology to zdumiewające urządzenia nie tylko ze względu na ich niezgłębioną precyzję, lecz także dlatego, że służą do śledzenia czasu w rozmaitych skalach: od nanosekund do lat. Czy zegar okołodobowy jądra nadskrzyżowaniowego odczuwa czas w różnych skalach? Czy odpowiada za naszą zdolność odróżniania w muzyce całej nuty od półnuty, zorientowania się, że zrealizowanie naszego zamówienia w kawiarni trwa zdecydowanie za długo, albo czy zawiaduje u kobiet dwudziestoośmiodniowym cyklem płciowym? Jedna z pierwszych metod poszukiwania odpowiedzi na te pytania polegała na próbie sprawdzenia, czy zmiany w długości okresu okołodobowego w trakcie eksperymentów z rytmami swobodnie biegnącymi w warunkach izolacji wpływają na zdolność badanych do odczuwania krótszych odstępów czasowych. W pewnej serii eksperymentów ochotników proszono o naciskanie przycisku za każdym razem, gdy uznają, że upłynęła godzina. W trakcie szesnastogodzinnego okresu czuwania czas oszacowany przez jedną z osób jako godzina trwał około 2 godzin, a w okresie czterdziestoczterogodzinnego czuwania szacunkowa godzina zbliżyła się do 3,5 godziny. Ogólnie rzecz biorąc, istniała korelacja między długością okresu okołodobowego danej osoby a czasem trwania szacunkowej godziny. Z tych danych można by wyciągnąć wniosek, że zegar okołodobowy jest wykorzystywany do odczuwania wszystkich odstępów czasowych, łącznie z krótszymi, takimi jak rytm piosenki lub czas do zmiany świateł drogowej sygnalizacji świetlnej. Jest jednak inaczej. Gdy proszono badanych o naciskanie przycisku po upływie czasu od 10 do 120 sekund, nie stwierdzono istotnego związku wyników z długością cyklu snu i czuwania danej osoby. Brak jakiejkolwiek relacji między okresem okołodobowym a oceną czasu w skali sekund lub kilku minut zgadza się z wynikami dużej liczby badań, które

wykazują, że mamy oddzielne obwody neuronalne odczuwające czas w różnych skalach57. Na przykład eksperymenty na gryzoniach ujawniają, że mutacje zakłócające działanie zegara okołodobowego albo uszkodzenia jądra nadskrzyżowaniowego nie zmieniają ich zdolności do odczuwania czasu w skali sekund58. W następnym rozdziale dowiemy się, w jaki konkretnie sposób naukowcy pytają zwierzęta o ich odczucia dotyczące upływu czasu. Również nasze wiadomości o sposobie odczuwania czasu przez zegary okołodobowe utwierdzają nas w przekonaniu, że zegary te nie biorą udziału w powstawaniu naszej zdolności odmierzania czasu w skali sekund. Elementy składowe i zasady działania zegara okołodobowego powodują jego niezdolność odczuwania krótkich odstępów czasowych. Innymi słowy, zegar okołodobowy nie ma wskazówki minutowej, nie mówiąc już o sekundniku. Przemiany biochemiczne pętli sprzężenia zwrotnego transkrypcji/translacji przebiegają po prostu za wolno, żeby można było zrobić z nich jakiś użytek przy próbie określenia, czy światło czerwone wkrótce zmieni kolor. To nie znaczy, że zegar okołodobowy w ogóle nie ma wpływu na percepcję czasu w innych skalach. Rytmy okołodobowe bowiem pośrednio wpływają na wszystkie funkcje fizjologiczne i poznawcze, w tym uczenie się, pamięć, czas reakcji i uwagę; zatem najlepiej nie dopuszczać do tego, by piloci odczuwający zespół nagłej zmiany strefy czasowej zasiadali za sterami odrzutowców, a niewyspani kierowcy prowadzili ciężarówki jeżdżące po naszych autostradach59. A co z dłuższymi odstępami czasowymi? Czy zegary okołodobowe mają swój udział w percepcji czasu biegnącego w wolniejszych rytmach, tak zwanych infradialnych? Księżyc okrąża Ziemię zgodnie z cyklem o długości wynoszącej w przybliżeniu 29,5 dnia. Z historii wiadomo, że ten cykl głęboko odcisnął swój ślad w ludzkiej kulturze. Większość kalendarzy, w tym nasz obecny kalendarz gregoriański, opiera się na mniej więcej 12 miesiącach tworzących rok. Pod względem etymologicznym słowo „miesiąc” wywodzi się od księżyca60. Z dawien dawna przypuszczano, że fazy Księżyca odgrywają rolę w kształtowaniu ludzkiej fizjologii. Na przykład angielskie słowo lunacy61 sugeruje, że pełnia mogła przyprawiać ludzi o szaleństwo; współcześni naukowcy sądzą, iż źródłem tego skojarzenia mogły być zmiany wzorca snu pod wpływem światła Księżyca, które u osób cierpiących na padaczkę lub dwubiegunową chorobę

afektywną powodowały uaktywnienie się zaburzeń. Ponadto fakt, że u ludzi cykl menstruacyjny jest bardzo zbliżony do miesiąca księżycowego, sugeruje rolę ziemskiego satelity w naszej reprodukcji. Jednak wydaje się to czystym zbiegiem okoliczności, bowiem cykl menstruacyjny u innych naczelnych może być znacznie dłuższy lub krótszy. Tak więc poza oczywistym faktem, że światło Księżyca może wpływać na sen i aktywność społeczną, mamy niewiele dowodów bezpośredniego wpływu faz księżycowych na ludzką fizjologię62. Jednakże Księżyc odgrywa istotną rolę w fizjologii licznych zwierząt. Zwłaszcza niektóre morskie bezkręgowce synchronizują swój rozwój i zachowania godowe z cyklami księżycowymi. W warunkach naturalnych Księżyc stanowi nocą główne źródło światła, a pełnia zwiększa zdolność dostrzeżenia przez drapieżniki potencjalnej ofiary, toteż najwrażliwsze fazy cykli życiowych niektórych zwierząt odbywają się poza pełnią. Inne zwierzęta wykorzystują fazy Księżyca do synchronizowania godów. W przypadku gatunków cechujących się wewnętrznym zapłodnieniem rozmnażanie płciowe wymaga, by samica i samiec jednocześnie znaleźli się w tym samym miejscu. U gatunków z zapłodnieniem zewnętrznym nie ma takiej konieczności, niemniej ważne jest, żeby przedstawiciele obu płci odbywali tarło mniej więcej w tym samym czasie. Morskie robaki, bezkręgowce o segmentowej budowie ciała, spokrewnione z robakami lądowymi, należą do gatunków wykorzystujących fazę Księżyca jako sygnał synchronizujący w okresie rozrodczym, żeby maksymalnie zwiększyć szansę połączenia się komórki jajowej i plemnika. Takie zsynchronizowane tarło może powodować jednoczesne wypływanie na powierzchnię milionów robaków, co w niektórych kulturach stwarza okazję do imprezy gastronomicznej. Rzeczywiście, u rdzennych mieszkańców niektórych indonezyjskich wysp tarło morskich robaków wyznacza początek obchodów Nowego Roku63. Działanie wewnętrznego zegara okołomiesięcznego u morskich robaków można wykazać za pomocą księżycowego odpowiednika eksperymentów ze swobodnie biegnącym rytmem okołodobowym. Zegar okołomiesięczny trzeba najpierw zsynchronizować, nie pod wpływem światła słonecznego, lecz księżycowego (a w warunkach laboratoryjnych poprzez kilkugodzinną nocną ekspozycję na przyćmione światło). Jeśli po okresie synchronizowania robaki są w pracowni hodowane w niezmiennym cyklu

dnia i nocy, nadal przejawiają trzydziestodniowy rytm rozrodczy. W jaki sposób robaki śledzą ten trzydziestodniowy cykl? Czy wykorzystują swój zegar okołodobowy jako wahadło z jednodniowym okresem drgania i liczą do 30? Gdyby tak było, to zakłócenie zegara okołodobowego z pewnością zmieniłoby harmonogram cyklu reprodukcyjnego. Jednak tak się nie dzieje: gdy morskie robaki otrzymywały środek zmieniający ich rytm okołodobowy, nadal zachowywały trzydziestodniowy cykl 64 okołomiesięczny . To jeszcze jeden dowód przemawiający za zasadą wielu zegarów. Widzimy zatem, że elementy naszego organizmu, w tym mózgu, uczestniczące w percepcji czasu nie przypominają zegarów skonstruowanych przez człowieka. Ten sam ręczny zegarek może odmierzać milisekundy, sekundy, minuty, dni i miesiące naszego życia. W przeciwieństwie do niego nasz mózg, jak nam podpowiada zasada wielu zegarów, ma różne mechanizmy do śledzenia każdej z powyższych jednostek czasu. * Przewidywanie dobowych zmian oświetlenia, temperatury oraz dostępności pokarmu stanowi zdolność na tyle fundamentalną, że dosłownie wszystkie formy życia, od bakterii do Homo sapiens, dysponują zegarami okołodobowymi wysokiej jakości. Jednak zegar okołodobowy nie jest lepiej przystosowany do śledzenia czasu oczekiwania na czerwonym świetle niż zegar słoneczny do pomiaru czasu sprintu na 100 metrów – to zegar służący tylko do jednego celu. Czas mierzony przez zegar okołodobowy nie tylko ogranicza się do godzin dnia, lecz także jest ukryty przed świadomym wglądem. Owszem, czujemy się rześcy lub zmęczeni w zależności od stężenia pewnych białek w komórkach jądra nadskrzyżowaniowego, ale nie odczuwamy pory dnia w taki sposób, w jaki czujemy żar słońca w południe. Jednakże subiektywnie odczuwamy upływ czasu i jesteśmy w pełni świadomi długości rozgrywających się wydarzeń. Najwyraźniej – o czym się niedługo przekonamy – mózg dysponuje innymi środkami oceny upływu czasu. Środkami wykraczającymi poza bierne odmierzanie czasu i wytwarzającymi w jakiś sposób subiektywne odczucie jego upływu.

45 Nikaido i Johnson, 2000; Sharma, 2003; Rosbash, 2009. Jednym z dowodów przemawiających za słusznością poglądu, że wczesnym motorem ewolucji zegarów okołodobowych była optymalizacja podziału komórkowego i preferencja pory dnia, która zmniejszała do minimum szkodliwe działanie promieni UV, stał się fakt, iż jeden z okołodobowych sensorów światła u owadów, kryptochrom, wykazuje duży stopień homologiczności z enzymem naprawiającym w DNA uszkodzenia w wyniku działania nadfioletu. 46 Konopka i Benzer, 1971. Znakomita relacja popularnonaukowa o dążeniu do zrozumienia zegara okołodobowego, patrz: Reddy et al., 1984; Weiner, 1999. 47 Reddy et al., 1984. Jednocześnie gen został zidentyfikowany przez drugą grupę naukowców (Bargiello et al., 1984). 48 Oprócz poglądu, zgodnie z którym kompensowanie wpływu temperatury umożliwiają zrównoważone, zależne od temperatury zmiany reakcji chemicznych (Smolen et al., 2004), możliwe jest także inne rozwiązanie: określone aminokwasy w cząsteczkach białek prowadzą do kompensowania wpływu temperatury wskutek zmiany ich właściwości wiążących w sposób zależny od ciepłoty otoczenia (Hussain et al., 2014). 49 Podczas gdy muszki z rodzaju Drosophila mają tylko jeden gen period, u ssaków występuje on w istocie w trzech wariantach. 50 Colwell, 2011. 51 Davidson et al., 2006. 52 Jones et al., 1999; Toh et al., 2001; Jones et al., 2013. 53 Knutsson, 2003; Kivimäki et al., 2011. 54 Summa i Turek, 2015. 55 Sharma, 2003. 56 Ekosfera, strefa, w której planety nadają się do zasiedlenia (przyp. tłum.). 57 Aschoff, 1985. 58 Istnieje wiele dowodów przemawiających za niezależnością odczuwania czasu w skali okołodobowej i w skali sekund, w tym następujące: mutacje genów regulujących działanie zegara nie wywołują swoistych zmian w odczuwaniu odstępów czasowych (Cordes i Gallistel, 2008; Papachristos et al., 2011); dane z obserwacji ludzi wskazują, że w trakcie przedłużonych okresów okołodobowych (które zmieniają oceny dotyczące upływu 1 godziny) wyniki nie korelują z rezultatami wykonywania zadań wymagających odczuwania czasu w skali sekund (Aschoff, 1985); uszkodzenia jądra nadskrzyżowaniowego, wywołujące dramatyczne zmiany rytmu okołodobowego, nie zmieniają percepcji czasu badanej metodą momentu szczytowego (ang. peak interval

procedure) (Lewis et al., 2003). Istnieją dane sugerujące, że gen period wpływa na zdolność muszek do nadawania właściwego rytmu ich pieśni godowej (Kyriacou i Hall, 1980), lecz te wyniki budzą kontrowersje (Stern, 2014) i nie są zgodne z naszymi wiadomościami o działaniu rytmu okołodobowego. Być może, choć to mało prawdopodobne, geny regulujące działanie zegara okołodobowego mają bezpośredni udział w kształtowaniu innych aspektów funkcji neuronalnych, istotnych dla percepcji czasu w krótszych skalach. Patrz także: Golombek et al., 2014. 59 Foster i Wulff, 2005; Loh et al., 2010. 60 W staropolszczyźnie słowo „miesiąc” wręcz oznaczało księżyc (przyp. tłum.). 61 „Obłąkanie”, por. łac. Luna – księżyc (przyp. tłum.). 62 Foster i Roenneberg, 2008. Mimo licznych dowodów sugerujących brak wpływu faz Księżyca na ludzką fizjologię istnieją też pewne wyjątki. Na przykład wyniki jednego z badań wskazują na wpływ fazy Księżyca na pewne aspekty fizjologii snu u ludzi, takie jak długość zasypiania (Cajochen et al., 2013). 63 Hoskins, 1993. 64 Tessmar-Raible et al., 2011; Zantke et al., 2013.

4:00 Szósty zmysł Około 38 lat temu spałem na tylnym siedzeniu samochodu jadącego drogą w Pensylwanii. Kiedy się obudziłem, zobaczyłem, że kobieta prowadząca wóz również śpi, a samochód zjeżdża już z drogi. Siedząca obok pasażerka sięgnęła do kierownicy – jak się wydawało, bardzo powoli – chwyciła ją i pociągnęła z całej siły. We wspomnieniach widzę, co się działo we wnętrzu wozu, najwyraźniej był krzyk i hałas, mam przed oczami otwarte usta, ale nie pamiętam dźwięków; pasażerka szarpnęła kierownicą, wóz skręcił w prawo, bardzo powoli odbił się o barierę ochronną i wyskoczył w powietrze. Doznałem wtedy przeczucia, że całe moje życie się odmieni. Wspomnienie zdarzenia, które musiało trwać zaledwie sekundę lub dwie, wydaje mi się wiecznością. Obudziłem się już w szpitalu i od tamtego czasu nie mogę chodzić. John Hockenberry65

W sytuacjach zagrożenia życia nasze subiektywne poczucie czasu może ulec radykalnej zmianie, jak gdyby wszystko działo się w zwolnionym tempie. Jedno z pierwszych naukowych doniesień na temat tego „efektu zwolnionego tempa” opublikował w 1892 roku szwajcarski geolog Albert Heim. Zebrał on relacje członków szwajcarskiego klubu alpinistycznego, którzy doznali poważnych upadków z wysokości lub innych zdarzeń, omal nie zakończonych śmiercią. Dziewięćdziesiąt pięć procent członków tej grupy opisywało stan, który Heim podsumował jako „dominujące poczucie bystrości umysłu oraz pewności. Aktywność umysłowa sięgnęła ogromu, jej prędkość lub intensywność wzrosła stukrotnie. (…) Czas niezmiernie się rozciągnął. Dana osoba działała błyskawicznie, zgodnie z dokładną oceną sytuacji. W wielu przypadkach nastąpił nagły przegląd całej przeszłości danej osoby”66.

Komisje rewizyjne oceniające eksperymenty z udziałem ludzi niechętnym okiem patrzą na stawianie ich uczestników w sytuacjach zagrożenia życia, toteż staranne potwierdzenie istnienia efektu zwolnionego tempa oraz jego badanie napotyka trudności. Jednak czasem proszono badanych o szacunkowe określenie czasu trwania wydarzeń wzbudzających silne emocje lub przestrach, w tym przeżyć podczas trzęsienia ziemi, oglądania przerażających filmów, skakania z wysokości na rozpiętą sieć ratowniczą oraz akrobacji spadochronowych67. W większości tych badań ludzie na ogół zawyżają szacunkowy czas trwania zdarzenia, co odpowiada relacjom o powolnym rozwoju wydarzeń (oglądanie filmu odtwarzanego w zwolnionym tempie trwa dłużej niż w normalnym tempie). Zawyżanie szacunkowej oceny czasu trwania emocjonujących zdarzeń samo w sobie nie stanowi jednak niespodzianki, gdyż okazuje się, że istnieją niezliczone, absolutnie niegroźne sytuacje, w których ludzie zawyżają wyniki oceny upływu czasu68. Rzeczywiście, nasze subiektywne poczucie czasu faktycznie bywa dość niedokładne. Woda w obserwowanym przez nas czajniku nigdy nie może się zagotować, a gdy się dobrze bawimy, czas mija w mgnieniu oka, właśnie dlatego, że mnóstwo okoliczności wypacza nasze subiektywne poczucie czasu. Na przykład siedzenie na bardzo nudnym wykładzie albo oczekiwanie na naprawienie jakiejś usterki w samolocie stojącym na płycie lotniska może stwarzać poczucie „chronostazy” – wrażenie, że czas staje w miejscu. W przeciwieństwie do powyższych sytuacji, gdy ktoś jest zaabsorbowany lekturą książki, pochłonięty ulubionym hobby albo bez reszty zaangażowany w wykonywanie skomplikowanego zadania, takiego jak pisanie programu komputerowego, może odnieść wrażenie, że czas ulatuje, w czarodziejski sposób przeskakuje z jednego momentu do innego, a pomiędzy nimi wszystko przestało istnieć. Jaka relacja zachodzi między obiektywnym czasem zegarowym a naszym subiektywnym poczuciem czasu? Dlaczego czas wydaje się zwalniać w sytuacjach zagrożenia życia? Co się dzieje w mózgu, kiedy mówimy, że czas mknie jak strzała albo się wlecze? Zanim zajmiemy się tymi pytaniami, musimy najpierw rozgraniczyć dwa odrębne typy odmierzania czasu.

PROSPEKTYWNE I RETROSPEKTYWNE ODMIERZANIE CZASU Odmierzanie czasu to problem dwukierunkowy. Stoper włączony w momencie startu do biegu maratońskiego ciągle odmierza, jak długo maratończycy biegną, lecz nie informuje nas o tym, ile czasu czekali na linii startu na rozpoczęcie biegu, a tym bardziej o tym, o której godzinie wstali rano z łóżek. Uruchomienie stopera to przykład prospektywnego odmierzania czasu: określania upływu czasu od chwili teraźniejszej w przyszłość. A oto przeciwna sytuacja: jeśli wejdzie się do pokoju w samą porę, żeby ujrzeć, jak ostatnie ziarnka piasku przesypują się przez szyjkę klepsydry, można wydedukować, ile czasu upłynęło od minionego zdarzenia: przed godziną ktoś obrócił klepsydrę. Jeżeli nie obróci się jej jednak ponownie, klepsydra nie dostarczy żadnych informacji o tym, ile czasu upłynęło od momentu, w którym weszło się do pokoju. To jest przykład retrospektywnego odmierzania czasu: szacunkowego określania upływu czasu od jakiegoś momentu w przeszłości aż do chwili teraźniejszej. Ludzie przez cały dzień angażują się w działania oparte na prospektywnym i retrospektywnym odmierzaniu czasu. Rozważmy dwa scenariusze, w których możesz zdać się na swoją zdolność szacunkowego określania długości odstępów czasowych. Oto pierwszy. Na przyjęciu rozmawiasz ze swoimi przyjaciółmi: Amy i Bertem. Amy prosi, żeby jej za pięć minut przypomnieć, że musi wyjść, gdyż ma się dokądś udać. W drugim zaś scenariuszu Amy usprawiedliwia się przed gośćmi i wychodzi, a pięć minut później Bert zadaje ci pytanie: „Jak dawno temu Amy wyszła?”. W obu przypadkach spotykasz się z prośbą o szacunkowe określenie czasu, jaki upłynął, ale czy twój mózg wykorzystuje w obu przypadkach do odmierzania czasu ten sam mechanizm? Nie. Jeśli chodzi o mózg, oba zadania polegające na odmierzaniu czasu dzielą zasadnicze różnice. W pierwszym przypadku wiesz z góry, że masz wykonać zadanie oparte na odmierzaniu czasu, więc w momencie t = 0 możesz włączyć hipotetyczny stoper i śledzić upływ czasu do chwili, w której upłynie w przybliżeniu 5 minut. Jednak w drugim przypadku, w którym Bert zadał pytanie, jak dawno Amy wyszła, stoper jest bezużyteczny, gdyż nie powiedziano ci, że masz go uruchomić. Prospektywne odmierzanie czasu

jest prawdziwym zadaniem związanym z czasem, gdyż opiera się na działaniu mózgowych obwodów służących do percepcji czasu. W przeciwieństwie do niego retrospektywne odmierzanie czasu w pewnym sensie w ogóle nie polega na odmierzaniu czasu, jest raczej próbą wywnioskowania upływu czasu na podstawie odtwarzania przechowywanych w pamięci zdarzeń. Rozgraniczenie między prospektywnym a retrospektywnym odmierzaniem czasu wyjaśnia kilka tajemnic związanych z naszym subiektywnym poczuciem czasu, w tym zjawisko nazywane przez niektórych paradoksem wakacyjnym69. Pięciogodzinne oczekiwanie na opóźniony lot podczas wakacyjnej podróży do Grecji może sprawiać wrażenie, że ciągnie się bez końca, podczas gdy nam ulatuje ekscytujący dzień, który miało wypełniać zwiedzanie Aten. Jednakże tydzień później spędzony na lotnisku czas opóźnienia staje się tylko mgnieniem, a pełen ruchu, wypełniony przyjemnymi wrażeniami dzień w Atenach wydaje się wydłużony. Paradoks wakacyjny nie jest wytworem naszego współczesnego, wartkiego, pełnego szybkich podróży stylu życia. William James pisał w 1890 roku: „Na ogół czas wypełniony zróżnicowanymi i ciekawymi przeżyciami wydaje się krótki, kiedy upływa, lecz długi, gdy spoglądamy nań wstecz. Natomiast odcinek czasu pozbawiony przeżyć wydaje się długi, gdy właśnie upływa, lecz w retrospektywnej ocenie staje się krótki. Tydzień spędzony na podróżach i zwiedzaniu może we wspomnieniach bardziej odpowiadać okresowi trzech tygodni, natomiast miesiąc choroby raczej nie przyniesie więcej wspomnień niż [w innych okolicznościach] jeden dzień”70. Wydaje się nam, że ciekawe i zajmujące zajęcia odbywają się błyskawicznie, gdyż w chwili kiedy trwają, nie myślimy o czasie. Zatem pierwsze w życiu zwiedzanie liczącego 2500 lat Partenonu może minąć migiem, a pięciogodzinne oczekiwanie na lotnisku w Atlancie, wypełnione ciągłym zerkaniem na zegarek i deliberowaniem: „Jak długo to jeszcze potrwa?”, będzie się przewlekać. W ocenie retrospektywnej czas spędzony na tych zajęciach częściowo ocenia się na podstawie liczby zapisanych w pamięci zdarzeń. A skoro mamy większą skłonność do zapamiętywania nowych wydarzeń, mających dla nas osobiste znaczenie, to

prawdopodobnie Partenon bardziej zasłuży sobie na miejsce w twoim banku wspomnień niż pierwsza wizyta w toalecie na lotnisku w Atlancie71. Uderzającą ilustracją bliskiego związku między pamięcią a retrospektywnym odmierzaniem czasu stał się przypadek brytyjskiego muzykologa Clive’a Wearinga, który wskutek poważnej infekcji mózgu zapadł na ciężką niezdolność tworzenia nowych wspomnień długotrwałych. Chociaż zachował wiele umiejętności (w tym umiejętność wykonywania muzyki i dyrygowania), początkowo spędzał znaczną część dnia na zapisywaniu w dzienniku: „Teraz naprawdę w pełni się obudziłem”; później wykreślał te słowa, by za chwilę zapisać ponownie: „Teraz jestem idealnie przebudzony – po raz pierwszy”. Wskutek niezdolności tworzenia nowych wspomnień sprawiał wrażenie człowieka uwięzionego w niekończącej się pętli niezmiennej teraźniejszości. Ponieważ nie mógł się zorientować, gdzie jest ani jak się tam znalazł, jedyną interpretacją wydarzeń, jaką potrafił stworzyć jego umysł, stała się konfabulacja, że bezustannie trwa moment, w którym dopiero przebudził się ze snu. Nie miał retrospektywnego poczucia, kiedy się zbudził, gdyż rejestrował niewiele wspomnień (lub nie rejestrował ich wcale) z wydarzeń, które zaszły w poprzednich minutach i godzinach.

KOMPRESJA I DYLATACJA CZASU Różnice między prospektywnym a retrospektywnym odmierzaniem czasu w skali sekund można łatwo badać i manipulować nimi w warunkach laboratoryjnych. Jeden z najpowszechniejszych sposobów stosowanych po to, by ukradkiem zmodyfikować percepcję czasu badanych osób, polega na zmianie obciążenia poznawczego wykonywanego przez nie zadania. Obciążenie poznawcze to po prostu wymyślny termin opisujący łatwość bądź trudność zadania. W jednym z pierwszych takich eksperymentów naukowcy dali badanym stertę potasowanych kart; jedną grupę poproszono o ułożenie kart awersem do góry w pojedynczy stos (niskie obciążenie poznawcze), a drugą – o rozdzielenie kart na cztery stosy według kolorów (wysokie obciążenie poznawcze). Wszystkim badanym pozwolono na układanie kart przez 42 sekundy. Kiedy badani z góry wiedzieli, że zostaną

poproszeni o podanie wyniku szacunkowej oceny czasu spędzonego na układaniu kart (czyli o prospektywny pomiar czasu), grupa układająca je w pojedynczy stos podawała średni przypuszczalny wynik 53 sekund, a grupa układająca karty kolorami – 31 sekund. Kiedy natomiast badani nie wiedzieli, że później zostaną poproszeni o szacunkową ocenę czasu (czyli o retrospektywny pomiar czasu), te wartości wynosiły odpowiednio 28 sekund i 33 sekundy. Dziesiątki późniejszych badań pozwoliły na ustalenie, że na prospektywne odmierzanie czasu silny wpływ wywiera obciążenie poznawcze – im bardziej skomplikowane lub wymagające jest zadanie, tym niższy wynik szacunkowej oceny czasu spędzonego na jego wykonywaniu (53 sekundy kontra 31 sekund). Odwrotna sytuacja zachodzi przy retrospektywnym odmierzaniu czasu – im wyższe obciążenie poznawcze, tym dłuższe może wydawać się zadanie (28 sekund kontra 33 sekundy). Jednakże retrospektywna ocena czasu nie ulega tak silnej modulacji pod wpływem obciążenia poznawczego, jak ocena prospektywna72. Nie sposób przecenić znaczenia różnicy między prospektywną a retrospektywną oceną czasu. Na przykład w badaniu polegającym na układaniu kart z niskim obciążeniem poznawczym badane osoby robiły dokładnie to samo (układały karty w pojedynczy stos) przez taką samą ilość czasu; mimo to szacunkowe wyniki oceny prospektywnej i retrospektywnej wyniosły odpowiednio: 53 sekundy i 28 sekund. Badania wykazujące ogromne różnice w wynikach szacunkowej oceny prospektywnej i retrospektywnej oraz wrażliwość tych ocen na obciążenie poznawcze ujawniają również, jak niedokładny i niewiarygodny jest nasz osąd dotyczący upływu czasu. Nasze subiektywne poczucie czasu podlega wpływom tylu czynników zewnętrznych i wewnętrznych, że w zależności od kontekstu kilka czynników łatwo może spowodować błąd w oszacowaniu tego samego odstępu czasowego. Wyniki badań dowodzą, że ludzie przeważnie zawyżają o 25–100 procent ilość czasu spędzonego na oczekiwaniu w kolejce w sklepie lub w banku albo na wznowienie zawieszonego połączenia telefonicznego. W istocie to dlatego firmy podczas oczekiwania na wznowienie połączenia z centrum obsługi klienta odtwarzają nam w słuchawce muzykę – niektóre badania sugerują bowiem, że jeśli czekający interesanci słyszeli muzykę, twierdzili, iż czekali krócej73. Większość badań laboratoryjnych dotyczących zniekształceń szacunkowej oceny czasu koncentruje się na skali czasowej setek milisekund lub paru

sekund. Zazwyczaj ochotnicy siedzą przed komputerami i oceniają czas wyświetlania obrazów lub odtwarzania dźwięków. W badaniu przeprowadzonym pod kierunkiem Virginie van Wassenhove, specjalizującej się w neuronauce poznawczej, bodźcem wzorcowym był statyczny okrąg wyświetlany na ekranie przez 500 milisekund (czyli pół sekundy). Następnie prezentowano ten sam okrąg krócej lub dłużej. Badanych proszono o zasygnalizowanie, czy bodziec porównawczy był dłuższy, czy krótszy od bodźca wzorcowego, poprzez naciśnięcie jednego z dwóch klawiszy. W takich warunkach badani oceniali dość dokładnie – kiedy bodziec porównawczy trwał 450 milisekund, przeważnie sygnalizowali, że okrąg był wyświetlany krócej niż 500 milisekund, gdy zaś wyświetlano go przez 550 milisekund, na ogół oceniali czas jako dłuższy w porównaniu z bodźcem wzorcowym. Zatem percepcja czasu trwania bodźca porównawczego była dość dokładna. Jednak jeśli bodziec porównawczy „zbliżał się” – jego wielkość rosła – a bodziec wzorcowy pozostawał statyczny, pojawiało się złudzenie, coś w rodzaju chronostazy lub dylatacji czasu. „Zbliżający się” okrąg odbierano jako wyświetlany dłużej niż statyczny; jeśli czas jego wyświetlania trwał 450 milisekund, badani mogli go postrzegać tak samo, jak trwające 500 milisekund wyświetlanie statycznego okręgu74. Naszą percepcję czasu w skali około sekundy może zmienić kilka dodatkowych właściwości fizycznych. Na przykład bodźce słuchowe często są postrzegane jako trwające dłużej niż wzrokowe. Na ocenę czasu może wpływać także wielkość: wyniki niektórych badań wykazały nawet, że ludzie oceniają czas wyświetlania cyfry 9 jako dłuższy niż cyfry 1, choć obie były wyświetlane tak samo długo. Ponadto nowe lub nieoczekiwane bodźce postrzega się jako trwające dłużej niż bodźce znajome lub oczekiwane75. Jednym z najczęstszych przykładów świadczących o tym, jak łatwo nasze poczucie czasu ulega wypaczeniu, jest złudzenie zatrzymanego zegara. Być może to złudzenie rzuciło ci się w oczy w momencie skierowania wzroku na staromodny zegarek analogowy z tykającym sekundnikiem. Może w momencie spojrzenia na tarczę zegarka przez głowę przemknęła ci myśl: „Do licha, zegarek stanął”, lecz zanim myśl dobiegła końca, okazała się błędna, gdyż sekundnik się poruszył. Złudzenie zatrzymanego zegara bierze się stąd, że pauza pomiędzy poszczególnymi ruchami sekundnika wydaje

się trwać dłużej niż wyobrażenie mózgu o tym, ile powinna trwać sekunda. Jak się zdaje, przyczyną złudzenia jest fakt, że w krótkiej skali czasu – sekundy lub mniej – nasze czynności, w tym przypadku spojrzenie na zegarek, mogą wypaczyć nasze poczucie czasu76. To tak, jak gdyby w momencie odwrócenia uwagi jakiś wewnętrzny licznik czasu w mózgu zaczynał tykać odrobinę szybciej, to zaś prowadziło do gromadzenia się większej liczby tyknięć w stałym okresie, a tym samym do zawyżonej oceny ilości minionego czasu. Złudzenie zatrzymanego zegara oraz inne złudzenia dotyczące czasu pomagają nam ustalić, że nasze subiektywne poczucie czasu jest właśnie takie, jak wskazuje nazwa – nieobiektywne.

CHRONOFARMAKOLOGIA Sytuacja przedstawiona na rycinie 4.1 przypomina nam, że nasze poczucie czasu może podlegać radykalnym wpływom substancji psychoaktywnych. Nic dziwnego, że ów fakt nie uszedł uwadze Williama Jamesa, który nawiązał do niego w opisie osobistego przeżycia: „Pod wpływem zatrucia haszyszem następuje ciekawe wydłużenie pozornej perspektywy czasowej. Wypowiadamy jakieś zdanie i nim dobrniemy do jego końca, odnosimy wrażenie, że początek wypowiedzieliśmy nieskończenie dawno temu”77. Rzeczywiście, ludzie często opisują, że po wypaleniu marihuany czas wydaje się zwalniać tempo. Krąży anegdota o dwóch hipisach na marihuanowym haju, siedzących w parku Golden Gate i wpatrujących się we wzbijający się w niebo samolot; jeden z nich mówi do drugiego: „Chłopie, już myślałem, że on nigdy nie wystartuje”78.

65 http://www.worldsciencefestival.com/2014/07/brains-twist-time-watch-deceptivewatchman/ (18.04.2015). 66 Noyes i Kletti, 1972. 67 Loftus et al., 1987; Buckhout et al., 1989; Campbell i Bryant, 2007; Stetson et al., 2007; Buckley, 2014. 68 Matthews i Meck, 2016. 69 Hammond, 2012. 70 James, 1890, s. 624. 71 Pogląd, zgodnie z którym liczba zapisanych w pamięci wydarzeń determinuje wyniki retrospektywnej oceny czasu, określa się mianem „hipotezy pojemności magazynu pamięci” (ang. storage size; Ornstein, 1969); zbliżony pogląd zakłada, że wynik szacunkowej oceny retrospektywnej długości jakiegoś okresu rośnie wraz ze stopniem „zmiany kontekstualnej” (Zakay i Block, 1997). Ponieważ zmiany kontekstualne, takie jak zmiany bodźców zmysłowych i środowiskowych oraz zadań, również skłonne są czynić wydarzenia bardziej dla nas pamiętnymi, obie powyższe hipotezy w dużym stopniu się uzupełniają. 72 Hicks et al., 1976; Block et al., 2010. 73 Tom et al., 1997; Whiting i Donthu, 2009. 74 Van Wassenhove, 2009. Jest to w rzeczywistości uproszczony opis eksperymentu; naprawdę bodźce standardowe prezentowano czterokrotnie przed wyświetleniem „dziwacznego” bodźca porównawczego. 75 Bodźce słuchowe kontra wzrokowe, patrz: Wearden et al., 1998; Harrington et al., 2014. Nowość a znajomość bodźca, patrz: Tse et al., 2004; Pariyadath i Eagleman, 2007; Matthews, 2015. Intensywność, rozmiary i wielkość, patrz: Oliveri et al., 2008; Chang et al., 2011; Cai i Wang, 2014. 76 Yarrow et al., 2001; Park et al., 2003; Morrone et al., 2005. 77 James, 1890. 78 Sacks, 2004. Sacks przypisuje tę anegdotę L.J. Westowi (Psychomimetic Drugs).

Ryc. 4.1. (Paul Noth/The New Yorker Collection/The Cartoon Bank)

Zanim przejdziemy dalej, należy zauważyć, że stwierdzenia o czasie, który zwalnia, szybko leci, wlecze się, rozciąga albo przyspiesza, mogą być bardzo mylące79 – szczególnie wtedy, gdy się popełni błąd polegający na wdaniu się w rozważania nad rzeczywistym znaczeniem takich stwierdzeń. Weźmy wyrażenie „czas szybko leci”. Czy sugeruje ono, że wiszący na ścianie zegar wydaje się chodzić szybciej lub wolniej? Jeśli ktoś opowiada, że „czas szybko mu zleciał”, czy to oznacza, że opowiadający zdołał w danym przedziale obiektywnego czasu zegarowego zdziałać mniej, czy więcej? W stwierdzeniach o przyspieszającym lub lecącym szybko czasie tkwi nieodłączna dwuznaczność. Słowa „wolniejszy” i „szybszy” to przymiotniki o względnym znaczeniu; wobec tego – podobnie jak w przypadku określenia, że coś leży po prawej lub po lewej stronie – trzeba podać jakiś punkt odniesienia. Mówiąc o zaburzeniu poczucia czasu, ludzie na ogół mają na myśli to, że czas zewnętrzny zmienia swój bieg w stosunku do hipotetycznego wewnętrznego zegara. Załóżmy, że ten wyimaginowany wewnętrzny zegar zawiaduje naszą prospektywną oceną czasu w skali milisekund, sekund i minut, a tyka 10 razy na sekundę. Jeśli miałby zatem przyspieszyć do 20 tyknięć na sekundę pod wpływem zagrożenia albo lęku, w rezultacie jego posiadacz w ciągu 5 sekund odniósłby wrażenie, że upłynęło 10 sekund. Takie przyspieszenie działania wewnętrznego zegara na ogół opisywano by jako wrażenie, że „czas zwalnia bieg”, „wlecze się” lub „rozciąga”, ponieważ skupiamy się na sobie: wykorzystujemy swój wewnętrzny zegar jako układ odniesienia i dostrzegamy, iż czas zewnętrzny wydaje się zwalniać. Oczywiście ta relacja zależy od wybranego zegara wzorcowego: można by też stwierdzić, że czas przyspiesza, gdyż wewnętrzny zegar chodzi szybciej niż zewnętrzny. Jednak przyjęła się konwencja, że stwierdzenia o przyspieszaniu lub zwalnianiu czasu odnoszą się do pozornego tempa działania zewnętrznego zegara w stosunku do hipotetycznego zegara wewnętrznego, i niech się dzieje, co chce – choć to oczywiste, iż w rzeczywistości zwalnia lub przyspiesza wewnętrzny zegar. Nierzadko spotyka się w mediach i w literaturze popularnej oraz naukowej przykłady, w których ludzie błędnie twierdzą, że czas zwalnia, choć mają na myśli jego przyspieszenie. Zastanówmy się nad ryciną 4.1: gdyby tetrahydrokannabinol (THC), aktywny składnik haszyszu i marihuany,

powodował wrażenie, że czas zewnętrzny zwalnia lub się wlecze (zgodnie z wynikami obserwacji Williama Jamesa i badań eksperymentalnych) – co odpowiadałoby przyspieszeniu działania wewnętrznego zegara – czy zegar kowboja na rysunku nie powinien wskazywać godziny przed południem? Mówiąc ogólniej, ważne jest, żeby zdać sobie sprawę, że nasze poczucie szybkiego lub powolnego biegnięcia czasu niekoniecznie przekłada się na jasno sprecyzowaną szacunkową ocenę liczby minionych sekund lub minut (mogę w przybliżeniu ocenić, że siedziałem na fotelu u dentysty przez 5 minut, lecz opowiedzieć, iż ten czas dłużył mi się jak cała godzina)80. Choć nie powinniśmy brać dosłownie myśli o tykającym wewnętrznym zegarze, dostarcza ona metafory, która bardzo przydaje się w rozważaniach nad percepcją czasu. W opisach badań z dziedziny farmakologii w istocie często interpretuje się zaburzenia poczucia czasu w kontekście zmian tempa działania wewnętrznego zegara. Na przykład wyniki licznych badań z udziałem ludzi przemawiają za słusznością niepotwierdzonych relacji, że czas zwalnia bieg pod wpływem marihuany, a te wyniki można interpretować jako oznaki przyspieszenia tempa wewnętrznego zegara. W jednym z pierwszych badań uczestników po prostu poproszono o zasygnalizowanie, kiedy ich zdaniem upłynie 60 sekund od sygnału startu. Po otrzymaniu doustnej dawki THC badani podawali znacząco krótsze szacunkowe wyniki oceny w porównaniu z wynikami wyjściowymi; pod wpływem THC czekali średnio 42 sekundy, nim sygnalizowali upłynięcie minuty, podczas gdy wyjściowe wyniki szacunkowych ocen były dość bliskie rzeczywistego czasu 60 sekund81. Wyglądało to tak, jak gdyby ich wewnętrzny zegar szedł szybciej, osiągając liczbę 60 sekund w ciągu zaledwie 42 obiektywnych sekund (zauważmy, że szacunkowy wynik jest krótszy, gdyż badanych proszono o „wytworzenie” minuty; gdyby otrzymali polecenie oszacowania długości faktycznej minuty, przyspieszone tempo zegara skutkowałoby zawyżoną oceną). Substancje farmakologiczne wpływają również na poczucie czasu u zwierząt. W związku z tym powstaje pytanie: w jaki sposób pyta się zwierzęta, ile – ich zdaniem – upłynęło czasu? Szczury i myszy z łatwością uczą się naciskać dźwignię, żeby uzyskać pokarm; w jednej z odmian tej standardowej formy warunkowania instrumentalnego, zwanej procedurą o stałych odstępach czasowych, rozpoczęcie próby (czyli t = 0) sygnalizuje wskazówka, taka jak włączenie się światła. Po rozpoczęciu próby szczur

może naciskać dźwignię w dowolnym momencie, ale pokarm w nagrodę otrzyma tylko przy pierwszym naciśnięciu dźwigni po stałym odstępie czasowym od początku próby. Szczury nauczą się zatem rozpoczynać naciskanie dźwigni w momentach proporcjonalnych do wyuczonych stałych odstępów. Zatem jeśli podczas treningu stosowano stałe odstępy wynoszące 10 sekund, szczury prawdopodobnie będą naciskać dźwignie w momentach zbliżonych do tych stałych odstępów, czyli mniej więcej co 10 sekund. Szczury zaś trenowane z odstępami dziesięciosekundowymi będą naciskać dźwignie przed szczurami trenowanymi z odstępami trzydziestosekundowymi. To jeden z licznych sposobów zademonstrowania, że gryzonie i inne zwierzęta potrafią prospektywnie śledzić czas w skali sekund. A teraz zadajmy sobie pytanie, co się stanie, gdy szczury nauczone tego zadania (co może wymagać całych tygodni treningu) będą na haju? W jednym z eksperymentów, do którego szczury trenowano ze stałym, trzydziestosekundowym odstępem czasowym, szczytowy czas do naciśnięcia dźwigni spadł z około 34 sekund (bez narkotyku) do około 29 sekund po podaniu THC (co ciekawe, w tym badaniu szczury po podaniu THC w pewnym sensie działały dokładniej). Powyższy wynik zgadza się z relacjami ludzi o tym, że pod wpływem kannabinoidów czas zwalnia bieg, gdyż hipotetyczny wewnętrzny zegar chodzi szybciej, chociaż taki wpływ substancji farmakologicznych na ocenę czasu – zwłaszcza w przypadku kannabinoidów – nie zawsze udawało się odtworzyć82. Najdokładniej zbadany efekt chronofarmakologiczny na ocenę czasu u zwierząt dotyczy manipulacji na układzie dopaminergicznym mózgu. Dopamina jest ważnym neuroprzekaźnikiem oraz modulatorem wielu rozmaitych procesów mózgowych. Zwłaszcza uszkodzenie skupiska wytwarzających dopaminę neuronów w pniu mózgu (tak zwanej istoty czarnej, substantia nigra) powoduje drżenie i deficyty ruchowe, charakterystyczne dla choroby Parkinsona. Warren Meck, psycholog z Duke University, oraz jego współpracownicy wysunęli hipotezę, że dopamina może zmieniać tempo działania szlaków nerwowych w mózgu odpowiedzialnych za odmierzanie czasu. Na przykład w toku eksperymentów Meck wykazał, że podanie szczurom trenowanym z użyciem stałych, dwudziestosekundowych odstępów czasowych substancji stymulującej, czyli metamfetaminy – która oprócz innych efektów zwiększa poziom dopaminy w mózgu – może zmieniać czas do

naciskania przez zwierzęta dźwigni z około 20 do 17 sekund. Jednak po wielokrotnym wykonaniu tego zadania pod wpływem metamfetaminy w ciągu wielu dni szczury powoli przestawiały odmierzany czas z powrotem na 20 sekund, jak gdyby nauczyły się działać z chronicznie przyspieszonym wewnętrznym zegarem poprzez skalibrowanie na nowo liczby jego tyknięć w taki sposób, by odpowiadała 20 sekundom. Co więcej, po odstawieniu środka farmakologicznego szczury zawyżały ocenę: szczytowy czas do naciśnięcia dźwigni wzrósł i przekraczał 20 sekund83. Opisane badania oraz wiele innych eksperymentów z dziedziny farmakologii dostarczyły nam wielu ważnych wiadomości o tym, w jaki sposób ludzie i zwierzęta odczuwają i postrzegają czas. Jednak określenie znaczenia tych badań to zadanie niełatwe i budzące kontrowersje. Po pierwsze, wyniki często zależą od istoty wyznaczonego zadania wykorzystanego w badaniu odstępu czasowego oraz szczegółowego sposobu podawania przez badanych wyników ich oceny upływu czasu. Po drugie, praktycznie wszystkie środki farmakologiczne wywierają liczne i połączone ze sobą działania neurofizjologiczne, toteż bardzo trudno określić prawdziwą przyczynę zmiany jakiegoś zachowania. Na przykład kannabinoidy i środki dopaminergiczne mogą wpływać na poziom lęku, pamięć, aktywność ruchową i stany fizjologiczne, takie jak głód (który może oddziaływać na motywację zwierząt do wykonania zadania). Nie trzeba też dodawać, że środki te mogą również zmieniać poziom uwagi, jaką ludzie i zwierzęta chcą poświęcić na wykonanie zadania, to zaś może prowadzić do całego zestawu alternatywnych interpretacji. Co więcej, niektóre środki farmakologiczne mogą wpływać na ludzką zdolność oceny krótkich odstępów czasowych, ale nie długich, i na odwrót84. Ogólnie rzecz biorąc, dane z literatury naukowej na temat oddziaływania substancji psychoaktywnych na percepcję czasu wskazują, że nie ma pojedynczego neuroprzekaźnika, który zawiaduje tym procesem. Ponadto ten sam środek może różnie wpływać na szacunkową ocenę długich i krótkich odstępów czasowych, zatem badania farmakologiczne dostarczają mocnych dowodów przemawiających za słusznością poglądu o braku głównego zegara wewnętrznego, który rządziłby odczuwaniem czasu w skali od milisekund do godzin. Tym samym stanowią one argument na poparcie trafności naszej zasady wielu zegarów.

PRZYCZYNY EFEKTU ZWOLNIONEGO TEMPA Przekonaliśmy się, że zakłócenia naszej percepcji czasu należy uważać raczej za regułę, nie za wyjątek, co w pewnym stopniu odziera z tajemnicy relacje o takich zjawiskach w sytuacjach wysoce emocjonujących lub zagrażających życiu. Niemniej opowieści o wydarzeniach rozwijających się w zwolnionym tempie w warunkach zagrożenia życia robią wrażenie, bowiem znacznie wykraczają poza proste pojęcie zawyżenia wyniku oceny upływu czasu. Istnieje kilka hipotez mogących stanowić wyjaśnienie, dlaczego zdarzenia zagrażające życiu wydają się przebiegać w zwolnionym tempie85. Przytoczę tu trzy z nich, które nazywam hipotezami przetaktowania, hiperpamięci oraz metailuzji. Przetaktowanie (ang. overclocking). Jeśli procesor komputera działa z częstotliwością 2 GHz, to znaczy, że wykonuje 2 miliardy operacji na sekundę. Tempem jego działania steruje „zegar” komputera. Funkcja tego zegara nie polega na odmierzaniu godzin dnia, lecz na ustalaniu częstotliwości operacji procesora – w tym przypadku na wysyłaniu elektrycznego impulsu co 0,0000000005 sekundy. Każdy miłośnik gier wideo wie, że można przetaktować („podkręcić”) komputer poprzez zwiększenie liczby impulsów wytwarzanych w każdej sekundzie przez zegar. W rezultacie otrzymuje się komputer, który w zasadzie wszystko robi szybciej: odczytuje i przetwarza więcej informacji w danej jednostce czasu (wada tego rozwiązania polega na tym, że procesor może się stopić). Być może przyczyną efektu zwolnionego tempa jest neurologiczny odpowiednik przetaktowania elektronicznego komputera, zatem zdolność człowieka do szybszych reakcji i postrzegania zdarzeń w zwolnionym tempie można wyjaśnić przechodzeniem mózgu w momentach zagrożenia życia w tryb pracy z przetaktowaniem. Czy mózg można „podkręcić”? Czas, jaki mózgowi zajmuje wykonanie zadania, zależy od wielu różnych czynników, w tym następujących: (1) prędkości, z jaką wzdłuż aksonów przebiegają sygnały elektryczne (czyli potencjały czynnościowe, inaczej iglicowe); (2) czasu, jaki w synapsie zajmuje transmisja sygnału elektrochemicznego z neuronu presynaptycznego do postsynaptycznego – jest to tak zwane opóźnienie

synaptyczne; (3) czasu, jaki prądom synaptycznym zajmuje zmiana potencjału błonowego neuronu, dostatecznie duża, by uruchomić potencjał czynnościowy – częściowo określa go tak zwana stała czasowa neuronu. Prędkość przewodzenia sygnałów w aksonach oraz opóźnienie synaptyczne w dużej mierze określają dość niezmienne zjawiska biofizyczne i biochemiczne, których przyspieszenie w jakimkolwiek znaczącym stopniu pod wpływem reakcji „walcz lub uciekaj” jest mało prawdopodobne. Natomiast czas, jaki neuronowi zajmuje „odpalenie” potencjału iglicowego pod nawałą sygnałów wejściowych od komórek presynaptycznych, może ulec skróceniu pod wpływem wielu mechanizmów86. Jedno z najprostszych założeń prowadzących do takiego stanu rzeczy polega na działaniu neuromodulatorów (takich jak norepinefryna), krążących we krwi i w mózgu w sytuacjach wymagających walki lub ucieczki, które wywoływałyby depolaryzację neuronów pobudzających w mózgu (lub zmniejszałyby ich hamowanie), dzięki czemu „odpalanie” sygnału następowałoby nieco łatwiej i szybciej. Jednakże to mało prawdopodobne, by zmiany latencji neuronów przy „odpalaniu” sygnału mogły przyczynić się do wzrostu tempa działania o więcej niż 10–20 procent. Na przykład podaje się, że stymulanty, między innymi kofeina, mogą skracać czas reakcji ludzi na bodziec, lecz na ogół mniej niż o 10 procent87. Neuromodulatory za pośrednictwem słabo poznanych mechanizmów mogą wzmóc lub wyostrzyć uwagę skierowaną na rozgrywające się wokół nas wydarzenia. Rzeczywiście, dobrze wiemy o tym, że wzmożenie uwagi poprawia sprawność działania i skraca czas reakcji. Takie efekty mogą wprawdzie przyczyniać się do imponujących wyczynów zawodowego sportowca na boisku, ale nie mogą stanowić wytłumaczenia uderzających relacji osób, które działały „błyskawicznie, zgodnie z dokładną oceną sytuacji” albo przeżywały „nagły przegląd całej przeszłości”. Relacje osób dokonujących w ułamku sekundy skomplikowanych wyczynów dla ocalenia życia w stanie zagrożenia prawdopodobnie są niedokładne. Kiedy takie działania rzeczywiście się odbywają, prawdopodobnie wykonują je osoby znakomicie wyszkolone: kierowcy wyścigowi, piloci myśliwców i najlepsi sportowcy, innymi słowy, ludzie, których obwody neuronalne skorzystały z tysięcznych godzin treningu. Jeden z badaczy ujął to następująco: „Biegli kajakarze potrafią tak przystosować pracę kajaka, własnego ciała i wiosła, żeby wybrać dokładnie

jedną możliwą do przebycia trasę przez bystrzyny i wodospady. Uczestnicy o mniejszych umiejętnościach odczuwają tylko dezorientację i skłonni są zamierać w bezruchu, ulegać panice albo działać w sposób zwiększający zagrożenie”88. Chociaż wielu naukowców podkreśla doniesienia o nadludzkiej sprawności osób w sytuacji zagrożenia życia, nie brakuje też relacji o marnych decyzjach podejmowanych w takich samych okolicznościach. Tak więc prawdopodobnie wypracowane podczas treningów zwiększone skupienie i perfekcyjne umiejętności ruchowe umożliwiają zawodowcom szybkie działania w sytuacjach zagrożenia życia, podczas gdy pozostali ludzie – mimo subiektywnej percepcji wydarzeń w zwolnionym tempie – w obliczu zagrożenia biernie młócą ramionami lub zamierają w bezruchu. Hiperpamięć. Inne możliwe wyjaśnienie efektu zwolnionego tempa polega na tym, że stanowi on rezultat złudzenia powstającego post factum – złudzenia w tym sensie, iż ludzie w momencie danego wypadku w rzeczywistości nie postrzegają wydarzeń w zwolnionym tempie, jedynie tak uważają, przypominając sobie ten epizod. W sytuacjach wymagających walki lub ucieczki mózg może zwiększać przestrzenną i czasową rozdzielczość naszych wspomnień. Innymi słowy, w obliczu zagrożenia postrzegane tempo rozwoju wydarzeń może być mniej więcej normalne, lecz podczas retrospekcji wspomnienia mogą być o wiele bardziej szczegółowe, w wyniku czego po fakcie wydaje się, że wszystko rozgrywało się w zwolnionym tempie. W jednej z relacji na temat efektu zwolnionego tempa osoba, która omal nie została zabita przez nadjeżdżający pociąg, wspominała, że „gdy pociąg przejeżdżał obok, widziałem twarz maszynisty. Przypominało to odtwarzany powoli film, w którym kolejne klatki zmieniają się z gwałtownym przeskokiem. Tak ujrzałem jego twarz”89. Jednak w jaki sposób możemy ustalić, czy ta relacja opiera się tylko na wspomnieniach, czy naprawdę tak się działo w trakcie tego wydarzenia? Co więcej, skąd mamy wiedzieć, czy wspomnienia z tych wydarzeń są dokładne (czy ta osoba rzeczywiście była w stanie rozpoznać twarz maszynisty)? Dobrze wiemy, że nasze wspomnienia emocjonujących wydarzeń mogą być dość mało wiarygodne. Na przykład wiadomo, że

w wielu przypadkach ofiary brutalnych napaści podczas składania zeznań mylnie identyfikują podejrzanego90. Niemniej wydaje się prawdopodobne, że w jakiejś wersji hipoteza hiperpamięci przyczynia się do powstawania efektu zwolnionego tempa, ponieważ neuromodulatory uwolnione podczas emocjonujących lub niebezpiecznych wydarzeń rzeczywiście potrafią wzmagać pamięć. To zjawisko uważa się za jedno z wyjaśnień tak zwanych wspomnień fleszowych, w których ludzie pamiętają, gdzie się znajdowali w momencie, gdy usłyszeli o jakimś tragicznym wydarzeniu, jak atak z 11 września. Zespół stresu pourazowego to kolejny przykład, w którym reakcja walki lub ucieczki pobudza pamięć, lecz w tym przypadku skutkuje to powstawaniem nieznośnie silnych, nieprzystosowawczych wspomnień91. Oczywiście hipoteza hiperpamięci nie tłumaczy relacji o działaniu szybszym i z większą przytomnością umysłu niż w innych okolicznościach. Nie wyjaśnia również subiektywnego, często przemożnego odczucia, że w danej chwili wszystko dzieje się w zwolnionym tempie. Tutaj nie mogę oprzeć się wpływowi własnego przeżycia związanego z efektem zwolnionego tempa. Uczestniczyłem w wypadku samochodowym, w którym mój wóz został przez inny uderzony w bok, obrócił się i wyrżnął w słup telefoniczny. Podczas tego epizodu nie tylko doznałem nieodpartego wrażenia, że samochód obraca się powoli, ale też w trakcie rozwoju wydarzeń pomyślałem: „A niech to, czas naprawdę zwalnia”. Jednak – żeby podkreślić, że w takich chwilach percepcji daleko jest do doskonałości – dodam, iż nie pamiętam, bym w jakikolwiek sposób szybko zareagował lub nawet zarejestrował fakt wystrzelenia bocznych poduszek powietrznych. Niemniej to, że pamiętam myśl o zwolnionym biegu czasu, mogłoby sugerować rzeczywistą percepcję rozwoju wydarzeń w trakcie wypadku w zwolnionym tempie. Wobec tego hipoteza hiperpamięci nie może stanowić pełnego wyjaśnienia efektu zwolnionego tempa. Metailuzja. Wada hipotez przetaktowania i hiperpamięci polega na tym, że nie biorą one pod uwagę podstawowego spostrzeżenia dotyczącego subiektywnych przeżyć. Bez względu na barwę, dźwięk lub upływ czasu nasze świadome przeżycia są zasadniczo złudzeniami, wygodnymi, ciągłymi opowieściami o tym, co nieświadomy mózg uznaje za

najistotniejsze wydarzenia w świecie na zewnątrz czaszki. Może się to wydawać dziwną koncepcją – wrócimy do niej w rozdziale 12 – lecz na razie chyba najskuteczniejszym sposobem, by pojąć, co rozumiem przez iluzoryczną naturę subiektywnych przeżyć, jest posłużenie się przykładem świadomości własnego ciała. Jednym z najbardziej osobistych ze wszystkich subiektywnych doświadczeń jest poczucie, że twoja ręka należy do ciebie i do nikogo innego. Kiedy przypadkiem nie trafisz młotkiem w gwóźdź i walniesz nim w palec, odczujesz ból. To zadziwiające, że chociaż ból powstaje w mózgu, nie tam jest odczuwany, następuje bowiem jego projekcja do punktu w przestrzeni, gdzie akurat znajduje się twoja ręka. Iluzoryczna natura świadomości ciała wychodzi na jaw w zespole kończyny fantomowej. Niektóre osoby po amputacji nadal odczuwają brakującą kończynę tak doskonale, jak większość z nas czuje istniejące członki. Zjawisko kończyn fantomowych informuje nas, że mózg tak angażuje się w karmienie nas złudzeniem posiadania kości, mięśni i nerwów składających się na nasze kończyny, iż czasem trwa przy wytwarzaniu tego złudzenia, choć kończyny już od dawna nie ma. Zatem to nie fantomowa kończyna naprawdę jest złudzeniem, tylko poczucie posiadania naszych rzeczywistych kończyn. Zespół kończyny fantomowej to zagadkowe zjawisko, ale zbytnie skupienie się na ich tajemnicy odwróci naszą uwagę od prawdziwej zagadki: zacznijmy od tego, w jaki sposób mózg tworzy świadomość naszego ciała92. Podobnie skupienie się na efekcie zwolnionego tempa w sytuacjach zagrożenia życia odwraca naszą uwagę od prawdziwej tajemnicy: naszej „normalnej” percepcji upływu czasu. Wyobraź sobie, że siedzisz w pustej sali, oglądasz film i szybko uświadamiasz sobie, że tempo odtwarzania się nie zgadza. Usta aktorów poruszają się za wolno, a przedmioty spadają na ziemię zbyt długo. Jak można by to naprawić? Jeśli nic nie wiesz o wyświetlaniu filmów ani nie znasz typu projektora, jak masz zrozumieć, dlaczego film jest odtwarzany w niewłaściwym tempie? Jeśli chodzi o projektor, to „prawidłowa” prędkość wyświetlania stanowi po prostu jedno z wielu możliwych ustawień. Nasze normalne poczucie czasu jest konstruktem umysłowym, który zdaje się również mieć różne ustawienia tempa. Hipoteza metailuzji podkreśla zatem, że efekt zwolnionego tempa stanowi złudzenie dotyczące złudzenia, wobec tego próby wyjaśnienia tego efektu bez zrozumienia

normalnego, subiektywnego poczucia czasu przypominają próby naprawienia zbyt powolnego tempa wyświetlania filmu, gdy nie wie się nic o tym, w jaki sposób uzyskuje się tempo prawidłowe. Świadomość to opóźniona relacja obejmująca nie tylko wydarzenia w świecie zewnętrznym, lecz także to, co dzieje się w nieświadomym mózgu. Na przykład przekonamy się (w rozdziale 12), że na podstawie obserwowania aktywności neuronów w mózgu można przewidzieć z wyprzedzeniem do 900 milisekund, kiedy dana osoba z własnej woli postanowi przesunąć palec – setki milisekund mijają, zanim sama badana osoba wydaje się uświadamiać sobie, że „dobrowolnie” przesunęła palec. Jeśli nawet niebezpieczeństwo wprowadza mózg w tryb przetaktowania, zwiększający tempo jego działań, to świadomość może być zbyt powolna, by nimi kierować. Zatem relacje o „dominującej szybkości pracy umysłu, wykazanej na podstawie zwiększonego tempa myśli”93mogą stanowić przykład kolejnej złudy, jaką nieświadomy mózg narzuca umysłowi. Mózg potrafi nie tylko dokonywać projekcji bólu do tego miejsca w świecie, w którym znajdują się nasze kończyny; gdy sztuczną rękę umieści się w pobliżu prawdziwej kończyny, mózg może na nowo skalibrować swoją projekcję punktu w przestrzeni, w którym dana osoba odczuwa położenie ramienia, i przemieścić go w stronę sztucznej kończyny – jak gdyby skłonny był przyjąć sztuczne ramię za swoje (nazywa się to złudzeniem gumowej ręki). Wydaje się, że mózg – podobnie jak może dokonywać projekcji odczuwanego położenia kończyn do różnych punktów w przestrzeni – potrafi w elastyczny, zróżnicowany sposób oznaczać wydarzenia jako rozgrywające się szybko lub powoli. To znaczy, że nasze subiektywne osądy o szybkim lub wolnym upływie czasu mogą być oddzielone od szybkości przetwarzania przez mózg informacji albo od tempa działania wewnętrznego zegara mózgu94. Żeby jeszcze bardziej podkreślić doniosłość hipotezy metailuzji, zauważmy, że podczas wydarzeń zagrażających życiu zniekształceniu ulega nie tylko poczucie czasu. Poniżej zamieszczam trzy relacje ze zbioru liczącego ponad setkę opowieści, opublikowanego w 1976 roku95. Pierwsza to relacja dwudziestoczteroletniego kierowcy wyścigowego, który jechał z prędkością 160 kilometrów na godzinę, gdy w wyniku wypadku jego wóz wielokrotnie przekoziołkował w powietrzu na wysokości 10 metrów:

Miałem wrażenie, że to trwa całą wieczność. Wszystko rozgrywało się w zwolnionym tempie i wydawało mi się, jakbym grał na scenie, mogąc oglądać samego siebie, spadającego bez końca w samochodzie. Jak gdybym siedział na trybunach i widział, jak to się dzieje.

Dwudziestojednoletni student college’u, uczestnik poważnego wypadku samochodowego, wspominał: Gdy to wszystko się działo, czas stanął w miejscu. Wydawało się, że to będzie trwało całą wieczność. Przestrzeń także była nierealna. Bardzo przypominało to sytuację, gdy się siedzi w kinie i ogląda się wydarzenia na ekranie.

Żołnierz, który w czasie II wojny światowej najechał jeepem na minę, opowiadał: Nie zdawałem sobie sprawy z upływu czasu, był tylko ten moment, który w ogóle się nie zmieniał. Nie miałem też żadnego pojęcia o przestrzeni, gdyż wydawało się, że istnieję tylko w umyśle.

Tak więc wydaje się, że percepcja czasu to nie jest jedyna umysłowa zdolność podlegająca zmianom: zmienić się może także percepcja przestrzeni. W jakimkolwiek innym kontekście powyższe relacje nazwano by halucynacjami lub opisami odmiennych stanów świadomości. Zapewne nagła powódź endogennych substancji neurochemicznych, wywołana reakcją „walcz lub uciekaj”, przeciąża obwody mózgowe i wywołuje omamy. Może więc najlepiej uznać efekt zwolnionego tempa za kolejny typ odmiennego stanu świadomości, oderwany od rzeczywistości i mający niewiele z nią wspólnego.

KOMPRESJA CZASU W MÓZGU Opisane wyżej trzy hipotezy wyjaśniające powstawanie efektu zwolnionego tempa wzajemnie się nie wykluczają. Podejrzewam, że wzmożona uwaga

przyczynia się do błyskawicznego działania wytrenowanych zawodowców w sytuacjach wywołujących obfite wydzielanie adrenaliny, a hiperpamięć prawdopodobnie ma swój udział w relacji o ruchu w zwolnionym tempie, ale ostatecznie postrzegana przez nas szybkość mijania wydarzeń jest dość przypadkowym parametrem nakładającym się na znacznie bardziej tajemnicze złudzenie świadomości. Efekt zwolnionego tempa oraz inne złudzenia dotyczące czasu uważamy za zniekształcenia naszej percepcji czasu – a konkretniej: tempa zachodzenia różnych zmian – ale to nie takie proste. Zdolność kompresji i dylatacji czasu to w rzeczywistości funkcja mózgu, z której korzystamy na co dzień. Jak brzmi ostatnie słowo pierwszego wersu tekstu twojej ulubionej piosenki? Jeśli jesteśmy do siebie podobni, musisz zacząć recytować go od początku do końca: „Przez ile dróg musi przejść każdy z nas, by móc człowiekiem się stać?”96. Na pewno nie musisz jednak odtwarzać w myśli tego wersu w oryginalnym tempie utworu. Możesz w myśli odtworzyć go bardzo szybko lub powoli: przemknąć przez tekst w przyspieszonym tempie albo rozkoszować się każdą sylabą. Zdolność wykonywania tej samej czynności w różnym tempie rzeczywiście jest ważną właściwością naszego układu ruchowego. Spowalniam mowę, gdy rozmawiam z małymi dziećmi, ale przyspieszam ją, gdy w trakcie wykładu kończy mi się czas. Możesz zawiązać buty powoli, jeśli akurat uczysz dziecko wykonywania tej czynności, lub zrobić to szybko, żeby wyjść z domu i pobiegać, możesz również wyobrazić sobie, że zawiązywanie butów trwa krócej niż w rzeczywistości. Możemy praktycznie przyspieszać lub spowalniać czynności ruchowe mniej więcej pięciokrotnie – na przykład najwolniejsze i najszybsze rytmy muzyczne na ogół zawierają się w przedziale od 40 do 200 taktów na minutę. Jednak istnieją dowody, że mózg potrafi odtwarzać wydarzenia w jeszcze szybszym tempie. W rozdziale 1 wspomnieliśmy o komórkach miejsca w hipokampie. Znajdują się tam komórki „odpalające” sygnały wybiórczo, gdy ich posiadacz, na przykład szczur, znajduje się w konkretnych miejscach w pomieszczeniu. Zatem jeśli zwierzę bada otwartą przestrzeń, powiedzmy,

→→→→

odwiedza miejsca oznaczone cyframi 1 2 3 4 5, określone neurony będą wysyłały impulsy w każdym z tych miejsc. Jeśli oznakujemy

neurony wysyłające sygnały w każdym z tych miejsc literami od A do E, będziemy mogli obserwować wzorzec wysyłania przez komórki miejsca impulsów w miarę upływu czasu (co będę nazywać „trajektorią

→→→ →

neuronalną”): A B C D E. Możemy uważać ten wzorzec za neuronalny zapis doświadczenia, jakim dla szczura jest bieg wzdłuż określonej trasy. Przebiegnięcie tą trasą może szczurowi zająć 10 sekund, zatem tyle samo czasu zajmie trajektoria neuronalna

→→→ →

A B C D E. A teraz coś fascynującego: neuronaukowcy rejestrujący aktywność tych samych komórek podczas snu lub odpoczynku

→→→ →

zwierzęcia obserwują wzorzec A B C D E częściej, niż można byłoby się spodziewać, gdyby to zjawisko było dziełem przypadku – czyli częściej niż wtedy, gdyby szczur wcześniej tego samego dnia nie

→→→→

przebył trasy 1 2 3 4 5. Według jednej interpretacji powyższych wyników mózg szczura odtwarza przeżyte wcześniej epizody. Jednak odtwarzane wydarzenia rozgrywają się w całkowicie innej skali

→→→ →

czasowej; podczas odtwarzania sekwencji A B C D E może ona trwać zaledwie 200 milisekund zamiast 10 sekund. Uważa się, że odtwarzanie tych trajektorii może przyczyniać się do tworzenia wspomnień – pomagać w przechowywaniu w obwodach mózgowych przeżytych epizodów (co istotne, podkreślam, że nikt przez to nie sugeruje, iż szczury świadomie przeżywają na nowo podczas tego odtwarzania odwiedzanie tamtych miejsc; prawdopodobnie tak się nie dzieje). Możliwe również, że to odtwarzanie oznacza planowanie przyszłych działań. Na przykład gdy szczury wykonują zadanie, w którym muszą się zatrzymywać przy „studzience z nagrodą”, żeby otrzymać smakołyk, po czym przechodzić do następnej, wzorzec aktywności neuronalnej obserwowany w trakcie postojów zwierzęcia przy dołkach można wykorzystać do przewidzenia, dokąd szczur pobiegnie w następnej kolejności97! Według jednej z interpretacji tego spostrzeżenia mózg szczura w ciągu zaledwie ułamka sekundy planuje przyszłe działania, które mogą zająć zwierzęciu 10 sekund. Skompresowane odtwarzanie trajektorii neuronalnych oraz to, że możemy sterować tempem odtwarzania w myśli piosenki, ujawniają fakt, iż mózg

potrafi w istocie przetwarzać i generować wzorce czasowe w różnych prędkościach. Nadal jednak otwarte pozostaje pytanie, czy ta właściwość funkcji mózgu wiąże się z subiektywną kompresją i dylatacją czasu. * Nasze „odczuwanie” czasu nie jest prawdziwym odczuciem zmysłowym, jak to, co widzimy i słyszymy. Nie istnieje narząd zmysłu odczuwający czas, nie ma też receptorów czasu w naszych oczach, uszach, nosie, na języku ani w skórze. Nie mogłyby istnieć, gdyż czas nie jest fizyczną właściwością podobną do światła lub zmiennego ciśnienia cząsteczek powietrza. Niemniej mózg nie tylko mierzy czas, lecz także odczuwa jego upływ, wydaje się bowiem, że czujemy, jak mija czas. Jednak mnogość złudzeń czasowych ujawnia, że dokładność naszego poczucia czasu może radykalnie odbiegać od wskazań zegara mierzącego czas obiektywny, a owe złudzenia często mogą się składać na wiele zjawisk. Istnienie złudzeń dotyczących czasu nie stanowi jednak niespodzianki. Praktycznie wszystkie subiektywne doświadczenia, w tym percepcja barw i odczuwanie bólu oraz świadomość własnego ciała, mogą ulegać zmianom pod wpływem kontekstu, uczenia się, skupienia uwagi oraz środków farmakologicznych. Owe złudzenia zapewniły psychologom i neuronaukowcom cenny wgląd w sposób funkcjonowania mózgu, lecz ostatecznie najważniejsza nauka, jaka z tego wynika, jest następująca: wszystkie subiektywne doświadczenia, zniekształcone czy nie, są w zasadzie złudzeniami. Tak więc nie powinniśmy pozwolić, by złudzenia dotyczące czasu zbytnio odwróciły naszą uwagę od bardziej fundamentalnej zagadki: w jaki sposób mózg tworzy świadome wrażenie upływu czasu albo – skoro już o tym mowa – wszystkie pozostałe wrażenia? 79 Wearden et al., 2014; Wearden, 2015. 80 Wearden, 2015. 81 Tinklenberg et al., 1976. 82 W praktyce w większości badań na zwierzętach stosuje się odmianę procedury o stałych odstępach czasowych, zwaną procedurą o szczytowych odstępach czasowych, w której w pewnych próbach nigdy nie używa się czynnika wzmacniającego. Badanie na szczurach przeprowadzili Han i Robinson (2001). Inne badania o zgodnych bądź

sprzecznych wynikach, patrz: McClure i McMillan, 1997; Lieving et al., 2006; Atakan et al., 2012; Sewell et al., 2013. 83 Meck, 1996; Coull et al., 2011. 84 Rammsayer, 1992; Rammsayer i Vogel, 1992; Rammsayer, 1999; Coull et al., 2011. 85 Loftus et al., 1987; Sacks, 2004; Stetson et al., 2007; Arstila, 2012. 86 Istnieje na to kilka sposobów, w tym następujące: (1) zdepolaryzowanie neuronów o parę miliwoltów, dzięki czemu zbliżają się one do progu potencjału czynnościowego; (2) praktyczne zmniejszenie stałej czasowej neuronów przez zamknięcie potasowych kanałów przeciekowych; (3) zwiększenie ilości neuroprzekaźnika uwalnianego z zakończeń presynaptycznych; (4) zahamowanie czynności neuronów hamujących, które często tłumią lub spowalniają reakcje neuronów pobudzających. Można by nawet wysunąć argument, że możliwe byłoby podwyższenie lokalnej temperatury mózgu przez zwiększenie przepływu krwi, co mogłoby przyspieszyć procesy neuronalne. 87 Martin i Garfield, 2006; Terry et al., 2008; Swann et al., 2013. Kolejny problem z hipotezą przetaktowywania polega na tym, że nawet gdyby mózg dysponował trybem działania w dużym tempie, to w żadnym razie nie wyjaśnia sposobu, w jaki ów tryb mógłby się uruchamiać dostatecznie szybko, żeby można było z niego skorzystać w sytuacjach zagrożenia życia, rozgrywających się w ułamku sekundy. Żeby mózg mógł wejść w hipotetyczny tryb przetaktowania, najpierw z narządów zmysłów musiałyby dotrzeć sygnały sensoryczne informujące o okropnej sytuacji, a mózg musiałby je przetworzyć, zanim włączyłyby się wszystkie alarmy, a mózg i krwiobieg pogrążyłyby się w powodzi neuromodulatorów koniecznych do walki lub ucieczki, w tym norepinefryny i epinefryny (adrenaliny). Samo przejście w tryb przetaktowania zajęłoby sekundę. 88 Buckley, 2014. 89 Cytat w: Arstila, 2012. 90 Loftus, 1996; Buonomano, 2011. 91 Cahill i McGaugh, 1996; Schacter, 1996. 92 Nie zamierzam bagatelizować wagi zrozumienia zespołu bólu fantomowego, bardzo poważnego schorzenia, mogącego przysparzać osobom po amputacji ogromnych cierpień 93 Arstila, 2012. 94 Wearden, 2015. 95 Noyes i Kletti, 1976. 96 Bob Dylan, Blowin’ in the wind, przeł. Jacek Korczakowski (przyp. tłum.).

97 Zjawisko odtwarzania opisywano w licznych artykułach, w tym następujących: Wilson i McNaughton, 1994; Foster i Kokko, 2009; Karlsson i Frank, 2009.

5:00 Wzorce czasu Przepraszam na chwilę, pocałuję tego faceta. słowa przypisywane Jimiemu Hendrixowi

Chociaż może nie poświęcamy temu zbyt wiele uwagi, w trakcie wszystkich rozmów mózg skrupulatnie odmierza czas trwania każdej sylaby i pauz między słowami, a także śledzi ogólny rytm strumienia dźwięków uderzających w nasze błony bębenkowe. Najmniejszymi jednostkami mowy są fonemy, składające się z repertuaru dźwięków wykorzystywanych w danym języku (w przybliżeniu odpowiadają one literom, lecz ta sama litera może reprezentować różne fonemy, na przykład litera „ż” w słowach „życie” i „młodzież”). W większości przypadków znaczenie może być określane przez kolejność fonemów w danym wyrażeniu. Niekiedy jednak taka sama sekwencja fonemów może mieć bardzo różne znaczenia, w wyniku czego powstają potencjalnie dwuznaczne pary słów i zwroty, na przykład: „nie wiemy, gdzie…” i „nie, wiemy gdzie…”. Te dwuznaczności na ogół dają się rozwiązać za pomocą pozostałych wymiarów mowy, w tym czasu trwania sylab, intonacji, akcentu oraz pauzy pomiędzy słowami. Jeden z najłatwiejszych sposobów ujednoznacznienia przytoczonych wyżej zwrotów polega na uwydatnieniu pauzy oddzielającej odpowiednie słowa. W podanym przykładzie dłuższa pauza pomiędzy słowami „wiemy” i „gdzie” przemawia za interpretacją „nie mamy pojęcia o tym, gdzie się znajduje coś, o czym mowa”, podczas gdy umyślna pauza pomiędzy wyrazami „nie” i „wiemy” sugeruje coś wręcz przeciwnego. Tempo mowy (szybkość) również służy do wyrażania znaczenia oraz informacji. Weźmy zdanie: „Hostessa podziękowała dziewczynie

z uśmiechem na ustach”. Kto w tym zdaniu się uśmiecha? Badania wykazują, że przyspieszenie (kompresja czasowa) części zdania „dziewczynie z uśmiechem na ustach” skłania ludzi do interpretacji „uśmiechniętej dziewczynie”, natomiast spowolnienie tej samej części (dylatacja czasowa) przemawia za interpretacją „uśmiechniętej hostessy”98. Tragicznym następstwem takich dwuznaczności są osoby szwendające się dookoła z błędnymi słowami swoich ulubionych piosenek na ustach. Mylnie dosłyszane słowa mogą stanowić rezultat faktu, że wokaliści niekiedy muszą na siłę wtłaczać zwroty w strukturę rytmu utworu muzycznego (choć z drugiej strony niektóre przypadki wynikają po prostu z tego, iż wokalistów nikt nie nagradza za poprawną dykcję). Mnogie interpretacje znanych ze słuchu tekstów piosenek doczekały się w angielszczyźnie nawet własnego określenia: mondegreen99. Słynnym przykładem takiej pomyłki jest wers z utworu Jimiego Hendrixa Purple Haze: „excuse me while I kiss the sky” (Przepraszam na chwilę, ucałuję niebo”), który często odbiera się jako słowa „… excuse me while I kiss this guy” („Przepraszam na chwilę, pocałuję tego faceta”). Także w tym wypadku w normalnej mowie takie możliwe niejasności mają częściowo związek z odmierzaniem czasu podczas wypowiadania słów i można je rozwiązać przez uwydatnienie właściwych granic między wyrazami za pomocą pauz. Odmierzanie czasu jest również istotne dla odróżniania od siebie poszczególnych fonemów. Na przykład różnica między fonemami „b” i „p” częściowo opiera się na tak zwanym czasie rozpoczęcia wymawiania: odstępie czasowym między wybuchowym uwolnieniem powietrza z ust a wprawieniem strun głosowych w drganie. Jeśli przyłożysz palce do gardła i powiesz „pa”, prawdopodobnie dostrzeżesz odstęp między otwarciem ust a momentem, w którym odczujesz, że struny głosowe zaczynają drgać. Kiedy zrobisz to samo, mówiąc „ba”, ta przerwa będzie krótsza, prawdopodobnie niedostrzegalna. W przypadku sylaby „pa” czas rozpoczęcia wymawiania przekracza na ogół 30 milisekund, natomiast przy wymawianiu „ba” jest on krótszy niż 20 milisekund. Fakt, że bez trudu słyszymy różnicę między sylabami „ba” i „pa” oznacza, że układ słuchowy dysponuje mechanizmami odmierzania czasu umożliwiającymi rozróżnienie tych bardzo krótkich pauz.

Odmierzanie czasu na nieco dłuższą skalę od kilkuset milisekund do paru sekund ma fundamentalne znaczenie dla prozodii (rytmu albo melodyki mowy). Wykorzystujemy intonację, wyczucie czasu oraz tempo mowy dla wyrażenia emocji lub sarkazmu albo zaznaczenia, czy dane wyrażenie miało być pytaniem, czy nie. Zdanie „To był dobry pomysł” w zależności od prozodii wypowiadającej je osoby może stanowić komplement albo uwagę upokarzającą. Wyniki badań wykazują, że zmiana tempa mowy poprzez kompresję lub dylatację czasową zdań zmienia ocenę stanu emocjonalnego mówcy. W jednym z badań osoby niemieckojęzyczne poproszono o wysłuchanie zdań i ocenienie stanu emocjonalnego wypowiadającej je osoby. Kiedy uczestnicy wysłuchali zdań wymówionych w taki sposób, żeby wyrażały smutek, trafnie identyfikowali stan emocjonalny mówcy jako smutek. Kiedy tempo zdań rosło, badani powszechnie oceniali stan wypowiadającej je osoby jako neutralny albo jako przerażenie. Co ważne, emocje wyrażane za pomocą prozodii mogą przekraczać bariery językowe. Kiedy te same zdania oceniali Amerykanie nieznający niemieckiego, osądzali oni afekt mówcy według takich samych wzorców jak rodowici Niemcy. Podobnie działo się w przypadku przepuszczenia zdań przez filtr sprawiający, że słowa stawały się niezrozumiałe, ale zachowywały ogólny „zarys” mowy – słuchacze nadal potrafili odczytać stan emocjonalny mówiącego. Pomyślmy o stłumionej rozmowie słyszanej przez ścianę: chociaż nie potrafimy rozróżnić słów, prawdopodobnie umiemy orzec, czy są wypowiadane w gniewie, czy w radosnym nastroju100.

ODMIERZANIE CZASU JEST ZABAWNE Mówi się, że wyczucie czasu w mówieniu ma również podstawowe znaczenie w komediach. Nie jestem pewien, czy te obserwacje zostały starannie sprawdzone w warunkach laboratoryjnych lub w badaniach na zwierzętach, ale aktor Sacha Baron-Cohen w swoim filmie Borat: Podpatrzone w Ameryce, aby Kazachstan rósł w siłę, a ludzie żyli dostatniej w zabawny sposób wykazał słuszność powiedzenia, że w komedii wyczucie czasu jest wszystkim. W jednej ze scen instruktor opowiadania dowcipów

wyjaśnia czasowe subtelności żartów „inaczej”. Chociaż scena nie należy do szczególnie śmiesznych, to komiczny potencjał tkwi przynajmniej w zdaniu: – Ten garnitur jest czarny. Inaczej! A w taki sposób próbuje zabrać się do tego Borat: – Ten garnitur jest inaczej czarny. – Ten garnitur jest czarny inaczej. – Ten garnitur jest czarny. Inaczej! To wszystko ma znacznie mniejszy potencjał humoru. Jednak dlaczego odmierzanie czasu ma swój udział w dobrze opowiedzianym żarcie? Humor powstaje częściowo pod wpływem niespodzianki. Żeby coś brzmiało śmiesznie, musi być niespodziewane, lecz nadal zachowywać sens; rzeczywiście, trudno się spodziewać zdania „Ten garnitur jest czarny jak ziarna ciecierzycy”, ale i nie brzmi ono szczególnie śmiesznie101. Dodatkowym składnikiem dowcipu może być wymóg, by nieoczekiwany element pojawił się w odpowiednim momencie. Mózg ciągle wytwarza w czasie rzeczywistym prognozy, co się w następnej chwili stanie i kiedy to nastąpi; może nieoczekiwana puenta powinna się pojawić w spodziewanym momencie. Jeśli puenta zjawia się za wcześnie, nie może zaskoczyć, gdyż nie ma dosyć czasu na sformułowanie prognozy, co się zaraz stanie. Natomiast jeśli puentę wypowie się za późno, słuchacz zdąży już zająć umysł następnym zestawem prognoz, a element zaskoczenia stanowi fakt, że nic się nie stało, co budzi poczucie konsternacji, lecz jest mało zabawne.

MOWA MATCZYNA Każdy, kto kiedykolwiek usiłował jako dorosły nauczyć się języka obcego, prawdopodobnie narzekał na to, że rodowici użytkownicy mówią za szybko102. Odbiór słuchowy w obcym języku może przypominać próby rozpoznania twarzy osoby stojącej na peronie stacji metra, przez którą przejeżdża wagon – mózg usilnie stara się pochwycić obrazy znajomej twarzy, lecz wszystkie zlewają się ze sobą. Spowolnienie mowy pomaga początkującym w analizie ciągów fonemów i podzieleniu ich na odrębne słowa.

Małe dzieci prawdopodobnie doświadczają podobnych trudności podczas nauki pierwszego w ich życiu języka, więc zapewne dlatego dorośli podczas rozmowy z nimi automatycznie mówią wolniej i akcentują poszczególne słowa. Taka zmiana naszych wzorców mówienia nosi nazwę mowy kierowanej do niemowląt (albo mowy „matczynej” bądź „rodzicielskiej”). Mowa kierowana do niemowląt często charakteryzuje się wyższą tonacją głosu, przedłużaniem samogłosek oraz pauz między słowami. Na przykład wyniki badań wykazują, że gdy dorośli rozmawiają ze sobą, pauzy między zwrotami wynoszą około 700 milisekund, lecz w rozmowie z małymi dziećmi ta wartość zwiększa się i przekracza sekundę. Badania dowodzą również, że niemowlęta, podobnie jak dorośli uczący się nowego języka, lepiej rozróżniają słowa wypowiadane ze spowolnioną i wyraźnie akcentowaną prozodią mowy matczynej103. Wolniejsze mówienie pomaga dzieciom i dorosłym w analizie mowy oraz ustalaniu, gdzie jedno słowo się kończy, a drugie zaczyna, co zapobiega nakładaniu się na siebie kolejnych fonemów. W następnym rozdziale przekonamy się, że ten fakt wydaje się następstwem sposobu przetwarzania przez mózg strumieni informacji i odmierzania czasu w skali od dziesiątek do setek milisekund. Mowa to zjawisko wielowymiarowe: składa się na nią wiele zmiennych, w tym sekwencja fonemów i odstępy między nimi, czas trwania sylab i pauz między wyrazami, intonacja, akcent, tempo mowy oraz ogólna prozodia. Wiele tych właściwości wymaga od mózgu słuchacza zdolności odmierzania czasu. Podobnie mówca musi podejmować odpowiednie wyzwania ruchowe, żeby tworzyć wzorce czasowe mowy, w tym skomplikowane sekwencje „łamańców” językowych, precyzyjnie zgrane w czasie ruchy warg, drgania strun głosowych, pauzy i oddychanie z odpowiednią synchronizacją czasową. Ogólnie rzecz biorąc, mózgi słuchaczy i mówców muszą rozwiązywać zestawy zaawansowanych problemów czasowych – to zadanie prawdopodobnie wykraczające poza możliwości jakiegokolwiek urządzenia przypominającego zegar.

ALFABET MORSE’A

Przekonaliśmy się, że ludzie i inne zwierzęta angażują się w mnóstwo związanych z czasem zadań, odmierzają czas opóźnienia w docieraniu dźwięku do jednego i do drugiego ucha, czas pozostały do zmiany czerwonych świateł drogowych albo czas obrotu Ziemi wokół osi. Powyższe zadania polegają na odmierzaniu oddzielnych odstępów czasowych lub okresów; jest to czasowy odpowiednik oceny długości przedmiotów. W przeciwieństwie do nich mowa i rozpoznawanie muzyki wymagają określania struktury czasowej złożonych wzorców, scalania wielu elementów czasowych w jedną całość. Czas jest tym samym dla mowy i rozpoznawania muzyki, co przestrzeń dla wzrokowego rozpoznawania obiektów. Możemy uważać rozpoznawanie twarzy na rysunku za problem przestrzenny – istotne informacje są zawarte w relacjach przestrzennych między wszystkimi elementami rysunku. Jest to również problem hierarchiczny: informacje o niskim poziomie (linie i krzywe) muszą być zintegrowane w jednolity obraz. Okrąg to tylko okrąg, ale dwie pary koncentrycznych okręgów, umieszczone obok siebie, stają się oczami; jeśli się je umieści we wnętrzu większego okręgu, powstanie twarz, i tak dalej, aż otrzymamy tłum ludzi w pewnej scenerii. Mowa i muzyka to czasowe odpowiedniki rozpoznawania oglądanej sceny: wymagają poznania hierarchii wbudowanych w nie problemów czasowych104. Mowa wymaga śledzenia właściwości czasowych coraz dłuższych elementów: fonemów, sylab, słów, zwrotów i zdań. Pod pewnymi względami rozpoznawanie hierarchii wzorców czasowych jest trudniejsze, wymaga bowiem swego rodzaju pamięci przeszłości. Wszystkie cechy rysunku są równocześnie obecne na statycznej karcie papieru, natomiast istotne właściwości mowy lub muzyki trzeba scalać w czasie, czyli interpretować każdą z nich w kontekście elementów, które odeszły już w przeszłość. Chyba najlepszym przykładem zaawansowanej zdolności mózgu do przetwarzania wzorców czasowych jest alfabet Morse’a. Mowa i muzyka opierają się na informacjach zakodowanych w strukturze czasowej dźwięków, ale olbrzymia ilość informacji tkwi również w ich tonacji. Możemy myśleć o tonacji jako o informacji przestrzennej, przypominającej trochę orientację linii na kartce papieru. Może to być odrobinę mylące, gdyż tonacja oznacza percepcję częstotliwości dźwięków, a częstotliwość to cecha nieodłącznie czasowa, mierzona jako liczba cykli na sekundę, czyli odstęp czasowy pomiędzy powtórzeniami cykli drgań fali dźwiękowej.

Jednakże częstotliwość dźwięków znajduje przestrzenne odzwierciedlenie w postaci funkcji rozmieszczonych wzdłuż ślimaka słuchowych komórek zmysłowych, wyposażonych we włoski zmysłowe. Zatem jeśli chodzi o ośrodkowy układ nerwowy, rozróżnianie wysokości dźwięków stanowi zasadniczo zadanie przestrzenne, podobne do różnic rozmieszczenia klawiszy na klawiaturze fortepianu. Alfabet Morse’a zaś działa w sposób niezależny od wysokości dźwięków bądź jakichkolwiek informacji przestrzennych – w alfabecie Morse’a o wszystkim decyduje funkcja odmierzania czasu. Alfabet Morse’a składa się z dwóch podstawowych elementów: kropek i kresek. Jedyną różnicą między tymi symbolami jest czas ich trwania, zatem alfabet Morse’a wymaga tylko jednego kanału komunikacji, takiego jak dźwięk lub światło, w którym sygnał uruchamia się i wyłącza według skomplikowanego wzorca czasowego. Ta prostota sprawia, że przekaz w tym alfabecie łatwo daje się transmitować. Można nawet przesyłać wiadomości za pomocą krótkich i dłuższych mrugnięć powiekami. Słynnym przykładem takiego działania jest amerykański admirał Jeremiah Denton, uczestnik wojny wietnamskiej. Jako jeniec wojenny udzielił wywiadu wykorzystanego przez propagandę wroga, w którym przed kamerą odpowiedział na pytanie: „Jestem dostatecznie zaopatrywany w żywność i odzież, w razie potrzeby otrzymuję też pomoc medyczną”. Jednak mruganiem powiekami przekazał wiadomość: TORTURY105. Czas trwania kropki i kreski zależy od ogólnego tempa nadawania w alfabecie Morse’a, mierzonego liczbą słów na minutę. Przy tempie wynoszącym 10 słów na minutę czas trwania każdej kropki i kreski wynosi odpowiednio: 120 i 360 milisekund. Informacje są również zakodowane w pauzach: pauzy między poszczególnymi literami wynoszą 360 milisekund (trzykrotność czasu trwania kropki), a pauzy między poszczególnymi wyrazami – 840 milisekund (siedmiokrotność czasu trwania kropki). Poniższy zapis

–•–•––••–•–––– •–––••••– –•–•––•••–•••

oznacza zatem zdanie „Czym jest czas”. Dłuższe pauzy oznaczają odstępy między słowami. Całość informacji zawiera się w czasie trwania dźwięków, odstępach czasowych między nimi oraz ogólnej, globalnej strukturze komunikatu. Jednak podobnie jak w mowie, w alfabecie Morse’a istnieje również prozodia i wydaje się, że eksperci potrafią odróżniać subtelne wariacje iloczasu oraz identyfikować nadającą osobę na podstawie jej „akcentu”. Dla niewprawnego ucha przysłuchiwanie się długiej wiadomości w alfabecie Morse’a bardzo przypomina słuchanie obcego języka: nie można dosłyszeć, kiedy kończy się jedna litera i zaczyna następna. Każdy nadbiegający dźwięk po prostu nakłada się na ostatni, uniemożliwiając rozróżnienie następujących sekwencji:

. . . . . . . . (she, ang. „ona”) oraz . . . . . . . . . (his, ang. „jego”)

Oczywiście ekspert nie musi świadomie liczyć tych kropek i nie zastanawia się, gdzie kończy się jedna litera, a zaczyna następna, tak jak ty nie musisz się głowić nad obecnością głoski „t”, żeby odróżnić wyrazy „neuron” i „neutron”. Jak się zatem zostaje ekspertem od alfabetu Morse’a? Powoli. Nie rozpoczyna się nauki alfabetu Morse’a w tempie 20 słów na minutę, tylko od wolniejszego, a postępy czyni się stopniowo. Jedna z zalecanych metod szkolenia wykorzystuje tak zwany schemat czasowy Farnswortha: litery nadaje się w normalnym tempie, za to akcentuje się pauzy między literami i słowami poprzez ich wydłużenie. To umożliwia szkolącym się poznawanie liter jako pojedynczych „obiektów czasowych”, podczas gdy akcentowanie granic między wszystkimi literami i słowami sprawia, że mniej nakładają się na siebie106. Innymi słowy, nauka alfabetu Morse’a rozpoczyna się od „mowy matczynej”.

NAUKA ODMIERZANIA CZASU Nawet osoby niewtajemniczone w alfabet Morse’a stosunkowo łatwo odróżnią pojedynczą, trwającą 120 milisekund kropkę od trwającej 360 milisekund kreski. Podobnie w muzyce łatwo odróżnić jedną nutę o długości 250 milisekund od drugiej, trwającej 500 milisekund (odpowiednio: ósemkę i ćwierćnutę w tempie 120 na minutę). Jednak w jaki sposób mózg dokonuje tych prostych działań polegających na rozróżnianiu czasu? Czy w odmierzaniu czasu osiąga się pod wpływem ćwiczeń lepsze wyniki? Odpowiedzi na te pytania dają istotny wgląd w sposób percepcji czasu przez mózg. Można sądzić, że mózg wykorzystuje coś w rodzaju neuronalnego wielofunkcyjnego stopera do odmierzania wszystkich odstępów czasowych w zakresie od kilku milisekund do mniej więcej sekundy. Możemy się także domyślać, że mózg dysponuje mnogością rozmaitych neuronów lub obwodów wyspecjalizowanych w wykrywaniu danego odstępu czasowego; przypominałoby to posiadanie całej kolekcji klepsydr – po jednej do każdego z możliwych odstępów. Żeby spróbować wybrać jedną z tych hipotez, zadajmy sobie pytanie, czy ludzka zdolność rozróżniania przedziałów czasowych poprawia się w miarę nabierania praktyki, a jeśli tak, to w jaki sposób. Chociaż zdolność rozróżniania odstępów czasowych badano od końca XIX wieku, dopiero w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia udzielono jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy ćwiczenia mogą poprawić zdolność odmierzania czasu. Jedno z pierwszych badań, w których systematycznie poszukiwano tej odpowiedzi, przeprowadzono w University of California w San Francisco; autorami tego badania byli: Beverly Wright, ja sam oraz nasi koledzy Henry Mahncke i Michael Merzenich. Wykorzystaliśmy standardowe zadanie polegające na rozróżnianiu odstępów czasowych w postaci dźwięków, w którym badani oceniali słuchowo dwa odstępy czasowe o różnych długościach, po czym proszono ich o określenie, czy dłuższy był pierwszy, czy drugi. W tym zadaniu każdy przedział ograniczały dwa krótkie dźwięki (każdy po 15 milisekund). Zatem pierwszy przedział mógł się składać z dwóch dźwięków oddzielonych odstępem standardowym o długości

100 milisekund, a drugi, tak zwany odstęp porównawczy – z dwóch dźwięków rozdzielonych czasem 120 milisekund (ryc. 5.1). Różnica między odstępem standardowym a porównawczym, wynosząca w tym przypadku 20 milisekund, jest określana mianem „delta t” (Δt). Jeśli po zaprezentowaniu odstępów wynoszących 100 i 120 milisekund uczestnik zawsze prawidłowo identyfikował dłuższy, mogliśmy wyciągnąć wniosek, że jego wewnętrzny licznik czasu odznaczał się rozdzielczością lepszą (krótszą) niż 20 milisekund.

98 Mowa cechuje się dużą nadmiarowością (redundancją), co oznacza, że na ogół istnieje wiele różnych wskazówek umożliwiających nam ujednoznacznianie dwuznacznych wyrażeń. W naturalnej mowie odmierzanie czasu stanowi tylko jedną z nich; pozostałymi są intonacja i kontekst. Do artykułów, których autorzy badali rolę wskazówek czasowych w mowie, należą następujące publikacje: Lehiste, 1960; Lehiste et al., 1976; Aasland i Baum, 2003; Schwab et al., 2008. 99 Tytuł pochodzi od eseju amerykańskiej pisarki Sylvii Wright The Death of Lady Mondegreen. Autorka wspomina w nim czytaną jej w dzieciństwie przez matkę szkocką balladę The Bonny Earl of Murray, w której bohater ginie, a jego zwłoki zostają złożone na murawie (ang. And laid him on the green); wskutek pomyłki w odbiorze tekstu Wright była przekonana, że hrabia Murray poniósł śmierć razem z damą Mondegreen, a odpowiedni wers brzmi And Lady Mondegreen (por. www.merriam-webster.com oraz Wikipedia) (przyp. tłum.). 100 Breitenstein et al., 2001a; Breitenstein et al., 2001b; Taler et al., 2008. 101 Brownell i Gardner, 1988. 102 Aasland i Baum, 2003. 103 Grieser i Kuhl, 1988; Bryant i Barrett, 2007; Broesch i Bryant, 2015. 104 Bregman, 1990. 105 http://www.washingtonpost.com/national/jeremiah-a-denton-jr-vietnam-pow-and-ussenator-dies/2014/03/28/1a15343e-b500–11e3-b899–20667de76985_story.html. 106 www.arrl.org/files/file/Technology/x9004008.pdf (8.07.2015).

Ryc. 5.1. Zadanie polegające na rozróżnianiu odstępów czasowych.

Poprzez zmiany wartości Δt można ocenić precyzję działania mózgowych liczników czasu. Najpierw oszacowaliśmy u badanych wartość progową z użyciem odstępów standardowych, wynoszących 50, 100, 200 i 500 milisekund. Przede wszystkim należy zauważyć, że wartości progowe dla każdego z odstępów standardowych bardzo się różnią, co stanowi ogólne zjawisko dotyczące sposobu rozróżniania przez ludzi bodźców o różnych wielkościach. Prawdopodobnie zdołasz odczuć różnicę ciężaru dwóch przedmiotów ważących 100 i 120 gramów, ale nie takich, które ważą 1000 i 1020 gramów. Ogólnie rzecz biorąc, liczy się nie bezwzględna wartość różnicy między dwoma bodźcami, tylko stosunek między nimi. Wartości progowe zdolności rozróżniania odstępów czasowych wahały się od 15 do 25 procent. Na przykład dla odstępu standardowego o długości 100 milisekund średni próg rozróżniania odstępu wynosił 24 milisekundy, co oznaczało, że przeciętni ludzie potrafią w wiarygodny sposób odróżnić 100 od 124 milisekund. Po zebraniu w pierwszym dniu badania tych wyjściowych danych uczestnicy przystąpili do dziesięciodniowego okresu treningu, w którym przez godzinę dziennie ćwiczyli odróżnianie odstępów wynoszących 100 milisekund. Po okresie treningu zdolność badanych do odmierzania czasu rzeczywiście się poprawiła, a średnia wartość progowa przy odstępie standardowym o długości 100 milisekund spadła z 24 do 10 milisekund. To wskazuje, że ćwiczenia rzeczywiście poprawiają w jakiś sposób jakość liczników czasu w naszym mózgu. Jednakże ludzie to skomplikowane stworzenia; ćwiczenia zapewne nie poprawiały zdolności odmierzania czasu jako takiej, tylko sprawiało to takie wrażenie, gdyż z czasem badani ochotnicy byli w stanie lepiej skupić się na zadaniu. Na szczęście tę interpretację wyników uzasadniała odpowiedź na drugie, ciekawsze pytanie. Skoro po treningu z odstępem 100 milisekund wyniki badanych uległy poprawie, czy ta poprawa dotyczyła również pozostałych interwałów? Zauważmy, że jeśli dojdziemy do przekonania, iż mózg ma jakiś ogólny neuronalny stoper odmierzający czas we wszystkich odstępach od 50 do 500 milisekund, a ów stoper w miarę ćwiczeń w jakiś sposób staje się dokładniejszy, to moglibyśmy oczekiwać poprawy odmierzania wszystkich odstępów, choć ochotnicy ćwiczyli tylko z interwałem 100 milisekund.

Gdyby natomiast mózg w przeciwieństwie do tego założenia używał wyspecjalizowanych liczników czasu, moglibyśmy przewidywać, że poprawa przy odstępie standardowym 100 milisekund nie ulegnie rozciągnięciu na pozostałe interwały. Tak się rzeczywiście stało. Choć po 10 dniach ćwiczeń z interwałem 100 milisekund zdolność rozróżniania odstępów wynoszących około 100 milisekund uległa spektakularnej poprawie, w ogóle nie poprawiły się progi rozróżniania odstępów dla interwałów o długości 50, 200 i 500 milisekund107. Gdyby wyniki uczenia się z odstępem 100 milisekund powstawały pod wpływem lepszego skupiania uwagi, to badani prawdopodobnie poprawiliby swoje wyniki we wszystkich odstępach czasowych, lecz tego nie zaobserwowaliśmy. Co ważniejsze, powyższy wynik, który od tamtego czasu powtórzono w licznych badaniach w innych ośrodkach108, sugeruje, że mózg wprawdzie odmierza czas w skali mniejszej od sekundy, lecz nie wydaje się, by odbywało się to za pośrednictwem jakiegoś głównego stopera odmierzającego wszystkie interwały. Skoro odmierzanie czasu ulega poprawie pod wpływem ćwiczeń, to zrozumiałe, że osoby wykonujące zawody, które wymagają umiejętności dokładnego odmierzania czasu – na przykład muzycy – powinni osiągać wyniki lepsze od przeciętnych. Jedno z dawnych badań tego zagadnienia przeprowadził zespół kierowany przez Richarda Ivry’ego, pracujący podówczas w University of Oregon. Badacze prosili pianistów i osoby, które nie grały na fortepianie, o naciskanie przycisku jednocześnie z serią dźwięków emitowanych co 400 milisekund, a następnie o dalsze wystukiwanie tego samego rytmu już po tym, jak dźwięki nadające tempo umilkły. Odstępy między poszczególnymi stuknięciami w przypadku muzyków wykazywały znacznie mniejszą zmienność (miały bardziej stały rytm) niż u osób niegrających na instrumentach muzycznych. Pianiści osiągali również lepsze wyniki w zadaniu polegającym na rozróżnianiu interwałów przy odstępie standardowym o długości 400 milisekund109. Wyniki innego badania potwierdziły u muzyków znacząco niższy próg rozróżniania odstępów czasowych przy odstępach standardowych wynoszących 50 i 1000 milisekund. Jednak nawet wśród muzyków istnieją znaczne różnice w zdolności odmierzania czasu. Na przykład wykazano, że perkusiści odróżniają jednosekundowe interwały lepiej niż muzycy grający na instrumentach strunowych110. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badań

ujawniają, że muzycy na ogół radzą sobie z rozmaitymi zadaniami związanymi z czasem co najmniej o 20 procent lepiej od osób niemuzykalnych.

UTRZYMYWANIE RYTMU Muzyka w takiej czy innej formie jest wszechobecna w ludzkich kulturach. Kluczowym elementem muzyki jest rytm: powtarzające się okresowo dźwięki nadające tempo, które stanowi fundament utworu muzycznego. Nasza naturalna skłonność do taktowania rytmu piosenki przez postukiwanie albo kiwanie głową stanowi jeszcze jeden przykład dowodzący, że ludzki mózg to maszyna do prognozowania. Nie postukujesz stopą dopiero wtedy, gdy usłyszysz rytm – często wyznaczany uderzeniem w bęben – gdyż twój mózg raczej zagląda o kilkaset milisekund w przyszłość i przewiduje, kiedy nastąpi następne uderzenie, oraz synchronizuje twoje ruchy w taki sposób, by je dopasować. Synchronizowanie ruchów z rytmem utworu przychodzi nam tak łatwo, że niekiedy łatwiej wystukiwać rytm, niż się oprzeć jego urokowi. Mimo to większość zwierząt nie wykazuje prostej zdolności utrzymywania rytmu. Nie chodzi tylko o to, że zwierzęta nie podzielają naszych muzycznych skłonności; raczej brakuje im umiejętności czuciowo-ruchowych, niezbędnych do zsynchronizowania ruchów z powtarzającym się okresowo bodźcem. W tym momencie każdy koneser portalu YouTube zaprotestuje i wskaże mnóstwo filmików z sympatycznymi domowymi zwierzakami, które z zadowoleniem kiwają łbem do rytmu jakiejś popularnej piosenki. Niektóre z tych nagrań prawdopodobnie są przykładami „efektu Mądrego Hansa”: zwierzęta nauczyły się reagować na wskazówki swoich właścicieli, jak ów słynny koń wykonujący działania arytmetyczne, a w istocie posłuszny przekazywanym nieświadomie przez właściciela wskazówkom niewerbalnym. Jednakże inne filmy – zwłaszcza z udziałem ptaków – mogą być autentyczne. Naukowcy z pewnością nie wzdragają się przed pozyskiwaniem do badań bohaterów filmów na YouTube. Psycholog Aniruddh Patel i jego współpracownicy włączyli do badania gwiazdę YouTube, ładną białą

kakadu imieniem Snowball (Śnieżka)111. W jednym z filmów Snowball wykonuje serię ruchów i kiwnięć głową – którą można opisać jedynie jako taniec – do melodii utworu Everybody grupy Backstreet Boys. Żeby ustalić, czy Snowball rzeczywiście trzymała się rytmu, zamiast wykonywać zapamiętaną serię stałych ruchów, badacze odtwarzali utwór w spowolnionym lub przyspieszonym tempie i określali, jak wypadały poruszenia ptaka w stosunku do rytmu piosenki; o ile głowa papugi przy każdym uderzeniu zawsze znajdowała się w takiej samej, bardziej lub mniej wyciągniętej pozycji, o tyle możemy powiedzieć, że ruchy ptaka były zsynchronizowane z rytmem muzyki. Poruszenia Snowball wyraźnie współgrały z rytmem utworu odtwarzanego w różnym tempie, co znaczyło, że papuga przewiduje poszczególne uderzenia, choć wydawało się, że woli tańczyć w szybszych rytmach112. Jednak ptaki stanowią wyjątek. Małpy mogą się nauczyć odtwarzania pojedynczego interwału wyznaczonego przez dwa dźwięki, ale z trudem wykonują proste zadanie wymagające synchronizacji. W relacji z pewnego badania pisano, że nawet po roku treningu rezusy nie potrafiły naciskać przycisku synchronicznie z okresowo odtwarzanymi dźwiękami, choć umiały stale uderzać przycisk krótko po każdym dźwięku113. Dlaczego zatem trywialne na pozór zadanie utrzymywania rytmu sprawia naszym kuzynom z rzędu naczelnych taką trudność w odróżnieniu od niektórych ptaków? Jedną z możliwych odpowiedzi na to pytanie nazywa się hipotezą głosowego uczenia się. Większość ssaków, w tym małpy, psy i koty, porozumiewa się za pomocą okrzyków, wycia, warknięć, szczeknięć lub miauknięć, lecz te zachowania są u nich wrodzone i odzwierciedlają bardzo prosty, ograniczony zasób „słów” – na przykład pies nie musi się uczyć, że warknięcie nie znaczy „witaj, zbliż się”. Stosunkowo niewiele zwierząt uczy się wydawać dźwięki w wyniku doświadczeń i interakcji społecznych. Oprócz ludzi do gatunków zdolnych do głosowego uczenia się należą niektóre ptaki, wieloryby i słonie. Najbardziej oczywistym przykładem są papugi, które potrafią uczyć się odtwarzania dźwięków wydawanych przez inne ptaki albo imitować ograniczony repertuar wyrazów ze słownika piratów. Głosowe uczenie się wymaga, by mózg słuchał dźwięków, a następnie dociekał, w jaki sposób je odtwarzać za pomocą strun głosowych i mięśni warg. Do takiego zadania wyraźnie niezbędny jest znaczny poziom

współpracy słuchowych i ruchowych ośrodków mózgu. Podobnie zdolność wykonywania ruchów synchronicznych z okresowym bodźcem słuchowym również wymaga ścisłej współpracy układu słuchowego i ruchowego. Wysunięto hipotezę, że te same szlaki mózgowe, które umożliwiają zwierzętom uczenie się komunikacji głosowej, odpowiadają również za znacznie prostsze na pozór działanie, jakim jest reagowanie na rytm piosenki114. Mowa i muzyka to aktywne przedsięwzięcia, wymagające tworzenia przez mózg ciągłych prognoz dotyczących tego, co się stanie w następnej chwili. Zwłaszcza w muzyce chodzi o przewidzenie konkretnej nuty w określonym momencie; to, czy owe oczekiwania zostaną spełnione, czy nie, zależy od intencji kompozytora115. Zatem nic dziwnego, że zdolność reagowania na rytm to minimalny wymóg, jaki trzeba spełnić, by rozumieć muzykę, a postukiwanie synchroniczne z okresowym bodźcem stanowi jeden z podstawowych mierników umiejętności przewidywania i oczekiwania.

PTAKI ŚPIEWAJĄCE Ptaki nie tylko tańczą, niektóre potrafią też śpiewać. Przynajmniej my nazywamy to śpiewem, bo one w ten sposób porozumiewają się ze sobą. Istnieją liczne paralele między nauką śpiewu u ptaków śpiewających a ludzką mową. Ze względu na owe podobieństwa ptaki śpiewające stały się ważnymi gatunkami dla badań nad uczeniem się i porozumiewaniem, językiem oraz percepcją czasu116. Samiec zeberki timorskiej wyśpiewuje wymyślne pieśni w ramach zachowań godowych. Młode samce uczą się ich od dorosłych lub nawet z nagrań dźwiękowych śpiewu innego samca. Podobnie jak w przypadku ludzkiej mowy, istnieje kluczowy okres rozwojowy, w którym musi się odbyć nauka głosowej komunikacji. Jeśli ten wczesny okres rozwojowy zostanie pominięty, ptaki śpiewające nigdy się nie nauczą śpiewać jak normalne dorosłe osobniki – samiec, który nie słyszał wcześniej śpiewu innego samca, będzie śpiewał, ale to mało prawdopodobne, by kunsztem swoich pieśni uwiódł jakąś samicę.

Podobnie jak w mowie i muzyce, elementy ptasiego śpiewu podlegają hierarchii czasowej. Nuty pieśni łączą się w sylaby, a sekwencja sylab tworzy w pieśni całe zwroty. Dana sylaba może trwać do kilkuset milisekund, pauzy między sylabami są na ogół krótsze niż 100 milisekund, a cała pieśń może ciągnąć się przez wiele sekund. Mózgi samców i samic zeberek timorskich całkowicie się od siebie różnią: samce mają wiele ośrodków mózgowych, nieodzownych dla uczenia się śpiewu i wykonywania pieśni (samice zaś nie śpiewają). Jedno z takich jąder określa się skrótem HVC (który nic nie oznacza – nie pytajcie). To jądro przynajmniej częściowo odpowiada za odmierzanie czasu pieśni zeberki timorskiej. Neurony jądra HVC „odpalają” impulsy w określonych momentach pieśni; na przykład jeden może wysyłać sygnał po 100 milisekundach trwania frazy, inny zaś po 500 milisekundach117. Możemy przyjąć, że te komórki tworzą łańcuch neuronalny, w którym neuron A pobudza B, który z kolei aktywizuje C… (ryc. 5.2). W rezultacie po wysłaniu sygnału przez neuron A w aktywności neuronów powstaje „efekt

→→→ →

domina”: A B C D E (w rzeczywistości najlepiej myśleć o poszczególnych ogniwach łańcucha jako o grupach neuronów, a nie pojedynczych komórkach). Przypomina to wykorzystanie łańcucha padających kostek domina jako stopera: jeśli kostki są ustawione kolejno w takich samych odstępach i każda pada w ciągu 100 milisekund, wiemy, że po upadnięciu piątej upłynęło w przybliżeniu 500 milisekund, a gdy upadła dziesiąta kostka, minęła sekunda. Podobnie – prześledzimy to bardziej szczegółowo w następnym rozdziale – jedna z teorii zakłada, że w pewnych przypadkach mózg odmierza czas poprzez ustalanie, które neurony łańcucha są w danej chwili aktywne. Rzeczywiście wydaje się, że neurony jądra HVC wykorzystują ten mechanizm do sterowania czasem trwania poszczególnych nut śpiewu ptaka. Natomiast jedna ze stałych trudności w neuronauce polega na rozgraniczaniu korelacji i przyczynowości – to, że neurony HVC wydają się odpowiadać za śpiew, nie oznacza, iż faktycznie odpowiadają. Jedną z metod wyjaśnienia kwestii korelacji i przyczynowości zastosowali pracujący podówczas w Massachusetts Institute of Technology (MIT) neuronaukowcy Michael Long i Michale Fee; rozumowali, że skoro neurony HVC odpowiadają za

czas trwania nut pieśni, to w wyniku spowolnienia wzorca aktywności tych neuronów ptaki powinny śpiewać w zwolnionym tempie118.

107 Wright et al., 1997. Kolejnym spostrzeżeniem w tym eksperymencie był fakt, że badani wykazali również poprawę „przestrzenną”, ponieważ po treningu z użyciem odstępów czasowych 100 milisekund, ograniczonych dwoma dźwiękami o częstotliwości 1 kHz, poprawiła się ich zdolność rozróżniania również takich samych interwałów ograniczonych dźwiękami o częstotliwości 4 kHz. W późniejszych badaniach wykazano, że badani potrafią uogólniać wyniki treningu z jednym interwałem na próby z takim samym interwałem, lecz zaprezentowanym z użyciem innej modalności, czyli trening za pomocą modalności somatosensorycznej prowadzi do poprawy także z modalnością słuchową (Nagarajan et al., 1998). Nie omawiam tych wyników szczegółowo, ponieważ wydaje się, że to uogólnienie na różne kanały przestrzenne być może jest zjawiskiem, które należy oddzielać od samego uczenia się. Mówiąc konkretnie, w przypadku modalności słuchowej uogólnienie na inne interwały następuje dopiero po nauczeniu się interwałów w toku treningu (Wright et al., 2010). 108 Podsumowanie badań, które wykazały, że wyniki uczenia się rozróżniania odstępów czasowych dotyczą tylko konkretnych interwałów, patrz: Bueti i Buonomano, 2014. 109 Keele et al., 1985. 110 Badanie z użyciem interwałów o długości 50 i 1000 milisekund przeprowadzili Rammsayer et al., 2012. Badanie z udziałem perkusistów, patrz: Cicchini et al., 2012. 111 https://www.youtube.com/watch?v=utkb1nOJnD4 (14.07.2015). 112 Patel et al., 2009. 113 Zarco et al., 2009. Patrz także: Honing et al., 2012. 114 Patel, 2006; Patel et al., 2014. 115 Meyer, 1961. 116 Doupe i Kuhl, 1999. 117 Hahnloser et al., 2002; Long et al., 2010. 118 Long i Fee, 2008.

Ryc. 5.2. Łańcuch synchronicznego wysyłania impulsów. W tym modelu poszczególne neurony (lub ich grupy) są połączone w taki sposób, by działały w systemie sprzężenia do przodu. Aktywność komórek – potencjały czynnościowe, reprezentowane przez „iglice” napięcia – rozprzestrzenia się w sieci na podobieństwo przewracających się kolejno kostek domina. Czas, jaki upłynął od pobudzenia pierwszego neuronu w łańcuchu, może być zakodowany w informacji, który neuron w danym momencie jest aktywny.

Spowolnienie aktywności grupy neuronów to delikatne zadanie, ale można to zrobić poprzez manipulację miejscową temperaturą docelowego obszaru mózgu. Schłodzenie biologicznej tkanki na ogół spowalnia jej metabolizm i tempo aktywności. Ta reguła dotyczy również neuronów. Na przykład u zwierząt ektotermicznych (zmiennocieplnych) prędkość, z jaką potencjał czynnościowy biegnie wzdłuż aksonu, a nawet czas trwania samego potencjału czynnościowego mogą zależeć od temperatury otoczenia (to jeden z powodów, dla których zwierzęta endotermiczne, czyli stałocieplne, mają na ogół szybsze odruchy niż gatunki ektotermiczne). Do obniżenia temperatury jądra HVC Long i Fee użyli małego urządzenia chłodzącego, które wszczepiali ptakom do mózgu. Dzięki temu mogli zapewniać temperaturę HVC o 5–6 stopni Celsjusza poniżej ciepłoty ciała ptaków w momencie, gdy śpiewały (samce dawały się na ogół nakłaniać do śpiewu poprzez umieszczenie samicy w sąsiedniej klatce). Wyniki eksperymentu były jednoznaczne. Jeśli chodzi o śpiew, schładzanie jądra HVC spowalniało upływ czasu. Uwagę zwracał zwłaszcza fakt, że spowolnienie śpiewu dotyczyło w jednolity sposób całej pieśni: nuty, sylaby, pauzy i długość całej frazy rozciągały się o tę samą ilość czasu – do 40 procent. Badacze przeprowadzili też ważny eksperyment kontrolny: schłodzili jądro stanowiące ośrodek ruchowy, istotny dla śpiewu, który otrzymywał sygnały wejściowe z HVC. Schładzanie tej okolicy nie wpływało znacząco na czas trwania nut śpiewu, co sugerowało, że efekt powstawał wskutek spowolnienia wzorców aktywności (dynamiki neuronalnej) neuronów w obrębie HVC, a w tym przypadku ośrodek ruchowy działa mniej lub bardziej pod dyktando HVC. Istnieje jeszcze wiele pytań bez odpowiedzi w kwestii odmierzania czasu śpiewu u ptaków, lecz opisane eksperymenty dostarczyły dowodu na to, że pojedyncze jądro w mózgu może mieć udział w kształtowaniu wyczucia czasu i struktury czasowej skomplikowanego zachowania albo nim nawet sterować.

NEUROANATOMIA CZASU

Badania elektrofizjologiczne na zwierzętach oraz badania obrazowe u ludzi nie dostarczają zgodnych dowodów istnienia w mózgu jakiegoś głównego obwodu odpowiedzialnego za odmierzanie czasu w skali od kilkuset milisekund do kilku sekund. Wręcz przeciwnie: coraz trudniej znaleźć w mózgu jakiś obszar, który w taki czy inny sposób nie uczestniczy w odmierzaniu czasu119. Widać wyraźnie, że wszelkie rygorystyczne wersje teorii głównego zegara są błędne, choć nie chcę przez to powiedzieć, że za pewne konkretne formy odmierzania czasu nie odpowiadają określone ośrodki w mózgu. Jądro HVC rzeczywiście wydaje się mieć kluczowe znaczenie dla odmierzania czasu śpiewu u ptaków. W następnym rozdziale przekonamy się, że u ssaków móżdżek stanowi ośrodek ważny dla pewnych form odmierzania czasu w funkcjach ruchowych. Co więcej, wyniki badań stale wskazują na pewne ośrodki ludzkiego mózgu jako obszary rozpoznawania odstępów czasowych. Do tych ośrodków zalicza się jądra podstawne (czasem zwane zwojami podstawnymi, czyli grupę jąder podkorowych mózgu) oraz dodatkowe pola ruchowe (obszary kory mózgowej sąsiadujące z korą ruchową i biorące udział w powstawaniu czynności ruchowych)120. Jest jednak za wcześnie, by się wypowiedzieć, czy wymienione obszary odmierzają czas, czy raczej sygnalizują jego upływ – czy należy je zatem przyrównywać do kryształu kwarcu, czy do elektronicznego wyświetlacza w ręcznym zegarku. Ponadto badania te niewiele mówią o tym, jak dany ośrodek w mózgu odmierza czas, czyli o neuronalnych mechanizmach percepcji czasu. Badania teoretyczne i eksperymentalne, prowadzone w mojej pracowni oraz w wielu innych laboratoriach, sugerują, że choć za pewne typy odmierzania czasu odpowiadają określone obwody mózgu, to zadanie z natury rzeczy może wykonywać większość dróg nerwowych. W zależności od jego charakterystyki – na przykład odmierzania czasu w drogach czuciowych i ruchowych, odmierzania odstępów i wzorców czasowych albo odmierzania czasu w skali mniejszej od sekundy i w sekundach – główną odpowiedzialność mogą ponosić określone obwody neuronalne. Tak więc pewne obwody słuchowe mogą częściowo odpowiadać za odróżnianie w muzyce ćwierćnuty od ósemki; obwody wzrokowe mogą brać udział w odróżnianiu przedstawionych w postaci sygnałów wzrokowych kropek i kresek alfabetu Morse’a; obwody ruchowe mogą odpowiadać za wystukiwanie w tym samym alfabecie sygnału SOS;

jądra podstawne mogą mieć udział w kształtowaniu u nas zdolności przewidywania momentu, w którym powinny zmienić się światła sygnalizacji drogowej. Powyższy pogląd, że odmierzanie czasu stanowi ogólny rodzaj obliczeń, które w takim czy innym stopniu może przeprowadzać większość obwodów neuronalnych, skłonił naukowców z mojej pracowni do zadania sobie pytania: czy wyizolowany fragment kory mózgowej, hodowany na płytce laboratoryjnej, może odmierzać czas? Podobnie jak można hodować in vitro (czyli na płytce laboratoryjnej) żywe krwinki, tkankę mięśnia sercowego lub wątroby, neuronaukowcy od dawna potrafią hodować fragmenty kory mózgowej pobranej od szczura lub myszy. Takie hodowane in vitro ośrodki korowe mogą zawierać dziesiątki tysięcy neuronów, które można utrzymywać przy życiu całymi tygodniami lub miesiącami. Zazwyczaj trzyma się je w inkubatorze, odcięte od wszelkich kontaktów ze światem zewnętrznym. Hope Johnson i Anu Goel z mojej pracowni zadały sobie pytanie, co by się stało, gdyby te obwody poddać działaniu jakiegoś wzorca czasowego. Czy uległyby zmianom albo w jakiś sposób się do niego przystosowały? Czy te obwody w pewnym sensie „nauczyłyby się” określonego odstępu czasowego? W jednej serii eksperymentów skrawki kory słuchowej mózgu szczura stymulowano przez kilka godzin prądem elektrycznym w odstępach 100, 250 lub 500 milisekund121. W normalnych warunkach mózg otrzymuje informacje za pośrednictwem narządów zmysłów, a neurony na płytce hodowlanej nie mogą w żaden sposób odbierać sygnałów ze świata zewnętrznego. W celu dostarczenia hodowanym in vitro obwodom nerwowym jakichś doświadczeń czuciowych użyto metalowych mikroelektrod, poddających tkankę krótkim elektrowstrząsom, powodującym „odpalenie” impulsów przez niewielki odsetek neuronów. W odstępach wynoszących 100, 250 lub 500 milisekund Anu Goel aplikowała drugi bodziec, tym razem w formie impulsu świetlnego, który również powodował wyładowanie w pewnej podgrupie neuronów. Oczywiście w normalnych warunkach neurony nie reagują na światło (z wyjątkiem fotoreceptorów w gałkach ocznych), gdyż nie mają światłoczułego barwnika. Jednakże tak zwanymi metodami optogenetycznymi można skłonić hodowane na płytce neurony do „odpalania” impulsów – w drodze transfekcji wyposaża się je w gen kodujący światłoczułe białko122. Dzięki temu obwody korowe zyskały

bardzo ograniczony kontakt ze światem zewnętrznym; jedyne ich doświadczenia obejmowały jeden z trzech różnych odstępów czasowych. Chodziło o znalezienie odpowiedzi na pytanie, czy te doświadczenia wpłyną w jakiś sposób na zachowanie badanych obwodów. Skrawki tkanki, które nie zetknęły się dotychczas z podobnym bodźcem, często reagują na krótki impuls elektryczny wybuchem aktywności w sieci, trwającym do kilkuset milisekund. Dzieje się tak dlatego, że neurony uaktywnione bezpośrednim wstrząsem aktywizują inne, które z kolei mogą pobudzać dalsze – aktywność „odbija się echem” przez kilkaset milisekund, aż wreszcie wygasa. Taka aktywność stanowi charakterystyczną cechę wewnętrznej dynamiki sieci. W zależności od interwału używanego podczas treningu skrawków tkanki wewnętrzna dynamika sieci wykazywała różne cechy charakterystyczne. W przypadku treningu z krótkim odstępem czasowym aktywność trwała krótko; gdy skrawki trenowano z interwałami 250 lub 500 milisekund, średni czas trwania wzbudzonej aktywności sieci stopniowo się wydłużał. Zatem nie tylko wewnętrzna dynamika skrawków zmieniała się pod wpływem doświadczeń – profil czasowy dynamiki dostosowywał się także do wyuczonego interwału. Niezależne badanie przeprowadzone w pracowni Marshalla Shulera w Johns Hopkins University również ujawniło pewną formę uczenia się odstępów czasowych przez hodowane in vitro skrawki kory wzrokowej123. Według jednej z interpretacji powyższych wyników nawet hodowane na płytce obwody we fragmentach kory mózgowej mogą w pewnym sensie uczyć się odmierzania czasu. Wyniki tych badań in vitro zdecydowanie przemawiają za słusznością poglądu, że powinniśmy uważać zdolność odmierzania czasu w skali setek milisekund nie za obliczenia przeprowadzane przez wyspecjalizowane obwody, tylko za wrodzoną właściwość obwodów neuronalnych. Często słyszę pytanie, czy istnieją choroby neurologiczne skutkujące utratą zdolności odmierzania czasu. Odpowiedź zależy od skali czasowej, o której mówimy. Weźmy dotkniętego amnezją pacjenta Clive’a Wearinga, który z pewnością utracił zdolność śledzenia upływu czasu mierzonego w minutach i dlatego sprawiał wrażenie uwikłanego w nieprzerwaną pętlę wiary w to, że właśnie się obudził. To brzmi sensownie; nawet jeśli na ścianie wisi chodzący zegar, nie będziemy w stanie orzec, że minęła godzina, skoro nie będziemy pamiętać, kiedy rozpoczęło się zadanie.

Ponieważ zdolność gry na instrumentach muzycznych, rozumienie mowy oraz mówienie nie uległy u Wearinga zakłóceniu, jego zdolność odmierzania czasu rzędu setek milisekund najwyraźniej była nienaruszona. Przypuszczalnie, jak słynny pacjent H.M. cierpiący na amnezję, także on mógłby dokładnie odtwarzać kilkusekundowe interwały124. Chorzy tacy jak Wearing i H.M. doznali ciężkiego upośledzenia zdolności tworzenia nowych wspomnień długotrwałych (a konkretniej, wspomnień o faktach lub epizodach z własnego życia). Takie deficyty umożliwiły nam zasadniczy wgląd w sposób przechowywania przez mózg wspomnień. Naturalną koleją rzeczy zadajemy sobie również pytanie, czy określone zaburzenia likwidują u ludzi zdolność odmierzania czasu w skali około sekundy. Na to pytanie trzeba udzielić odpowiedzi przeczącej. Nie ma znanych nam chorób neurologicznych skutkujących utratą zdolności odbioru rytmu muzyki i odtwarzania odstępów czasowych w skali sekund oraz nauczenia się mrugania w odpowiednim czasie w reakcji na sygnał dźwiękowy. Nie powinniśmy się spodziewać istnienia takich zaburzeń, ponieważ rozmaite problemy związane z czasem rozwiązują w mózgu różne obwody.

Przedmioty to byty materialne, można je zobaczyć lub ich dotknąć, ale sam mózg bezpośrednio niczego nie widzi ani nie dotyka. Cała jego wiedza o zewnętrznym świecie pochodzi ze wzorców potencjałów czynnościowych powstających w narządach pięciu zmysłów. Na podstawie tych wzorców mózg uczy się identyfikować rzeczywiste byty materialne, takie jak „miecze świetlne” albo melonowce. Z punktu widzenia zmysłu wzroku takie przedmioty są w pewnym sensie niezależne od czasu, można je identyfikować na podstawie migawkowego obrazu. Duża część bodźców, które mózg identyfikuje w zewnętrznym świecie, ma jednak z natury rzeczy charakter przejściowy: skinienie ręki, zmarszczka na tafli wody, zakodowana w alfabecie Morse’a litera . . . (czyli „s”), chwytliwa melodia, machnięcie kijem bejsbolowym oraz wypowiedziane słowa „machnięcie” i „kij”. Wszystkie powyższe „obiekty” są tymczasowe. Żeby móc je wykrywać i ponownie przedstawiać, mózg musi być czuły na ich kolejność w czasie oraz czas ich trwania.

Czas rozpoczęcia wymawiania fonemu, czas trwania nuty w muzyce lub różnica między kropką a kreską w alfabecie Morse’a wymagają odliczania czasu w małej skali – stanowią jak gdyby pojedyncze drzewa w lesie. Jednakże mowa, muzyka i alfabet Morse’a charakteryzują się również szerszą perspektywą czasową. Można ją dostrzec tylko w skali czasowej od kilkudziesięciu milisekund do kilku sekund. Poza tym przedziałem mowa i muzyka nie istnieją. Wystarczy za bardzo spowolnić lub przyspieszyć odtwarzanie i muzyka przestaje być muzyką. Przy mowie zbyt szybkiej fonemy zlewają się ze sobą; zbyt wolne tempo mowy sprawia, że fonemy stają się nierozpoznawalne, a my zaczynamy tracić rozeznanie w poprzednich fonemach i słowach w zdaniu. Skala czasu poniżej sekundy to „strefa Złotowłosej” w przetwarzaniu czasu; w jej obrębie możemy nie tracić z oczu ani lasu, ani drzew. Pozbawieni zdolności analizowania złożonych wzorców czasowych, nie bylibyśmy w stanie zajmować się dwiema typowo ludzkimi czynnościami: mówieniem i muzykowaniem. W jaki sposób mózg rozwiązuje skomplikowane problemy czasowe, nieodłącznie związane z mową lub muzyką? Jak dokonuje pomiaru czasu trwania sylaby lub jak ustala tempo piosenki?

119 Garcia i Mauk, 1998; Mauk i Buonomano, 2004; Shuler i Bear, 2006; Livesey et al., 2007; Coull et al., 2011; Bueti et al., 2012; Kim et al., 2013; Merchant et al., 2013; Crowe et al., 2014; Eichenbaum, 2014; Goel i Buonomano, 2014; Mello et al., 2015. 120 Wiener et al., 2010; Coull et al., 2011; Merchant et al., 2013; Coull et al., 2015. 121 Johnson et al., 2010; Goel i Buonomano, 2016. 122 Dla ścisłości powinienem był zauważyć, że fotoreceptory oka nie ulegają pobudzeniu pod wpływem światła; w rzeczywistości światło je wyłącza, ponieważ normalnie w ciemności pozostają „włączone”. 123 Chubykin et al., 2013. 124 Richards, 1973.

6:00 Czas, dynamika neuronalna i chaos Co to jest zegar? Prymitywne, subiektywne poczucie upływu czasu pozwala nam porządkować nasze wrażenia, stwierdzać, że jedno zdarzenie zachodzi wcześniej, inne później. Do tego jednak, by wykazać, że odstęp czasowy między dwoma zdarzeniami wynosi 10 sekund, potrzebny jest zegar. Użycie zegara sprawia, że pojęcie czasu staje się obiektywne. Za zegar może służyć dowolne zjawisko fizyczne pod warunkiem, że można je powtarzać dowolnie wiele razy. Albert Einstein i Leopold Infeld125

Zegary skonstruowane przez człowieka opierają się na żenująco prostej zasadzie: zliczaniu cykli oscylatora. Stopień zaawansowania oscylatora może wykazywać olbrzymie zróżnicowanie – oscylatorem bywa ruch wahadła, wibracja kryształu kwarcu albo cykle „drgań” promieniowania elektromagnetycznego, lecz ostatecznie w działaniu zegarów, dzieł ludzkiej ręki, chodzi po prostu o zliczanie, ile razy jakiś powtarzający się okresowo proces wykona swoje „tik-tak”. Zważywszy, jak absurdalnie skuteczna okazuje się ta strategia śledzenia czasu, aż kusi, by założyć, że mózg w odmierzaniu czasu opiera się na podobnych zasadach. Prawdopodobnie to założenie jest zbyt kuszące. Najistotniejsza teoria dotycząca sposobu, w jaki mózg odmierza czas w skali od milisekund do sekund, nosi nazwę modelu wewnętrznego zegara i po raz pierwszy została sformułowana na początku lat sześćdziesiątych XX wieku126. Jak sama nazwa wskazuje, model ten opiera się na zasadzie przypominającej działanie zegarów skonstruowanych przez człowieka: neuron lub grupa neuronów miałyby wytwarzać rytm z pewną stałą częstotliwością, podczas gdy inna grupa zliczałaby te „tyknięcia”. Wydaje się to rozsądną hipotezą, zwłaszcza gdy wiemy, że wiele neuronów

rzeczywiście wykonuje oscylacje, to znaczy może wielokrotnie „odpalać” impulsy w dość stałych odstępach czasowych. Istotnie, oscylujące fale mózgowe, oddychanie, chodzenie, bicie serca stanowią przykłady wysoce rytmicznych zjawisk biologicznych, opartych na biologicznych oscylatorach, których okresy wahają się od kilkudziesięciu milisekund do kilku sekund. Skonstruowane przez człowieka zegary wymagają jednak czegoś więcej niż oscylator; muszą zawierać mechanizm zliczający wszystkie oscylacje – tę funkcję spełniają koła zębate zegara mechanicznego lub elektroniczne obwody zegara kwarcowego. Tu właśnie tkwi problem: choć neurony mogą mieć talent do oscylacji, liczenie nie jest ich mocną stroną.

SUPRA- ORAZ INFRAPERIODYCZNE ODMIERZANIE CZASU Zapewne teraz myślisz: „Chwila, już się przecież przekonaliśmy, że zegary okołodobowe opierają się na biologicznym oscylatorze, który zależy od pętli autoregulacyjnego sprzężenia zwrotnego transkrypcji/translacji”. Co więcej, jak przed chwilą wspomniałem, odmierzanie czasu w naszym oddychaniu, biciu serca lub chodzeniu rzeczywiście opiera się na biologicznych oscylatorach. Tak więc nasz organizm w odmierzaniu czasu wykorzystuje tę samą zasadę, co zegary skonstruowane przez człowieka! Ten tok rozumowania jest tylko częściowo słuszny, istnieje bowiem ważna różnica między tymi przykładami a zegarami stworzonymi przez człowieka. Istotne odstępy czasowe, odmierzane w powyższych przykładach zaczerpniętych z biologii, są krótsze od okresu oscylatora lub mu równe. W przypadku zegarów skonstruowanych przez człowieka sytuacja jest odwrotna; takie zegary mogą odmierzać czas tylko w tych skalach, które są dłuższe od okresu ich podstawy czasu. Oscylatory biologiczne służą na ogół do odmierzania czasu zdarzeń krótszych niż ich okres – czyli do infraperiodycznego odmierzania czasu – podczas gdy zegary stworzone przez człowieka mierzą upływ czasu w skali dłuższej od własnego okresu, czyli dokonują supraperiodycznego odmierzania czasu. Molekularna maszyneria składająca się na omówione w rozdziale 3 zegary okołodobowe ma okres wynoszący około 24 godzin. Stężenie

białek biorących udział w regulacji cykli okołodobowych, takich jak period, dostarcza informacji o fazie tego dwudziestoczterogodzinnego cyklu, na przykład o tym, czy jest ranek, popołudnie lub noc. Zegar okołodobowy w jądrze nadskrzyżowaniowym nie ma jednak pojęcia o tym, ile minęło dni! Codziennie następuje całkowite wyzerowanie: niczym w przypadku samotnego wahadła, niepodłączonego do żadnych kół zębatych, nie powstają żadne zapisy ani wspomnienia o tym, ile zaistniało cykli. Podobnie neuronalne oscylatory leżące u podłoża oddychania gwarantują, że będziemy oddychać mniej więcej z taką samą częstotliwością, powiedzmy, 0,25 Hz (z okresem wynoszącym 4 sekundy). Każdy cykl oddechu wymaga wielu dobrze zsynchronizowanych zdarzeń, w tym skoordynowanej kontroli nad wdechem i wydechem. Można zatem powiedzieć, że ośrodki nerwowe sterujące oddychaniem odmierzają czas według skali krótszej niż 4 sekundy, lecz i w tym przypadku po każdym okresie następuje w zasadzie całkowite wyzerowanie127. Obwody neuronalne zawiadujące oddychaniem nie mają pojęcia, czy wytworzyły tysiąc, milion, czy milion i jeden cykli oddechowych. Istnieją wprawdzie sieci neuronów scalające informacje w miarę upływu czasu („liczące”), lecz brakuje im cyfrowej precyzji i zakresu pamięci, jakimi dysponują koła zębate zegara wahadłowego albo elektroniczne obwody zliczające „tyknięcia” zegara kwarcowego bądź atomowego. Dobrze wytrenowani ludzie potrafią odróżnić interwały o długości 100 i 105 milisekund. Jednak żeby można było wykryć tę różnicę 5 milisekund za pomocą mechanizmu do supraperiodycznego odmierzania czasu, podstawa czasu musiałaby wykonywać oscylacje z częstotliwością 200 Hz, a obwód akumulatora musiałby odróżnić 20 od 21 „tyknięć”, więc te wymogi trudno byłoby spełnić, jeśli wziąć pod uwagę właściwości czasowe i precyzję działania neuronów. Zgodnie z tymi spostrzeżeniami istnieje niewiele danych z badań eksperymentalnych na poparcie trafności modelu odmierzania czasu za pomocą wewnętrznego zegara. Brak empirycznych danych na poparcie modelu wewnętrznego zegara niekoniecznie musi oznaczać, że mózgowe oscylatory nie mogą brać udziału w supraperiodycznym odmierzaniu czasu. Na przykład wysunięto hipotezę, że pewne formy odmierzania czasu mogą opierać się na zespole oscylatorów neuronalnych, z których każdy „tyka” z inną częstotliwością. Kiedy ów zespół oscylatorów zostaje wprawiony w ruch, rozmaite

subpopulacje neuronów będą tworzyć rytmy – momenty, kiedy niektóre oscylatory na pewien czas zostaną wyrównane, po nich zaś nastąpią chwile, w których większość oscylatorów będzie w stosunku do siebie w różnych fazach. Modele komputerowe wykazały, że dzięki wykryciu tych rytmów będzie można wykorzystać modele oscylatorów neuronalnych do odróżniania interwałów krótszych niż okres któregokolwiek 128 z oscylatorów . Przekonaliśmy się jednak, że odmierzanie czasu w skali od kilkuset milisekund do kilku sekund to bardzo szczególne zjawisko. W tym zakresie w odmierzaniu czasu kryje się coś więcej niż skrupulatne pomiary odstępów czasowych między zdarzeniami – chodzi tu także o kontekst, hierarchie czasowe oraz wzorce w czasie. W tej „strefie Złotowłosej” w odmierzaniu wzorców czasowych możemy rejestrować czas trwania zdarzeń i odstępów między nimi oraz ogólną strukturę czasową sekwencji fonemów, nut muzycznych, kropek i kresek alfabetu Morse’a. Tak więc wydaje się, że w poszukiwaniu wyjaśnienia zjawiska odmierzania czasu w skali milisekund i sekund możemy zechcieć sięgnąć wzrokiem poza konwencjonalne mechanizmy oparte na oscylatorach.

ZMARSZCZKI NA WODZIE Zastanówmy się nad wzorcami zmarszczek na tafli wody, utworzonych przez dwie krople deszczu wpadające do stawu, przedstawione na rycinie 6.1. Która kropla spadła pierwsza? Jednym z celów tego rozdziału jest zademonstrowanie tego, o czym Einstein i jego kolega Leopold Infeld przypominają w motcie: że w zasadzie do odmierzania czasu da się wykorzystać każde zjawisko fizyczne, które może się powtarzać w możliwy do odtworzenia sposób.

125 Einstein i Infeld, 1998, s. 158–159. 126 Creelman, 1962; Treisman, 1963. W latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych opracowano bardziej zaawansowane odmiany modelu wewnętrznego zegara. Najistotniejsza z nich nosi nazwę skalarnej teorii poczucia czasu (ang. scalar expectancy theory, SET), która obok mechanizmu śledzenia czasu z wykorzystaniem znacznika tempa i akumulatora zawiera elementy przechowujące i porównujące długość odstępów czasowych, a także mechanizm bramkujący, który ma odzwierciedlać wpływ uwagi na percepcję czasu (Gibbon, 1977; Gibbon et al., 1984). 127 Feldman i Del Negro, 2006. 128 Miall, 1989; Matell i Meck, 2004; Buhusi i Meck, 2005.

Ryc. 6.1. Zmarszczki na wodzie. Czas jest z natury rzeczy zakodowany w stanie układów dynamicznych. Na rycinie wyraźnie widać, która kropla spadła pierwsza, można byłoby również szacunkowo określić odstęp czasowy między kroplami.

Przy założeniu, że każda kropla deszczu uderzająca o powierzchnię wody ma mniej więcej taki sam pęd, przy każdym uderzeniu powstaje podobny wzorzec rozchodzących się na zewnątrz koncentrycznych fal. Takie zmarszczki na wodzie stanowią przykład wzorca czasoprzestrzennego, czyli takiego wzorca przestrzennego, który ulega zmianom w miarę upływu czasu. Migawkowe ujęcie wzorca przestrzennego w dowolnym momencie nie tylko w oczywisty sposób pokazuje, która kropla spadła pierwsza, lecz przy zastosowaniu odrobiny matematyki umożliwia także szacunkowe określenie odstępów czasowych między kroplami. Rozważmy jeszcze jeden prosty przykład sposobu, w jaki zmieniający się w czasie układ fizyczny można by wykorzystać do odmierzania czasu. Wyobraźmy sobie dziecko zjeżdżające z basenowej zjeżdżalni: jeśli za każdym razem będzie zaczynać zjeżdżanie z tego samego punktu początkowego, dotarcie do końca zajmie mu mniej więcej tyle samo czasu. Moglibyśmy zatem wyznaczyć na zjeżdżalni linie wytyczające jednosekundowe odstępy, węższe na górze, a szersze na dole, odzwierciedlałyby bowiem rosnącą prędkość, z jaką dziecko zsuwa się po zjeżdżalni. Kiedy zatem mijałoby każdą linię, moglibyśmy określić, ile czasu upłynęło od startu. Siłą napędową naszego stopera w postaci zjeżdżającego dziecka jest grawitacja, podobnie jak w przypadku zegara wodnego albo klepsydry. Mogłoby się wydawać, że takie stopery nie należą do szczególnie precyzyjnych, ale zważmy, iż w czasie zimowych igrzysk olimpijskich w 2014 roku ośmiu najlepszych zawodników w narciarstwie zjazdowym pokonało trasę z różnicą w czasie mieszczącą się w zakresie pół sekundy. Czasy zjazdów ośmiu czołowych zawodników wahały się od 2:06:23 do 2:06:75, zatem współczynnik dokładności wyniósł niespełna 0,4 procent, czyli przewyższał wszystkie czasomierze sprzed wynalezionego przez Huygensa zegara wahadłowego.

KRÓTKOTRWAŁA PLASTYCZNOŚĆ SYNAPTYCZNA

Większość układów fizycznych – narciarz zjazdowy, piłka staczająca się po pochylni, reakcje biochemiczne w komórce lub zmarszczki na tafli stawu – należy do procesów przebiegających w czasie w sposób zdeterminowany przez prawa fizyki, czyli do układów dynamicznych, które można w zasadzie wykorzystywać do odmierzania czasu. Najbardziej skomplikowanym układem dynamicznym w znanym nam wszechświecie jest nasz mózg, wydaje się zatem naturalne, że mógłby on wsłuchiwać się w swoją wewnętrzną dynamikę, żeby odmierzać czas. Istotnie, za każdym razem gdy neuron wysyła impuls, przechodzi wiele odtwarzalnych zmian, bardzo przypominających te, które wywołują krople padające na taflę wody w stawie. W rozdziale 2 ustaliliśmy, że neurony łączą się ze sobą za pomocą synaps, a siłę działania synapsy określa wpływ neuronu presynaptycznego na postsynaptyczny. Co więcej, siła działania synaps może się zmieniać – słaba synapsa może stać się silną – a proces plastyczności synaptycznej stanowi jeden ze sposobów uczenia się i przechowywania informacji w mózgu. Żeby uprościć nam życie, neuronaukowcy często udają, że przy braku zmian wynikających z uczenia się siła synapsy pozostaje mniej więcej stała. Jednakże większość synaps na pewien czas zwiększa lub zmniejsza siłę działania przy każdym użyciu, to jest po przejściu w neuronie presynaptycznym każdego potencjału iglicowego. Takie zmiany zależne od używania noszą nazwę krótkotrwałej plastyczności synaptycznej, a zachodzą w czasie wahającym się od kilkudziesięciu milisekund do kilku sekund129. Niektóre synapsy w korze mózgowej wykazują krótkotrwałe wzmocnienie; na przykład jeśli neuron presynaptyczny wytwarza w odstępie 100 milisekund dwa kolejne potencjały iglicowe, drugi z nich wywoła większą zmianę napięcia w neuronie postsynaptycznym niż pierwszy (ryc. 6.2), czyli komunikat przesyłany z neuronu presynaptycznego do postsynaptycznego stanie się „głośniejszy”. Jednakże większość synaps korowych przejawia krótkotrwałą depresję – drugi z pary potencjałów iglicowych, oddzielonych odstępem 100 milisekund, wywołuje mniejsze odchylenie napięcia w neuronie postsynaptycznym. W obu wypadkach wielkość odchylenia napięcia zależy od interwału pomiędzy dwoma potencjałami iglicowymi; na ogół efekt maksymalny występuje przy odstępach trwających krócej niż 100 milisekund, a wygasa po upływie

kilkuset milisekund. To wszystko znaczy, że siła działania synapsy w danym momencie – podobnie jak średnica czołowej fali zmarszczki na powierzchni stawu zawiera informację o ilości czasu, jaki upłynął od spadnięcia kropli – zawiera informację, jak dawno temu ta synapsa została użyta.

129 Zucker, 1989; Zucker i Regehr, 2002.

Ryc. 6.2. Krótkotrwała plastyczność synaptyczna. W skali czasu liczonego w milisekundach siła działania synapsy może ulegać krótkotrwałej depresji (wyżej) lub krótkotrwałemu wzmocnieniu synaptycznemu (niżej). (Wykresy z: Reyes i Sakmann, 1999)

Wysunąłem hipotezę, że krótkotrwała plastyczność synaptyczna oraz pozostałe zależne od czasu właściwości neuronów mogą mieć swój udział w zdolności mózgu do odmierzania czasu rzędu setek milisekund130. Weźmy najprostszy z możliwych obwód neuronalny: dwa neurony połączone jedną synapsą (ryc. 6.3). Załóżmy, że neuron presynaptyczny „odpala” sygnał według jednego z trzech różnych wzorców czasowych: dwa potencjały iglicowe, rozdzielone interwałem trwającym 50, 100 lub 200 milisekund. Możemy myśleć o tych interwałach jak o bodźcach czasowych – niektóre zwierzęta w istocie porozumiewają się za pomocą „mlaśnięć”, krótkich dźwięków rozdzielonych odstępem przekazującym informacje. W przypadku wszystkich trzech odstępów zmiana napięcia pod wpływem pierwszego potencjału iglicowego będzie taka sama – załóżmy, że „siła” tego potencjału wynosi 1 miliwolt. Ze względu na zjawisko krótkotrwałej plastyczności synaptycznej w momencie zadziałania drugiego potencjału iglicowego siła tej samej synapsy będzie inna. Mówiąc konkretnie, zmiana napięcia pod wpływem drugiej „iglicy” po odstępie 50 milisekund może wynieść 1,5 miliwolta, podczas gdy siła drugiego potencjału iglicowego po interwałach trwających 100 i 200 milisekund może mieć wartość odpowiednio: 1,25 i 1,1 miliwolta. Jeśli właściwości naszego obwodu skonstruujemy w taki sposób, że neuron postsynaptyczny wysyła impuls tylko po otrzymaniu sygnału wejściowego o sile co najmniej 1,5 miliwolta, to stworzymy swego rodzaju licznik czasu – neuron „odpalający” impuls tylko po otrzymaniu dwóch sygnałów wejściowych w odstępie 50 milisekund.

130 Buonomano i Merzenich, 1995; Buonomano, 2000. Patrz także: Fortune i Rose, 2001.

Ryc. 6.3. Selektywność interwałów, oparta na krótkotrwałej plastyczności synaptycznej. A. W tej symulacji prostego obwodu neuronalnego pojedynczy neuron wysyłający sygnał wejściowy kontaktuje się z neuronem pobudzającym (na górze) i hamującym (na dole). Wykresy przedstawiają odchylenia napięcia w odpowiedzi na trzy różne odstępy czasowe: neuron wysyłający sygnały wejściowe „odpala” dwa potencjały iglicowe w odstępie 50, 100 lub 200 milisekund. Synapsy łączące oba neurony z komórką wysyłającą sygnały wejściowe ulegają krótkotrwałemu wzmocnieniu – na przykład amplituda napięcia sygnału w odpowiedzi na drugi potencjał iglicowy po 50 milisekundach jest większa niż odchylenie napięcia spowodowane przez pierwszą „iglicę”. B. W zależności od siły synaps łączących neuron wysyłający sygnał wejściowy z neuronami pobudzającym i hamującym neuron pobudzający może wybiórczo reagować na interwał trwający 50 (po lewej) i 100 milisekund (po prawej); wobec tego neuron pobudzający w tym prostym obwodzie może w pewnym sensie odmierzać czas.

Modele neuronowo-komputerowe wykazały, że proste obwody złożone z neuronów pobudzających i hamujących, przejawiające krótkotrwałą plastyczność synaptyczną, mogą wybiórczo reagować na wiele rozmaitych odstępów czasowych – na przykład na interwał 100 milisekund, lecz nie na taki, który trwa 50 lub 200 milisekund131. Takie dostrojone do interwałów neurony mogłyby służyć do wykrywania czasu rozpoczęcia wymawiania fonemów i odstępów między symbolami w alfabecie Morse’a lub nutami muzycznymi. Badania ujawniły istnienie neuronów wybiórczo reagujących na różne interwały w mózgach wielu różnych zwierząt, od świerszczy przez ryby elektryczne aż po szczury. Nie wyjaśniono w pełni dokładnego sposobu powstawania tej swoistości czasowej, lecz wyniki niektórych prac badawczych wskazują, że przynajmniej częściowo może za to odpowiadać krótkotrwała plastyczność synaptyczna132.

SIECI ZALEŻNE OD STANU Opisany wyżej banalnie prosty obwód składający się z dwóch neuronów jest trochę obraźliwy wobec naszego mózgu i jego rzeczywistych dróg nerwowych. Milimetr sześcienny kory mózgowej może zawierać 100 000 neuronów i setki milionów synaps133. Przedstawiono wiele ogólnych teorii dotyczących sposobu przetwarzania przez obwody korowe skomplikowanych wzorców przestrzennych i czasowych. Jedną z klas takich modeli, określaną mianem sieci zależnych od stanu, zaproponowali moi współpracownicy wraz ze mną, a później austriacki matematyk Wolfgang Maass i jego współpracownicy134. Zrozumienie tej teorii wymaga poznania pojęcia stanu obwodu korowego. W fizyce stan jakiegoś układu możemy rozumieć jako zbiór wartości zmiennych, dostarczających istotnych informacji o obecnej „konfiguracji” (stanie) tego systemu. Jeśli będziemy rozważać zbiór kul bilardowych na stole, jego stan można zdefiniować jako położenie i pęd (masa pomnożona przez prędkość) każdej bili. W zasadzie znajomość stanu zbioru kul

bilardowych w jakimś momencie dostarcza wszystkich informacji niezbędnych nie tylko do przewidzenia tego, co się stanie w następnej chwili, lecz także do ustalenia, co zaszło w przeszłości: dzięki znajomości stanu w momencie t prawa fizyki umożliwiają nam określenie stanu w momentach: t–1 i t+1. Jaki jest odpowiednik zestawu zmiennych, który umożliwiałby nam określenie stanu grupy neuronów w mózgu? Zazwyczaj stan sieci neuronów w danym momencie definiuje się na podstawie informacji, które neurony właśnie „odpalają” impulsy. Nazwę to stanem aktywnym, ponieważ określa on, które neurony aktywnie przesyłają informacje do swoich partnerów. To jednak dalece niekompletny opis stanu sieci neuronów, gdyż nie można przewidzieć działań podejmowanych przez obwód w najbliższej przyszłości wyłącznie na podstawie aktualnego stanu aktywnego. Na zachowanie obwodu w przyszłości wpływa wiele innych istotnych właściwości neuronów. Jedną z nich jest krótkotrwała plastyczność synaptyczna. Najwyraźniej działania grupy neuronów w następnej chwili zależą nie tylko od tego, które komórki obecnie wysyłają impulsy, lecz także od praktycznej siły każdej synapsy w danej chwili – ona zaś zależy od aktywności tych synaps w przeszłości. Krótkotrwała plastyczność synaptyczna jest po prostu jedną z wielu różnych właściwości neuronów, te zaś mogą się zmieniać w czasie liczonym w setkach milisekund. Będę określał te właściwości jako cechy definiujące ukryty stan sieci, ukryty dlatego, że nie jest dostępny badaniu za pomocą sondujących elektrod neuronaukowców. Aktywnym stanem sieci w danym momencie t zawiadują sygnały wejściowe docierające do sieci neuronów oraz jej stan (aktywny i ukryty) w momencie t–1. Teraz znowu przyda nam się analogia między siecią a zmarszczkami na wodzie. Weźmy dwie krople deszczu wpadające do stawu: pierwsza w momencie t=0, a druga w chwili t=100 milisekund. Stan wody na powierzchni stawu w chwili t=101 milisekund będzie zależał od interakcji między sygnałem wejściowym (drugą kroplą) a stanem aktualnym (falami pozostawionymi przez pierwszą kroplę). Co ważne, wzorzec fal wywołanych przez drugą kroplę będzie inny, gdy spadnie po 100 lub po 200 milisekundach po pierwszej. Kwestia zasadnicza jest taka, że gdyby nam pokazano zdjęcie zmarszczek na wodzie zrobione w momencie t=400 milisekund, moglibyśmy nie tylko orzec, czy do stawu wpadła jedna kropla, czy dwie, lecz także obliczyć odstęp czasowy, w jakim

krople wpadły; zdarzenia na powierzchni stawu w niedawnej przeszłości są utrwalone w postaci jego aktualnego stanu. Podobnie reakcję sieci neuronów wyznaczają jej aktualne sygnały wejściowe i to, co zaszło przed chwilą; tę sytuację reprezentuje lub koduje aktualny stan sieci. Można zatem powiedzieć, że „odpowiedź” stawu oraz sieci neuronów jest zależna od stanu. Istotnie, zapisy aktywności kory słuchowej i wzrokowej wykazują, że na reakcję neuronów na bodziec silnie wpływa bodziec poprzedni oraz czas, jaki upłynął od jego zadziałania135. Symulacje komputerowe wykazały, że sieci zależne od stanu w zasadzie mogą rozróżniać nie tylko proste interwały, lecz także złożone wzorce czasoprzestrzenne, takie jak wymawiane słowa136.

ZEGARY POPULACYJNE Wykorzystywanie zmarszczek na tafli wody w stawie lub zmieniającego się stanu sieci neuronalnej do odmierzania czasu nie daje w gruncie rzeczy odpowiedzi na kluczowe pytanie: jaki jest kod? To znaczy, jak należy tłumaczyć zmarszczki na wodzie lub stan sieci neuronalnej na jednostki czasu. Wyniki badań eksperymentalnych i teoretycznych wskazują, że jednym ze sposobów kodowania czasu przez mózg jest określanie, które neurony są w danym momencie aktywne. Rozpatrywaliśmy już prostą wersję tej koncepcji podczas dyskusji nad odmierzaniem czasu w neuronach jądra HVC ptaków śpiewających – można ustalić, ile czasu minęło od początku pieśni, rejestrując, który neuron jest aktywny, podobnie można też określić czas od przewrócenia pierwszej kostki domina, jeśli się zaobserwuje, która kostka właśnie pada. To jednak prosty kod przypominający łańcuch; zgodnie zaś z ogólniejszą ideą każdy moment jest reprezentowany przez dużą subpopulację aktywnych neuronów. Ten sposób kodowania czasu będę nazywał zegarem populacyjnym. Tę istotną koncepcję jako pierwszy przedstawił neuronaukowiec Michael Mauk, wówczas z wydziału medycznego University of Texas w Houston. W latach dziewięćdziesiątych XX wieku Mauk wysunął hipotezę, że niektóre formy odmierzania czasu opierają się na dynamicznie zmieniającej się populacji neuronów w móżdżku – anatomicznie odrębnej części mózgowia, biorącej

udział w pewnych formach odmierzania czasu funkcji motorycznych137. Na przykład załóżmy, że bodziec, taki jak słyszalny dźwięk oddziałujący w chwili t=0, uruchamia w móżdżku wzorzec aktywności neuronalnej. Idea polega na tym, że 100 milisekund później może się uaktywnić subpopulacja licząca tysiące neuronów, a w momencie t=200 milisekund aktywność może przejawiać kolejna subpopulacja neuronów. Nawet jeśli niektóre neurony są aktywne w obu momentach i żaden pojedynczy neuron nie informuje o upływie czasu, zegar populacyjny nadal będzie umożliwiał określenie, czy upłynęło 100, czy 200 milisekund. Weźmy taką analogię: wyobraźmy sobie, że patrzymy nocą na okna drapacza chmur i przez każde okno widzimy, czy w danym pomieszczeniu świeci światło, czy nie. A teraz załóżmy, że ludzie w każdym pokoju mają swój własny, dziwaczny harmonogram, który powtarza się każdego wieczoru. W jednym oknie światło zapala się natychmiast o zachodzie słońca, w innym godzinę po zachodzie, a w jeszcze innym światło zapala się o zachodzie słońca, po godzinie gaśnie, po czym powtórnie się zapala po trzech godzinach. Gdyby w budynku było 100 okien, moglibyśmy zapisać ciąg cyfr w układzie binarnym, odzwierciedlający stan świateł w wieżowcu w każdym momencie: 1 0 1… o zachodzie słońca, 0 1 1… godzinę po zachodzie i tak dalej; każda cyfra oznacza to, czy w danym oknie światło świeci, czy nie. To, w których oknach w danym momencie światło świeci (1) lub nie świeci (0), odzwierciedla stan budynku (odpowiednik stanu aktywnego sieci neuronalnej). Możemy przedstawić ten stan w postaci punktów na wykresie, na którym każda oś reprezentuje jedno okno. Oczywiście problem polega na tym, że potrzebowalibyśmy wykresu o 100 różnych osiach. Na rycinie 6.4 przedstawiono sposób, w jaki moglibyśmy zobrazować stan budynku (w każdym momencie), gdybyśmy mieli tylko trzy wymiary, gdzie pierwsza, druga i trzecia cyfra reprezentuje osie: x, y i z trójwymiarowego wykresu. Chociaż wizualizacja takiego wykresu w przestrzeni o 100 wymiarach jest niemożliwa, obowiązuje dokładnie ta sama zasada. Przez połączenie punktów oznaczających każdy moment możemy uwidocznić przebieg stanu budynku, sposób, w jaki zmienia się on w miarę upływu czasu. Więc choć budynek nie został zaprojektowany do roli zegara, widzimy, że ma on własną dynamikę (zmieniające się wzorce oświetlenia), zatem moglibyśmy go wykorzystać do odmierzania czasu.

131 Buonomano, 2000. 132 Carlson, 2009; Rose et al., 2011; Kostarakos i Hedwig, 2012. Przykłady neuronów wybiórczo reagujących na interwały (lub dokładniej, wrażliwych na interwały), istniejących u ssaków, patrz: Kilgard i Merzenich, 2002; Bray et al., 2008; Sadagopan i Wang, 2009; Zhou et al., 2010. 133 Beaulieu et al., 1992. 134 Buonomano i Merzenich, 1995; Maass et al., 2002; Buonomano i Maass, 2009. 135 Kilgard i Merzenich, 2002; Rennaker et al., 2007; Nikolić et al., 2009; Sadagopan i Wang, 2009; Zhou et al., 2010; Klampfl et al., 2012. 136 Haeusler i Maass, 2007; Buonomano i Maass, 2009; Lee i Buonomano, 2012. 137 Buonomano i Mauk, 1994; Mauk i Donegan, 1997; Medina et al., 2000.

Ryc. 6.4. Czas zakodowany w zmieniających się stanach okien budynku. Stany trzech okien w każdym momencie (przedstawione w tabeli po lewej) zostały przedstawione w równoznaczny sposób w postaci trójwymiarowego przebiegu (po prawej).

ZEGARY DLA KONKRETNYCH ZDARZEŃ Przekonaliśmy się, że zmienny wzorzec aktywności neuronów można byłoby wykorzystać jako licznik czasu. Jednakże kluczowe spostrzeżenie zawarte w teorii Michaela Mauka jest takie, że obwód złożony z dużej liczby neuronów nie stanowi tylko jednego licznika czasu, lecz wiele. Korzyści wynikające z funkcjonowania tego samego obwodu w roli wielu rozmaitych liczników czasu mogą nie być bezpośrednio zrozumiałe, ale w ten sposób powstaje potężniejszy system obliczeniowy. Można mieć w kuchni licznik czasu, który da się nastawić na czas gotowania jajek na miękko lub makaronu albo na czas pieczenia ciasta. Inna strategia polegałaby na zaopatrzeniu się w trzy różne liczniki, po jednym do każdego zastosowania, a każdy z nich alarmowałby innym dźwiękiem. Trzy takie urządzenia na kuchennym blacie mogą wydawać się rozwiązaniem kłopotliwym, ale podobna konfiguracja dla konkretnych zdarzeń zapewnia istotną korzyść: jeśli się wejdzie do kuchni i usłyszy alarm, natychmiast się wie, co wyłączyć lub wyjąć z piekarnika. Innymi słowy, liczniki czasu dla konkretnych zdarzeń służą również do przypominania o obecnie rozgrywających się wydarzeniach. Żeby lepiej zrozumieć wartość posiadania wielu liczników czasu w obrębie jednego obwodu neuronalnego, wyobraźmy sobie tysiące lampek LED, owiniętych wokół bożonarodzeniowej choinki, i przypuśćmy, że wzorzec iluminacji zmienia się w stały sposób po każdej zmianie ustawienia przełącznika. Możemy sobie wyobrazić wiele różnych wzorców: prosty łańcuch migających świateł albo – jak okna w naszym drapaczu chmur – jakiś wysoce skomplikowany i zmieniający się w czasie wzór. Zaletą pierwszego wzorca przypominającego łańcuch jest banalnie łatwy do odczytania kod: pierwsza lampka reprezentuje czas t=1, druga t=2 i tak dalej. Wadą zaś to, że istnieje tylko jeden taki wzorzec, mamy zatem tylko jeden licznik czasu. W przeciwieństwie do tego rozwiązania skomplikowane wzorce są trudne do przeniknięcia, lecz ten sam zestaw

lampek można wykorzystać do stworzenia olbrzymiej liczby liczników czasu. Może przyjmijmy, że nasz zestaw bożonarodzeniowych lampek ma dwa przełączniki; jednym steruje Alice, a drugim Bob. Przełącznik Alice uruchamia w jednosekundowych odstępach następujące wzorce przestrzenne lampek (każda liczba oznacza pozycję lampki w łańcuchu):

t = 1 5 10 15 20 t = 2 6 12 18 24 t = 3 7 14 21 28

i tak dalej. Natomiast przełącznik Boba aktywizuje następującą sekwencję iluminacji (zauważmy, że w tym przykładzie każdy wzorzec jest zgodny ze specyficznym algorytmem):

t=1 1234 t=2 1468 t = 3 1 6 9 12

i tak dalej. Jeśli zatem ujrzysz zdjęcie bożonarodzeniowej choinki i zobaczysz, że świecą lampki o numerach: 8, 16, 24, 32…, wywnioskujesz z niego nie tylko to, iż zdjęcie zrobiono po czterech sekundach od użycia przełącznika, ale jeszcze i to, że przełącznika użyła Alice. Nasze choinkowe lampki odmierzają czas i przestrzeń, rejestrują bowiem czas, jaki upłynął, oraz to, którym przełącznikiem się posłużono. Po co mózgowi potrzebne działające w ten sposób liczniki czasu? Ponieważ w skali czasowej od milisekund do kilku sekund mózg po prostu nie musi odmierzać czasu: musi wykonywać zadania w określonych momentach. Jeden z klasycznych przykładów odmierzania czasu

w funkcjach ruchowych u zwierząt wiąże się z pewną formą warunkowania klasycznego: pod wpływem odtwarzania dźwięku, po którym 250 milisekund później następuje dmuchnięcie w rogówkę oka, ludzie i inne zwierzęta po wielokrotnym powtórzeniu tego bodźca nauczą się mrugania w reakcji na dźwięk. Nie będą jednak mrugać zaraz po jego usłyszeniu: czas mrugnięcia zostanie odmierzony w taki sposób, by poprzedzało ono spodziewane dmuchnięcie w oko. Innymi słowy, zwierzęta nie tylko nauczą się mrugać, lecz także tego, kiedy mrugać. Uważa się to za ważny mechanizm, gdyż w sytuacjach, w których niebezpieczne bodźce mogłyby uszkodzić rogówkę, zapewne nie za dobrze byłoby zbyt długo trzymać oczy zamknięte138. A czy zwierzęta mogą się nauczyć mrugania w dwóch różnych momentach w reakcji na dwa odmienne dźwięki? Właśnie to zademonstrował Michael Mauk. W jego pracowni wykazano, że króliki mogą się nauczyć mrugania po upływie czasu zbliżonego do 150 milisekund po włączeniu dźwięku o niskiej częstotliwości oraz po 750 milisekundach od włączenia dźwięku o wysokiej częstotliwości. Ponadto po uszkodzeniu móżdżku ten efekt zróżnicowanego odliczania czasu znikał, to zaś sugerowało, że neuronalne liczniki mieszczą się w obwodach móżdżkowych. Jako kolejny przykład dużego znaczenia wielu liczników czasu weźmy pianistę, który potrafi grać na fortepianie dwie piosenki. W pierwszej z nich po sekundzie trwania utworu trzeba zagrać nutę c, podczas gdy w drugiej – nutę e. Do tego celu przydałby się konwencjonalny licznik czasu, gdyż informowałby o tym, kiedy minęła sekunda, ale nie o tym, który klawisz należy w tym momencie nacisnąć. W przeciwieństwie do niego odmienne wzorce czasoprzestrzenne, wykorzystane jako liczniki czasu – na przykład różne wzorce zapalania się lampek, używane przez Alice i Boba – mogą rozwiązać nie tylko problem odmierzania czasu, lecz także określać, co w danym momencie należy zrobić. Mózg może wdrożyć tę strategię, łącząc populację neuronów uaktywnionych po upływie sekundy od początku pierwszej piosenki z neuronami ruchowymi odpowiedzialnymi za naciśnięcie klawisza odpowiadającego na klawiaturze fortepianu nucie c, a neurony uaktywniające się po upływie sekundy drugiego utworu – z motoneuronami odpowiadającymi za naciśnięcie klawisza nuty e.

DYNAMIKA MÓZGU Neuronaukowcy obserwują wiele przykładów prostych i skomplikowanych wzorców czasowych aktywności neuronalnej, które wydają się kodować czas. W trakcie badania, które neuronaukowiec Joe Paton przeprowadził w lizbońskim Champalimaud Center for the Unknown, uczono szczury, żeby wsuwały pyski w jedną z dwóch „furtek” w zależności od tego, czy słyszały sygnały dźwiękowe rozdzielone krótkim, czy długim odstępem czasowym. Przy każdej próbie szczury słyszały dwa sygnały dźwiękowe, rozdzielone odstępami czasowymi, trwającymi od 0,6 do 2,4 sekundy. Zwierzęta otrzymywały nagrody za wetknięcie nosa w furtkę po lewej, jeśli interwał trwał krócej niż 1,5 sekundy, albo po prawej przy interwale przekraczającym 1,5 sekundy. Szczury dość dobrze wykonywały to zadanie; na przykład przy odstępach trwających 1 i 2 sekundy w około 90 procent przypadków zaglądały do właściwych furtek. W trakcie wykonywania tego zadania badacze rejestrowali aktywność licznych neuronów prążkowia139 – obszaru mózgu biorącego udział w czynnościach ruchowych i niektórych formach uczenia się. Wiele neuronów podczas licznych prób stale wysyłało impulsy w podobnych momentach. Na przykład w trakcie prezentowania zwierzętom interwału trwającego 2,4 sekundy niektóre neurony „odpalały” impulsy wcześniej, inne później, a gdy komórki posortowano na podstawie czasu aktywności, zauważono, że aktywność tworzyła wzorzec przypominający łańcuch:

→→→ →

A B C D E, choć ten opis cokolwiek upraszcza rzeczywistą złożoność wzorca aktywności140. Podczas prób, w których prezentowany interwał zbliżał się do wartości granicznej 1,5 sekundy, szczury – zgodnie z oczekiwaniami – wykazywały większą skłonność do popełniania błędów. Co ciekawe, można było przewidzieć te omyłki na podstawie dynamiki neuronów. Na przykład gdy wzorce aktywności były „szybkie” (dany wzorzec przebiegał szybciej niż przeciętna prędkość), szczury wykazywały większą skłonność do reakcji typu „długiego interwału” i na odwrót. Ogólnie rzecz biorąc, takie badania dostarczają niezbitych dowodów na to, że wspomniane neurony mają swój udział w kształtowaniu u zwierząt zdolności odmierzania czasu – chociaż, jak to na ogół bywa w neuronauce, na podstawie żadnego pojedynczego badania nie da się ustalić, czy

rzeczywiście odpowiadają one za odmierzanie czasu trwania interwałów między dźwiękami. Podobne, przypominające łańcuch wzorce aktywności neuronalnej obserwuje się także w wielu innych częściach mózgu. Na przykład neurony w hipokampie szczurów mogą wysyłać impulsy w określonych momentach po tym, jak zwierzę rozpoczyna wykonywanie jakiegoś zadania, na przykład bieganie w kołowrotku, albo czeka przez ustalony z góry czas przed reakcją ruchową, która ma przynieść mu nagrodę141. Co ciekawe, w wielu badaniach obserwowano różne łańcuchy aktywności w zależności od szczegółów eksperymentu. Na przykład te same neurony mogą „odpalać” sygnał w różnych momentach w zależności od zapachu, który zapoczątkowuje badanie, to zaś sugeruje, że neurony nie śledzą po prostu czasu w jednostkach bezwzględnych, lecz – jak w trajektoriach uruchamianych przez Alice i Boba – odliczają czas i „zapamiętują” bodziec, który uaktywnił dany wzorzec. Neuronaukowcy obserwują także o wiele bardziej skomplikowane, zmienne w czasie wzorce aktywności neuronalnej w trakcie wykonywania przez zwierzęta zadań związanych z czasem. W przypadku tych skomplikowanych zegarów populacyjnych różne neurony mogą zaczynać wysyłać sygnały w rozmaitych momentach, każdy z nich może zachowywać aktywność przez różny czas, a niekiedy później uaktywniać się ponownie142. Takie wzorce czasoprzestrzenne dają się odtwarzać w różnych próbach, niemniej mogą sprawiać wrażenie przypadkowych. Może się to wydawać zdumiewające, ale w niektórych przypadkach dany wzorzec czasoprzestrzenny może sprawiać wrażenie pozbawionego ładu i składu. Być może jednak o to właśnie chodzi. Jedną z cech, którą nazywamy wzorcem „przypadkowym”, jest to, że wszystkie neurony w tym wzorcu odznaczają się mniej więcej takim samym prawdopodobieństwem przejścia w dowolnej chwili w stan aktywny lub nieaktywny. Z teorii informacji wiemy, że kod, w którym wszystkie symbole lub elementy cechują się takim samym prawdopodobieństwem użycia, lepiej nadaje się do przechowywania lub transmitowania informacji. Na przykład angielszczyzna nie należy do szczególnie efektywnych kodów, gdyż częstość używania poszczególnych liter dzielą duże różnice: jeśli pisze się na komputerze po angielsku, naciśnięcie klawisza z literą „e” prawdopodobnie stanowi około

12,5 procent wszystkich przypadków użycia klawiatury, podczas gdy klawisza „q” używa się z częstością zaledwie 0,1 procent. Skomplikowane, sprawiające wrażenie przypadkowych wzorce czasoprzestrzenne aktywności neuronalnej czasami wydają się neuronaukowcom nieeleganckie, ale mogą zapewniać mózgowi najskuteczniejszy sposób tworzenia dużej liczby zegarów populacyjnych. Co więcej, możliwe, że mózg wykorzystuje skomplikowane wzorce w pewnych obszarach do wytwarzania prostszych, przypominających łańcuch wzorców gdzie indziej. To prawdopodobne, że nawet w skali od setek milisekund do paru sekund mózg wykorzystuje do odmierzania czasu liczne mechanizmy. Rzeczywiście, podczas wykonywania przez zwierzęta zadań związanych z czasem obserwuje się także inne formy aktywności neuronalnej. Prawdopodobnie najczęściej opisywaną charakterystyczną cechą aktywności neuronalnej związanej z upływem czasu jest zjawisko nazywane wzrostem częstości impulsacji. Podobnie jak w jednej komorze klepsydry z czasem gromadzi się coraz większa ilość piasku, częstość impulsacji (liczba potencjałów iglicowych w jednostce czasu) pewnych neuronów w miarę upływu czasu zwiększa się liniowo. Takie wzorce obserwuje się zazwyczaj wtedy, gdy zwierzęta są trenowane do pewnej reakcji ruchowej z określonym opóźnieniem. Nie ma jednak pewności, czy neurony o wzrastającej częstości impulsacji rzeczywiście śledzą czas, czy raczej odczytują go z innych obwodów mózgu, żeby uruchamiać we właściwym czasie reakcję ruchową143.

CHAOS W naszej dotychczasowej dyskusji przyjęliśmy za rzecz oczywistą jedną z najważniejszych cech zegara: powtarzalność. Jeśli wzorce czasoprzestrzenne aktywności komórek w obrębie populacji neuronów mają służyć jako licznik czasu, ten sam wzorzec musi występować wielokrotnie w odpowiedzi na taki sam kontekst i bodziec. Właśnie to potwierdzają dane z opisanych wyżej badań eksperymentalnych – za każdym razem gdy ptak śpiewa swoją pieśń, obserwuje się taką samą neuronalną trajektorię (choć w każdej próbie występuje też znaczna zmienność). Jednakże pytanie,

w jaki dokładnie sposób mózg dokonuje tego wyczynu i wielokrotnie tworzy taki sam wzorzec, pozostaje nadal tajemnicą. Modele komputerowe wykazują, że sieci neuronów tworzące powtarzające się połączenia mogą kreować wzorzec aktywności stale ewoluujący, czyli taki, który może dobrze się nadawać do kodowania czasu. Problem polega na tym, że takie wzorce często nie są powtarzalne – w istocie takie sieci nierzadko zachowują się chaotycznie. Według pojęć matematycznych termin „chaos” służy jako opis systemów o wysokiej wrażliwości na szumy oraz warunki początkowe, czyli stan systemu w momencie rozpoczęcia danej próby. Klasycznym przykładem jest pogoda i tak zwany efekt motyla: błahe zdarzenie w jakimś miejscu i czasie, takie jak machnięcie skrzydłami przez motyla nad Amazonką w południe 1 lutego, może wywołać efekt domina i zmienić pogodę w Nowym Jorku tydzień później. Chaos często obserwuje się w nieliniowych układach fizycznych, które na zasadzie sprzężenia zwrotnego wywierają wpływ na siebie, między innymi w pogodzie i konfiguracji kul bilardowych. Sieci neuronów stanowią typowy przykład obu wspomnianych warunków. Po pierwsze, neurony działają w sposób nieliniowy, czyli ich sygnał wyjściowy nie jest liniowo proporcjonalny do odbieranego sygnału wejściowego. Po drugie, jak już wspomniałem, sieci korowe charakteryzują się dużym stopniem sprzężenia zwrotnego lub powtarzalności – aktywność jednego neuronu w momencie t=1 wpłynie na aktywność innych neuronów w chwili t=2, co z kolei wywrze wpływ na działanie pierwszego neuronu w momencie t=3. Żeby zrozumieć problem, jaki stwarza chaos w wykorzystywaniu nieliniowych układów dynamicznych do odmierzania czasu, weźmy proste równanie matematyczne, nazywane równaniem logistycznym (ryc. 6.5). Opisuje ono ewolucję jakiejś wartości x (zawierającej się w przedziale od 0 do 1) w postępujących etapach czasowych. Na każdym etapie aktualna wartość jest determinowana wyłącznie przez wartość x z poprzedniego etapu czasowego. Mimo prostoty równania powstają zaskakująco skomplikowane wzorce, a drobne zmiany mogą wywoływać spektakularne różnice wartości x w przyszłości. Zauważ, że możemy wykorzystać tabelę z ryciny 6.5 jako swego rodzaju licznik czasu. Jeśli wiesz, że początkowa wartość x wynosiła 0,9900, a ja powiem, że obecnie wynosi ona 0,5471, to będzie wiadomo, iż upłynęło 16

jednostek czasu. W zasadzie moglibyśmy zatem wykorzystać jako zegar układ fizyczny działający według tego równania logistycznego. Problem jednak polega na tym, że taki układ jest niezmiernie czuły na szumy bądź drobne błędy pomiarów. Na przykład jeśli druga seria rozpoczęła się od wartości x wynoszącej 0,99001 zamiast 0,9900, to na szesnastym etapie czasowym wynosi ona 0,7095 zamiast 0,5471. Stan układu chaotycznego, w tym przykładzie wartości x, w wyniku drobnych zakłóceń szybko zaczyna wykazywać różnice, co oznacza, że w praktyce układ nie wytwarza wielokrotnie takiego samego wzorca. Układy chaotyczne tworzą naprawdę marne zegary.

138 Perrett et al., 1993; Raymond et al., 1996; Ohyama et al., 2003. 139 U człowieka nazwą prążkowie (striatum) określa się część jądra soczewkowatego, zwaną skorupą, oraz jądro ogoniaste; należy przypuszczać, że te jądra podkorowe u szczurów mają podobną budowę anatomiczną (przyp. tłum.). 140 Mello et al., 2015. 141 Pastalkova et al., 2008; MacDonald et al., 2011; Kraus et al., 2013; MacDonald et al., 2013; Modi et al., 2014. 142 Lebedev et al., 2008; Jin et al., 2009; Crowe et al., 2010; Kim et al., 2013; Stokes et al., 2013; Crowe et al., 2014; Carnevale et al., 2015. 143 Wielu badaczy opisywało liniowy w przybliżeniu wzrost częstości impulsacji w miarę upływu czasu w trakcie zadań ruchowych z odmierzonym czasem, w których zwierzę przejawia reakcję ruchową po prezentacji bodźca przez ustalony czas (Quintana i Fuster, 1992; Leon i Shadlen, 2003; Mita et al., 2009; Jazayeri i Shadlen, 2015). Jednakże badanie przeprowadzone przez Michaela Shadlena sugerowało, że te narastające wzorce aktywności chyba najlepiej uważać raczej za przygotowanie do reakcji ruchowej niż za licznik czasu jako taki (choć obie funkcje często wykazują ścisłą korelację). Na przykład przed rozpoczęciem wyścigu mogą paść trzy komendy: UWAGA – GOTÓW – START. Na komendę GOTÓW biegacze mogą zacząć przewidywać moment startu, a z każdą mijającą chwilą rośnie prawdopodobieństwo wydania komendy START. Neurony o narastającej aktywności mogą kodować takie zależne od czasu przewidywania, co odrobinę różni się od rzeczywistego śledzenia upływu czasu, gdyż jeśli zwierzęta zostają wyszkolone do oczekiwania na sygnał START po upływie przybliżonego czasu 0,15 lub 1,8 sekundy, narastająca aktywność komórek wznosi się i opada w zależności od przewidywań, nie od bezwzględnej ilości czasu (Janssen i Shadlen, 2005).

Ryc. 6.5. Przykład równania ujawniającego chaos. W tym równaniu wartość x na każdym kolejnym etapie czasowym (t+1) jest determinowana przez wartość x na bieżącym etapie (t). Nawet jeśli seria 1 i seria 2 rozpoczynają się dwiema zbliżonymi wartościami x (odpowiednio: 0,99 i 0,99001), z czasem obie wartości x będą się od siebie różnić, jak przedstawiono w tabeli i na wykresie. Rozbieżność najpierw będzie niedostrzegalna, ale mniej więcej po 18 etapach wartości x w obu seriach nie będą wykazywały ze sobą żadnego związku.

Komputerowe symulacje modeli, w których połączenia między neuronami są przypadkowe, wykazują, że takie sieci neuronalne z losowo powtarzającymi się połączeniami mogą wytwarzać samopodtrzymujące się wzorce aktywności, w których na każdym etapie czasowym sieć jest w innym stanie. Takie wzorce czasoprzestrzenne w zasadzie mogłyby służyć do odmierzania czasu. Szkopuł w tym, że w latach osiemdziesiątych XX wieku Haim Sompolinsky, izraelski fizyk zajmujący się neuronauką obliczeniową, dowiódł wraz ze współpracownikami, że wzorce aktywności pojawiające się w takich sieciach z losowo powtarzającymi się połączeniami w wielu przypadkach zachowują się chaotycznie144. To postawiło neuronaukowców przed poważnym dylematem. Z jednej strony kora mózgowa składa się z sieci z powtarzającymi się połączeniami, zdolnych do wytwarzania powtarzalnych wzorców dynamicznychaktywności neuronalnej – w przeciwnym razie nie potrafilibyśmy zagrać tego samego utworu na fortepianie lub składać podpisu w powtarzalny sposób. Z drugiej strony badania teoretyczne sugerowały, że sieci korowe zachowują się chaotycznie. Nadal jeszcze nie rozumiemy, w jaki sposób obwody naszej kory mózgowej rozwiązują problem chaosu. Wysunięto kilka teorii dla wyjaśnienia, jak sieci neuronalne z powtarzającymi się połączeniami mogą wytwarzać skomplikowane, zmieniające się wzorce, które nie zachowują się chaotycznie, czyli można je wyzwalać wielokrotnie. Jeden z takich modeli zakłada istnienie reguł synaptycznego uczenia się, które przede wszystkim pozwalają sieciom uczyć się zachowania niechaotycznego, reguł umożliwiających sieciom „wypalenie” określonych wzorców lub trajektorii neuronalnych. Kiedy w komputerowym modelu sieci neuronalnej synapsy zostaną właściwie dostrojone, mogą tworzyć – przynajmniej teoretycznie – złożone trajektorie, które nie zachowują się chaotycznie. Na rycinie 6.6 przedstawiono, w jaki sposób ten kierunek podejścia posłużył jako potężny środek wytwarzania skomplikowanych, zmiennych w czasie wzorców ruchowych. Symulacja ilustruje wzorzec aktywności 10 neuronów w sieci składającej się z 800 wzajemnie połączonych ze sobą neuronów, zarejestrowany podczas wielu serii lub prób. Każda próba rozpoczyna się krótkim

sygnałem wejściowym, który nadaje wszystkim neuronom symulowanej sieci stan początkowy. Od tego stanu początkowego w miarę upływu czasu rozwija się dynamicznie zmieniający się wzorzec aktywności, czyli sieć autonomicznie przebywa trajektorię leżącą w przestrzeni o 800 wymiarach. Możemy przedstawić wizualnie uproszczoną wersję tej trajektorii w licznych próbach w trójwymiarowej przestrzeni. Żeby wsłuchać się w obliczeniowy potencjał tej sieci z powtarzającymi się połączeniami, możemy podłączyć wszystkie jej 800 neuronów do zaledwie 2 neuronów odczytujących i założyć, że są to motoneurony sterujące ruchem pióra na kartce papieru względem osi x i y. Chociaż to dość sprzeczne z intuicją, dopóki sieć napędzająca dwa motoneurony wytwarza złożony (a konkretniej „wielowymiarowy”) wzorzec zmienny w czasie, dopóty można sprawiać, że neurony wyjściowe nie tworzą prawie żadnego wzorca (uzyskuje się to poprzez regulację siły synaps łączących sieć z neuronami wyjściowymi). Na rycinie zademonstrowano to w taki sposób, że przekazano obu neuronom wyjściowym polecenie „napisania” słowa „chaos”. Co ważne, sieć nie zachowuje się chaotycznie, gdyż powtarzające się połączenia poddano odpowiedniej regulacji. W istocie można zakłócić działanie sieci w połowie trajektorii („zbić ją z tropu”), ona zaś powróci do czynności, którą wykonywała. Układ zasadniczo ma własną pamięć. Sieć z powtarzającymi się połączeniami odznacza się bowiem interesującą właściwością: może pamiętać swoje działania i nawet wytrącona z pierwotnej trajektorii potrafi powracać do niej, by dokończyć wykonywane zadanie. Co więcej, należy zauważyć, że napisanie słowa „chaos” wymaga dobrze zsynchronizowanego sterowania funkcjami ruchowymi, a ruch pióra można wykorzystać do odmierzania czasu. W istocie kółka na rycinie 6.6 to znaczniki czasu – znajomość bieżącego położenia pióra umożliwia nam ustalenie, ile czasu upłynęło od sygnału wejściowego. Chodzi zaś o to, że można „okiełznać” chaos w sieciach neuronalnych z powtarzającymi się połączeniami, dostrajając siłę działania synaps.

144 Sompolinsky et al., 1988.

Ryc. 6.6. Sieć z powtarzającymi się połączeniami, wytwarzająca zmienny w czasie wzorzec ruchowy. W tej symulacji sieć neuronalna z powtarzającymi się połączeniami (przedstawiona schematycznie w środkowej części górnego rysunku) składa się z połączonych ze sobą jednostek reprezentujących neurony. Jednostki sieci odbierają krótki sygnał wejściowy i kontaktują się z dwiema jednostkami odbierającymi sygnał wyjściowy. Aktywność tych dwóch jednostek wyjściowych odpowiada położeniu pióra względem osi x i y wykresu. Trening polega na dostrojeniu wagi powtarzających się połączeń między jednostkami do działania jednostek wyjściowych za pomocą reguły uczenia się. Po treningu w reakcji na krótki sygnał wejściowy sieć z powtarzającymi się połączeniami wytwarza złożony wzorzec aktywności, który napędza jednostki wyjściowe w taki sposób, że powstaje zapisane słowo „Chaos”. Wzorce ruchowe, takie jak napisane ręcznie cyfry, mają nieodłącznie czasowy charakter, zatem sieć koduje również czas. Zacieniowane kropki nałożone na linie oznaczają czas. Sieć nie zachowuje się w sposób chaotyczny, co wykazuje fakt, że wzorzec ruchowy ulega odtworzeniu po zakłóceniach w działaniu sieci podczas ruchu pióra ku górze przy pisaniu litery „h” (nałożono na siebie rezultaty 10 prób). (Przedruk zmodyfikowany z: Laje i Buonomano, 2013)

Warto zatrzymać się na chwilę i zadać sobie pytanie: w jaki właściwie sposób sieć pisze słowo „chaos”? Dokładniej zaś sformułowane pytanie będzie brzmiało: gdzie mieści się informacja wytwarzająca dwuwymiarowy wzorzec, który ludzki mózg rozpoznaje jako słowo „chaos”? To głębokie pytanie, które wymaga odejścia w myśleniu od bardziej konwencjonalnych trybów obliczania i pamięci. Informacja wytwarzająca słowo „chaos” równie dobrze znajduje się wszędzie i nigdzie. Do powstania wzorca przyczyniają się wszystkie synapsy i wszystkie wykorzystywane w symulacji neurony, lecz żadna pojedyncza synapsa ani neuron nie są naprawdę niezbędne. Wzorzec stanowi emergentną właściwość: całość to coś więcej niż tylko suma części. Opisana wyżej sieć to zaledwie prosta komputerowa symulacja z licznymi wbudowanymi założeniami. Nawet jeśli przedstawia ona niektóre zasady funkcjonowania kory mózgowej, to jest o wiele za prosta i za mało elastyczna, żeby móc wyjaśnić zdumiewającą zdolność mózgu do rozpoznawania i wytwarzania skomplikowanych wzorców leżących u podstaw mowy lub muzyki. Niemniej coraz więcej wyników badań eksperymentalnych przemawia za poglądem, że przeprowadzane przez mózg obliczenia – zwłaszcza te, które z natury dotyczą czasu – opierają się na jego zdolności do wytwarzania złożonych, zmiennych w czasie trajektorii neuronalnych, te zaś można wykorzystywać do tworzenia wzorców czasoprzestrzennych, leżących u podstaw naszej umiejętności sięgnięcia i odwrócenia strony w książce albo grania na fortepianie145. * Potrzeba odmierzania czasu przenika niemal wszystkie zadania, jakie mózg musi wykonywać, a różne zadania mają odrębne wymogi czasowe: niekiedy trzeba odróżnić w muzyce półnutę od ćwierćnuty, a w innych okolicznościach trzeba wystukać wiadomość alfabetem Morse’a, wykryć czas rozpoczęcia wymawiania spółgłosek „p” i „b” albo przewidzieć, kiedy czerwone światło zmieni się na zielone. Do rozwiązywania tego zbioru problemów czasowych mózg ma zestaw współzależnych mechanizmów odmierzania czasu, rozrzuconych w drogach nerwowych. Jednakże, co

ciekawe, zegary wewnątrz mózgu wykazują niewielkie podobieństwo do zegarów zaprojektowanych przez mózg człowieka. W miarę upływu czasu siła działania synaps ulega zmianom, częstość impulsacji neuronów rośnie lub maleje, neurony oscylują z określoną częstotliwością, aktywność zaś sieci neuronów dynamicznie się zmienia, ponieważ odmierzanie czasu to jedna z funkcji, do których neurony przystosowała ewolucja. Tak więc pytanie, które neurony lub obwody w mózgu odmierzają czas, przypomina trochę pytanie, który z miliardów tranzystorów w procesorze twojego komputera odpowiada za logikę binarną. Odpowiedź brzmi: wszystkie, to jest ich raison d’être.

145 Mante et al., 2013; Rigotti et al., 2013; Sussillo i Barak, 2013; Carnevale et al., 2015.

Część II Fizyczna i umysłowa natura czasu

7:00 Mierzenie czasu Czas jest tym dla zegara, czym umysł dla mózgu. Dava Sobel

Jądro neuronu i zawarte w nim chromosomy są tak samo niewidoczne dla ludzkiego oka, jak księżyce Neptuna. W dziedzinie zaś czasu uderzenie skrzydeł kolibra jest tak samo nieuchwytne dla naszych narządów zmysłów, jak dryf kontynentów. Podobnie jak skonstruowane przez nas mikroskopy i teleskopy służą do obserwowania obiektów poza ograniczoną skalą przestrzenną naszego wzroku, opracowane metody i urządzenia – jeśli chcesz, możesz je nazwać czasowymi mikroskopami i teleskopami – rejestrują czas w skalach o wiele krótszych i dłuższych, niż potrafi mierzyć nasz mózg. Czasowe teleskopy pozwoliły nam ustalić, że oddzielenie się ludzi i wielkich małp od wspólnego przodka nastąpiło około 7 milionów lat temu, oraz przewidzieć, iż za parę miliardów lat Słońce powiększy się do rozmiarów kwalifikujących naszą gwiazdę do klasy czerwonych olbrzymów i w końcu pochłonie Merkurego i Wenus. Urządzenia powiększające, czyli czasowe mikroskopy – zegary o wielkiej precyzji – umożliwiają nam dzielenie sekundy na coraz mniejsze jednostki: milisekundy, mikrosekundy, nanosekundy, pikosekundy i tak dalej, a każdy podział coraz bardziej wykracza poza domenę dostępną ludzkiej percepcji i zrozumieniu. Dzisiejsze zegary atomowe mierzą czas z dokładnością w skali attosekund (10–18), i to tak precyzyjnie, że naukowcy nie mają już wielu wymówek, by nie używać przedrostka „atto”. Zdolność przybliżonego określania czasu w skali miliardów lat oraz dzielenia sekundy na attosekundy stanowi rezultat rozwoju fizyki, a fizyka jest częściowo rezultatem naszego pragnienia, by móc odmierzać czas.

Astronomia była ziarnem, które rozkwitło, rodząc gałąź nauki – fizykę. Sama astronomia zaś zrodziła się z naszej potrzeby umiejscowienia nas nie tylko w przestrzeni, lecz też i w czasie. Wczesna astronomia dostarczyła między innymi środków umożliwiających śledzenie pór roku, ustalanie długości roku i określanie, kiedy oddawać cześć niebiańskim bóstwom. Późniejsze postępy naszej umiejętności odmierzania czasu nieprzypadkowo pokrywały się z rewolucjami w dziedzinie fizyki. Na przykład punkt zwrotny w historii konstruowania zegarów nastąpił w trakcie jednego z najbardziej przełomowych okresów w dziejach fizyki: holenderski fizyk Christiaan Huygens opracował projekt pierwszego zegara wahadłowego o dużej dokładności w 1657 roku, czyli 15 lat po śmierci Galileusza, kiedy Isaac Newton był jeszcze nastolatkiem. Czas i fizykę łączy nierozerwalna więź. Chodzi nie tylko o to, że pytania o naturę czasu mieszczą się w zakresie zainteresowania fizyki – to nasze zrozumienie praw fizyki umożliwiło naukowcom skonstruowanie niewiarygodnie precyzyjnych zegarów służących do badania praw fizyki. W następnych rozdziałach prześledzimy fizykę czasu i zadamy sobie pytanie, czy fizyka i neuronauka są zgodne, jeśli chodzi o ujęcie natury czasu w każdej z tych gałęzi nauki. Zaczniemy jednak od zbadania fizyki i historii czasu zegarowego.

O NEURONACH I ROZPRZESTRZENIANIU MATERIAŁÓW JĄDROWYCH Podobnie jak mózg dysponuje odmiennymi mechanizmami prospektywnego i retrospektywnego odmierzania czasu, naukowcy opracowali z gruntu odmienne sposoby odmierzania czasu w zależności od tego, czy muszą ustalić, ile czasu upłynęło od pewnego momentu w przeszłości aż do teraźniejszości, czy szacują upływ czasu, począwszy od teraźniejszości do jakiegoś momentu w przyszłości. Podczas gdy na ogół do prospektywnego odmierzania czasu używamy konwencjonalnych zegarów, w odmierzaniu retrospektywnym musimy polegać na innym rodzaju „czasomierza”. Na szczęście w przyrodzie jest pełno retrospektywnych zegarów, gdyż wszechświatem rządzą prawa gwarantujące, że zachodzące

wokół nas (i w nas samych) zmiany są posłuszne ustalonemu z góry zbiorowi reguł. Tak więc zmarszczki na powierzchni wody w stawie zapewniają nam wgląd o kilka sekund w przeszłość na podstawie tego, co widzimy w teraźniejszości. Medyk sądowy potrafi określić godzinę śmierci człowieka na podstawie aktualnej temperatury zwłok, można też na podstawie podobieństwa danego genu ustalić, kiedy dwa gatunki zwierząt oddzieliły się od wspólnego przodka. Jednakże to wynalazek datowania radiowęglowego dostarczył jednego z najbardziej przełomowych sposobów retrospektywnego odmierzania czasu. Jak działa datowanie radiowęglowe? Skąd atomy mogą „wiedzieć”, ile upłynęło czasu? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, prześledzimy, jak datowanie radiowęglowe i rozprzestrzenianie materiałów jądrowych pomogło wstrząsnąć stuletnim dogmatemneuronauki. Przez cały XX wiek neuronaukowcy żywili przekonanie, że u ludzi dorosłych, w odróżnieniu od większości komórek organizmu, nigdy nie powstają nowe neurony. W latach dziewięćdziesiątych pojawiały się jednak coraz bardziej przekonujące dowody, że u szczurów i myszy w niektórych częściach mózgu rodzą się nowe neurony – ten proces nosi nazwę neurogenezy dorosłych. Jak tu jednak ustalić, czy tak się dzieje również u ludzi, których neurony na ogół można badać tylko po śmierci? Chociaż możemy znać wiek danej osoby zmarłej, to poszczególne neurony raczej nie mają stempla z datą produkcji. Przez całą dekadę lat pięćdziesiątych i na początku sześćdziesiątych wskutek naziemnych próbnych wybuchów jądrowych, przeprowadzanych głównie przez Stany Zjednoczone i Związek Radziecki, w atmosferze niemal podwoiła się ilość radioaktywnego izotopu węgla 14C. Jego poziom osiągnął szczyt w 1963 roku, kiedy zawarto traktat o częściowym zakazie prób nuklearnych, po czym zaczął spadać. Ten wzrost poziomu atmosferycznego 14C znalazł odzwierciedlenie we wszystkich żywych organizmach, ponieważ rośliny w procesie fotosyntezy włączają węgiel w swoje szlaki biochemiczne, a skoro węgiel w naszych organizmach pochodzi też z roślin, próbne wybuchy bomb atomowych spowodowały wykrywalny wzrost ilości izotopu 14C w ludzkim DNA. Atomy węgla, włączone w DNA w chwili „narodzin” danej komórki (poprzez podział komórki prekursorowej), mogą w nim pozostawać przez cały okres jej życia. Skoro u dorosłych nie tworzą się nowe neurony, to komórki nerwowe

osoby urodzonej przed erą próbnych wybuchów bomb atomowych powinny dzisiaj zawierać niewiele 14C. Jeśli jednak neurony nadal się dzielą, niektóre wbudują w cząsteczki większą ilość tego izotopu wskutek zwiększenia się w atmosferze poziomu 14C od końca lat pięćdziesiątych. Szwedzcy badacze na podstawie pośmiertnych analiz tkanki mózgu stwierdzili, że u osób urodzonych przed 1955 rokiem ogromna większość neuronów odznaczała się niskim poziomem 14C w cząsteczkach DNA146. Czyli większość neuronów nie powstała w życiu dorosłym. Jednakże, jak przewidziano na podstawie danych z badań na zwierzętach, wyższy poziom 14C występował w subpopulacji neuronów hipokampu, co dowodziło, że u ludzi może zachodzić pewna forma neurogenezy dorosłych. To dziwne skrzyżowanie się wątków neuronauki, rozprzestrzeniania broni jądrowej i zastosowania radioaktywnego izotopu węgla jako retrospektywnego zegara odegrało zasadniczą rolę w obaleniu przyjętego dogmatu, że u dorosłych ludzi nie tworzą się nowe neurony. A teraz wróćmy do naszego pytania: skąd atomy węgla mogą „wiedzieć”, ile upłynęło czasu? Czy pojedynczy atom może śledzić upływ czasu? Zrozumienie zasad radiodatowania może nam posłużyć jako przypomnienie, że istnieje wiele sposobów odmierzania czasu i – podobnie jak w mózgu – w technologii również używa się całkowicie różnych mechanizmów retrospektywnego i prospektywnego odmierzania czasu. Pierwiastki chemiczne określa liczba protonów w jądrze atomowym. Izotopy danego pierwiastka to odmiany o innej liczbie neutronów. O niektórych takich odmianach mówi się, że są radioaktywne, gdyż stanowią formy niestabilne: z czasem ulegają rozpadowi i dają początek stabilnej konfiguracji atomowej. Niestabilna odmiana może być bardzo stabilna: na przykład izotop 14C ma okres połowicznego zaniku wynoszący 5730 lat. Jeśli zatem w momencie początkowym mamy 1000 atomów 14C, możemy się spodziewać, że 5730 lat później będzie 500 atomów radioaktywnego węgla. Widzimy, że liczba pozostałych atomów radioaktywnego węgla oferuje sposób retrospektywnego odmierzania czasu, a tym samym określania wieku skamieniałości, malowideł naskalnych w jaskiniach, prehistorycznych artefaktów, starożytnych manuskryptów, a nawet neuronów. Skąd się jednak wzięła liczba 5730? Skąd atom węgla „wie”, że nadeszła dlań pora rozpadu? Odpowiedź brzmi: nie wie. To niezwykłe, że choć datowanie radiowęglowe stanowi jeden z najbardziej

wiarygodnych sposobów retrospektywnego odmierzania czasu, pojedynczy atom 14C nie zawiera żadnej oznaki świadczącej o jego wieku. Zasada leżąca u podstaw radiodatowania opiera się na jednym z najprostszych sposobów, jakie można wykorzystać do odmierzania czasu: na prawdopodobieństwie. Wyobraź sobie 1000 osób przetrzymywanych siłą w kasynie; każda z nich ma 10 monet. Okrutni porywacze z zamiłowaniem do statystyki poinformowali więźniów, że jedyny sposób odzyskania wolności to rzut wszystkimi 10 monetami w taki sposób, żeby 10 razy wypadł orzeł. Gdyby każdej z osób runda rzutów zajmowała średnio minutę, to na podstawie znajdującej się aktualnie w sali liczby zakładników moglibyśmy oszacować, ile upłynęło czasu. Wyraźnie widać, że im mniej osób jest w sali, tym więcej czasu upłynęło; ponadto umiemy obliczyć prawdopodobieństwo wyrzucenia 10 razy orła, zatem potrafimy w przybliżeniu ustalić, ile minęło czasu. Jeśli się rzuca 10 monetami, prawdopodobieństwo wyrzucenia we wszystkich rzutach „orła” wynosi 1:210 (1/1024). Na podstawie tej liczby można wyliczyć, że połowie osób odzyskanie wolności powinno zająć 710 rund: 710 minut, czyli 11 godzin i 50 minut147. Tak więc mniej więcej co 12 godzin liczba osób w sali powinna spadać o połowę: jeśli zobaczymy w sali 250 osób, to prawdopodobnie były one przetrzymywane w zamknięciu przez czas zbliżony do doby. Radiodatowanie opiera się na bardzo podobnym procesie probabilistycznym. Wyłącznie dla zaspokojenia naszej intuicji możemy myśleć o neutronach w atomie 14C, że nieustannie starają się uciec z jądra, przedzierając się przez otaczającą je chmurę elektronów (w rzeczywistości neutron uwalnia elektron i antyneutrino, staje się protonem i przeobraża atom węgla w atom azotu). Nie ma tu żadnego „tik-tak”: w zasadzie każdy atom tkwi na swoim miejscu, bez przerwy zdając się na los. Jeśli dzisiaj stworzymy pojedynczy atom 14C, prawdopodobieństwo jego rozpadu i powstania atomu azotu w ciągu 5730 lat wynosi 50 procent. Jeśli po 5730 latach wrócimy i przekonamy się, że jeszcze się nie rozpadł, jakie będzie prawdopodobieństwo jego rozpadu w ciągu następnych 5730 lat? Nadal 50 procent. Podobnie jak 10 monet, których wielokrotnie używa się do rzutów, atom nie ma żadnych wspomnień ani śladów zdradzających nam, ile tysiącleci uprawiał ten hazard.

Możliwość odmierzania czasu za pomocą rozpadu radioaktywnego tkwi w statystyce populacji: im większa jest początkowa liczba radioaktywnych atomów, tym dokładniejsza będzie nasza przybliżona ocena czasu. Pojedynczy element nie dostarcza zbyt wielu informacji o upływie czasu, ale populacja umożliwia odmierzanie czasu w wiarygodny sposób. Zauważmy, że ta strategia wykazuje pewne podobieństwo do pomysłu zegarów populacyjnych w mózgu; zgodnie z tą ideą najlepszym sposobem odmierzania czasu jest obserwacja w danej chwili subpopulacji aktywnych neuronów.

KALENDARZE Przez większość dziejów naszych przodków o wiele bardziej interesowało nie retrospektywne, ale prospektywne odmierzanie czasu. Dlatego najwcześniejsze próby śledzenia czasu miały głównie charakter kalendarzowy. Przewidywanie faz Księżyca, nadejścia zimy i migracji potencjalnej zdobyczy okazywało się niezmiernie cenne dla przeżycia. Wróżbici, mędrcy, kapłani zajmujący się kalendarzem i astronomowie wykorzystywali Księżyc, gwiazdy oraz naturalne rytmy z życia zwierząt i roślin – oraz mnóstwo zabobonów – do wyznaczenia najkorzystniejszego dnia na rozpoczęcie wojny, siew i żniwa, ceremonie religijne, śluby i grzebanie zmarłych. Określanie tych terminów dawało władzę, a w parze z władzą szło, rzecz jasna, jej nadużywanie. Rzymscy kapłani zobowiązani do prowadzenia kalendarza najwyraźniej nie stronili od wykorzystywania kontroli sprawowanej nad kalendarzem do skracania kadencji polityków, których nie darzyli sympatią. David Ewing Duncan pisał, że „nadzwyczaj rozpolitykowane kolegium kapłańskie niekiedy wydłużało rok, żeby dłużej zatrzymać na urzędzie faworyzowanych przez siebie konsulów i senatorów, albo go skracało, by skrócić kadencje ich rywali”148. Nic dziwnego, że wczesne próby przewidywania zmieniających się pór roku opierały się na dwóch najbardziej rzucających się w oczy ciałach niebieskich. Niestety, Słońce i Księżyc przemierzają niebo według różnych harmonogramów. Ludzie mierzący czas przez tysiąclecia zmagali się z irytującym faktem, że rok słoneczny nie dzieli się równo przez czas

trwania miesięcy księżycowych. Wykonanie pełnego obiegu dookoła Słońca zajmuje Ziemi 365 i ¼ dnia (choć przez większość ludzkich dziejów uważano, że to Słońce wykonuje ten obieg), a obieg Księżyca wokół Ziemi trwa średnio 29,53 dnia. Zatem rok słoneczny zawiera 12,4 miesiąca księżycowego. W V wieku p.n.e. Babilończycy zaproponowali pewną sztuczkę: miał obowiązywać cykl dziewiętnastoletni, w którym 7 lat zawierało po 13 miesięcy, a 12 lat po 12 miesięcy. Egipcjanie i Rzymianie rozsądnie postanowili po prostu zignorować cykle księżycowe w pomiarach rytmu pór roku oraz czasu trwania roku. Mimo to problem pozostał: rok słoneczny nie składa się z całkowitej liczby dni. Innymi słowy, czas obrotu Ziemi wokół osi nie jest liczbą całkowitą, po której pomnożeniu otrzymamy czas obiegu Ziemi wokół Słońca. Gdyby przyjąć założenie, że rok składa się z 365 dni, po 100 latach letnie wakacje rozpoczynałyby się wcześniej o 25 dni. Żeby wynegocjować jakieś porozumienie między dniami a latami, Gajusz Juliusz Cezar zwołał matematyków, filozofów i astronomów. Wymyślili oni rok przestępny. Kalendarz juliański składał się z 12 miesięcy i 365 dni, a przypadający co 4 lata rok przestępny zawierał dodatkowy dzień. Na cześć Cezara jeden z 12 miesięcy, lipiec, nazwano jego rodowym nazwiskiem Iulius. Chociaż w historii ludzkości kalendarz juliański stał się kamieniem milowym, nie był doskonały. Konieczne były dalsze ulepszenia. Przez wieki czas kalendarzowy stopniowo przestawał się pokrywać z rokiem słonecznym, gdyż rok nie zawiera dokładnie 365 i ¼ dnia, tylko około 365,2425 dnia. Żeby uporać się z tym odchyleniem, papież Grzegorz XIII w 1582 roku zarządził, że lata przestępne co 100 lat będą pomijane, z kolei pominięcie lat przestępnych będzie pomijane co 400 lat. Dzisiaj używamy kalendarza gregoriańskiego, ale w celu dokładniejszego uwzględnienia nieregularności ruchu obrotowego Ziemi przyjęliśmy pomysł stosowania sekund przestępnych, żeby utrzymywać zgodność dnia słonecznego ze standardem uniwersalnego czasu koordynowanego (UTC). Od 1972 roku do naszych zegarów ukradkiem wprowadzono ponad dwa tuziny sekund przestępnych.

PIERWSZE ZEGARY

Kalendarze mogą nas informować o tym, jaki mamy dzień, lecz nie mówią nic o porze dnia. Do śledzenia pory dnia ludzie co najmniej od IV tysiąclecia p.n.e. używali cieni rzucanych przez przedmioty oświetlone światłem słonecznym. Pierwsze zegary słoneczne tworzyły po prostu kije wbite pionowo w ziemię oraz wykreślone linie odgraniczające pola, na które padające przez cały dzień światło słoneczne rzucało cienie. Na większości zegarów słonecznych dzień dzielił się na 12 interwałów, choć przez dużą część dziejów owe „godziny” niekoniecznie odpowiadały dzisiejszym: jasny dzień dzielił się na 12 „godzin” bez względu na to, czy był to piętnastogodzinny dzień letni, czy dziewięciogodzinny dzień zimowy. Zegary słoneczne wskazywały czas względny – godziny skracały się lub wydłużały w różnych porach roku149. W czasach cesarstwa rzymskiego zegary słoneczne były wszechobecne. Tak oto rozpoczęło się niepohamowane przejście od czasu swobodnie regulowanego do sztywnej dyscypliny czasu zegarowego. Wkrótce wzbudziło to narzekania. W II wieku p.n.e. rzymski poeta Plaut (Titus Maccius Plautus) skarżył się:

Bogom raz na myśl przyszło rozum pomieszać temu, Komu się spodobało dnia godziny rozróżniać. Rozum takoż odjęli i temu, co w tym miejscu Ku niedoli naszej zegar słoneczny ustawił, By nam na małe kawałki dni materię pociąć! Kiedym był małym chłopcem, brzuch mój był mi zegarem, Lepszym i dokładniejszym od tych, co tu widzicie. On wskazywał niechybnie czas po temu właściwy, By się na obiad udać, kiedy głód mi doskwierał. Dzisiaj, choć głód mnie skręca, pali srogie pragnienie, Jadła ni napoju Słońce mi tknąć nie pozwala. Całe zaś miasto pełne tych przeklętych zegarów…150

Istniały też inne sposoby odmierzania czasu, choć nie były to standardowe zegary jako takie, a raczej liczniki czasu. Klepsydry albo zegary wodne,

w których woda lub piasek sączyły się przez mały otwór, oznaczały ustaloną ilość czasu potrzebną do napełnienia się lub opróżnienia naczynia. Pierwsze prawdziwe mechaniczne zegary pojawiły się około XIII wieku. W przeciwieństwie do wody w zegarach wodnych zegary mechaniczne nie zamarzały zimą, a w odróżnieniu od zegarów słonecznych działały również nocą i w pochmurne dni. Można się słusznie zastanawiać, jaki impuls – wobec braku samolotów, na które trzeba zdążyć, filmów wartych obejrzenia albo miejsc pracy związanych z obowiązkiem stemplowania karty zegarowej – kazał poszukiwać sposobów dokładnego mierzenia czasu w dzień i w nocy? Istniała czynność, którą pewne osoby musiały wykonywać w regularnych odstępach, czy to w deszcz, czy w pogodny dzień: modlitwa. Klasztory były instytucjami poddanymi ścisłemu reżimowi, a zgodnie z rozporządzeniem wydanym w VII wieku przez papieża Sabiniana ów reżim obejmował również bicie dzwonów wzywające mnichów na modlitwę siedem razy dziennie. Tak więc zegary służyły „nie tylko do odmierzania godzin, ale i do synchronizowania działań ludzkich”151. Klasztory i kościoły wcześnie zaczęły korzystać z technologii mechanicznego mierzenia czasu. Przy kościołach wznoszono dzwonnice i często właśnie na mnichach i księżach spoczywał obowiązek obserwowania kościelnego zegara i bicia w dzwon, obwieszczający mieszkańcom miasta godzinę – o ile tylko nie zaspali:

Panie Janie! Panie Janie! Rano wstań! Rano wstań! Wszystkie dzwony biją! Wszystkie dzwony biją! Bim, bam, bom, bim, bam, bom152.

WAHADŁA Prawdopodobnie to Galileusz jako pierwszy zauważył, że czas, jaki zwisającemu na linie ciężkiemu przedmiotowi zajmuje wykonanie pełnego cyklu ruchu wahadłowego, prawie nie zależy od amplitudy wahania. Dopiero jednak po śmierci Galileusza wykorzystano jego spostrzeżenie do

konstruowania zegarów. Mimo to jeszcze za jego życia właściwości wahadła posłużyły do stworzenia jednego z pierwszych przyrządów medycznych, jakie wynaleziono: pulsilogium. Składał się on z ciężarka na sznurku przytwierdzonym do poziomej linijki, umożliwiającej skracanie i przedłużanie sznurka. Zmiana długości sznurka umożliwiała lekarzowi dostosowywanie okresu ruchu wahadła do częstości akcji serca pacjenta. W ten sposób długość sznurka stanowiła miernik częstości uderzeń pulsu, cechujący się dość dobrą powtarzalnością153. Christiaan Huygens jako pierwszy wykorzystał spostrzeżenia Galileusza do skonstruowania pierwszych zegarów wahadłowych wysokiej jakości. Jako lepszy od Galileusza matematyk umiał rzeczywiście zrozumieć zawiłości dynamiki ciężarka kołyszącego się tam i z powrotem na sznurze. Dzięki jego matematycznym umiejętnościom oraz kilku technicznym innowacjom zaprojektowany przez niego w 1657 roku zegar stanowił olbrzymi skok w technice mierzenia czasu. Przed Huygensem najlepsze zegary myliły się mniej więcej o 15 minut na dobę; jego zegar tracił zaledwie 10 sekund dziennie154. Dziesięć sekund stanowi około 0,01 procent dwudziestoczterogodzinnego dnia. Ten poziom dokładności stanowił kamień milowy w historii mierzenia czasu: oto pierwsze zegary zaprojektowane przez ludzki mózg działały lepiej niż zegary zawarte w ludzkim mózgu. Jak się przekonaliśmy, najlepszy biologiczny przyrząd do pomiaru czasu, czyli zegar okołodobowy zawiadujący naszym cyklem snu i czuwania, odznacza się sprawnością działania wyrażającą się dokładnością około 1 procent (15 minut) – zatem przy średnim okresie 24 godzin okres zegara okołodobowego w większości przypadków będzie wahał się w przedziale od 23 godzin i 45 minut do 24 godzin i 15 minut155. Zegary wahadłowe Huygensa nie rozwiązały jednak najbardziej palącego zapewne problemu naukowego i technologicznego w historii cywilizacji: określania długości geograficznej. Pod koniec XV i na początku XVI wieku europejscy odkrywcy niestrudzenie przemierzali oceany, wytyczali nowe szlaki handlowe, odkrywali wyspy i kontynenty, a nawet pływali dookoła świata. Spędzali na morzu niezmierną ilość czasu, gdyż nie potrafili w wiarygodny sposób oznaczać długości geograficznej, czyli określać, gdzie się znajdują na osi wschód–zachód. Szerokość geograficzną można było obliczać dość dokładnie na podstawie kąta, jaki tworzyła linia biegnąca do Słońca

stojącego w zenicie (w południe czasu miejscowego) z płaszczyzną równika niebieskiego. Nie znano jednak sposobu dokładnego obliczania długości geograficznej na podstawie położenia Słońca, Księżyca lub gwiazd. Miało to głębokie następstwa ekonomiczne w okresie, w którym Portugalia, Hiszpania, Francja, Anglia oraz państwa Italii rywalizowały ze sobą o bogactwa Nowego Świata. Załogi w trakcie poszukiwania lądu dziesiątkowały szkorbut i głód, kapitanowie rozbijali swoje statki na wybrzeżach, a ogromne skarby szły na dno. Podczas jednej z takich katastrof brytyjski admirał sir Clowdisley Shovell w 1707 roku rozbił swoją flotyllę na wyspach Scilly. Stracił wtedy cztery z pięciu okrętów wraz z mniej więcej 2000 marynarzy. Częściowo w następstwie tej tragedii królowa Wielkiej Brytanii Anna Stuart doprowadziła do uchwalenia w 1714 roku Longitude Act (Ustawy o długości geograficznej) i zaoferowała nagrodę pieniężną w wysokości miliona dzisiejszych dolarów dla każdego wynalazcy, który opracuje metodę dokładnego określania długości geograficznej na morzu. W problemie określania długości geograficznej chodzi o wyznaczenie położenia danej osoby w przestrzeni. Można by zatem zapytać, co to ma wspólnego z zegarami. W matematycznym języku przestrzeń (odległość) to dziecko czasu i prędkości (odległość równa się czasowi pomnożonemu przez prędkość). Wobec tego coś poruszającego się ze stałą prędkością można wykorzystać do obliczenia odległości, o ile się wie, jak długo trwa ruch tego ciała. Stałą prędkość ma wiele rzeczy, w tym światło, dźwięk oraz ruch obrotowy Ziemi. Nasz mózg wykorzystuje niemal stałą prędkość rozchodzenia się dźwięku do obliczania, skąd dźwięki dochodzą. Jak się przekonaliśmy w jednym z poprzednich rozdziałów, wiemy, że jakaś osoba znajduje się po lewej lub po prawej od nas, gdyż dźwięk jej głosu biegnie od jednego ucha do drugiego w ciągu około 0,6 milisekundy. Na podstawie opóźnienia, z jakim dany dźwięk dociera do lewego i prawego ucha, mózg może się zorientować, czy dochodzi on bezpośrednio z lewej, czy z prawej strony, czy z jakiegoś kierunku pomiędzy nimi. Ziemia obraca się ze stałą prędkością – wykonuje pełny obrót (360°) w ciągu 24 godzin. Zatem istnieje bezpośrednia zależność między stopniami długości geograficznej a czasem. Jeśli wiemy, ile czasu upłynęło, wiemy tym samym, jaką część obrotu wykonała Ziemia; jeśli czytasz tę książkę przez godzinę (1/24 doby), Ziemia obróciła się w tym czasie o 15°

(360°/24). Jeśli zatem tkwisz na środku oceanu w południe według czasu miejscowego i wiesz, że w Greenwich jest w tej chwili godzina 16:00, to znajdujesz się „o 4 godziny od Greenwich” – dokładnie o 60° długości geograficznej od Greenwich. Problem rozwiązany. Wszystko, czego potrzeba, to naprawdę dobry morski chronometr. Najtęższe umysły XVII i XVIII wieku nie mogły przeoczyć problemu długości geograficznej: Galileusz, Blaise Pascal, Robert Hooke, Christiaan Huygens, Gottfried Leibniz i Isaac Newton poświęcali uwagę temu zagadnieniu. Ostatecznie jednak to nie wielki naukowiec, ale jeden z czołowych rzemieślników świata otrzymał nagrodę za rozwiązanie kwestii długości geograficznej. John Harrison (1693–1776) był zegarmistrzem samoukiem, który podszedł do tego zadania ze skrajnym, obsesyjnym wręcz oddaniem. Dla Harrisona i innych było jasne, że jeśli problem długości geograficznej ma zostać rozwiązany za pomocą zegarów, muszą one mieć system napędu mechanicznego w postaci oscylujących sprężyn metalowych (napędu balansowego ze sprężyną). Wahadło na morzu okazywało się bezużyteczne, gdyż ruchy statku poważnie zakłócały jego ruchy. Ponadto wahania temperatury na lądzie i morzu zmieniały długość metalowego pręta podtrzymującego ciężarek wahadła (tak zwaną soczewkę). W istocie zmienna temperatura stanowi jedno z najtrudniejszych wyzwań dla zegarów o dużej dokładności, czy to dzieł ludzkiej ręki, czy stworzonych przez świat biologii. Zatem i zegarmistrze, i ewolucja stanęli przed trudnym zadaniem zbudowania zegarów o działaniu, na które nie wpływają zmiany temperatury. Jednym z wczesnych wynalazków Johna Harrisona było wahadło rusztowe, w którym soczewkę podtrzymywał układ prętów z różnych metali, mocowanych w przeciwnych kierunkach. W rezultacie wydłużenie się jednego pręta pod wpływem temperatury równoważyło wydłużenie się w innym kierunku, a ogólna długość wahadła pozostawała taka sama. Jednakże specjalnością Harrisona były zegary mechaniczne. Z myślą o nich wynalazł bimetal – dwa połączone ze sobą paski różnych metali (o odmiennych współczynnikach wydłużania się pod wpływem temperatury). Te metalowe paski wrażliwe na temperaturę można było wykorzystywać do regulowania napędu balansowego ze sprężyną, żeby utrzymywał on stały okres ruchu w różnych temperaturach.

W wyniku wielu takich innowacji oraz dzięki wyśmienitym umiejętnościom rzemieślniczym Harrison pozostawił po sobie spuściznę w postaci pierwszego morskiego chronometru spełniającego kryteria dokładności wyznaczone przez Komisję Długości Geograficznej. Rozwiązanie problemu określania długości geograficznej stało się precedensem i zapoczątkowało technologiczny trend, który wielokrotnie potwierdzał, że najlepszym środkiem pomiaru przestrzeni jest zegar156.

KWARC I CEZ Harrison oraz inni wybitni zegarmistrze przygotowali scenę dla dokonywanych w ciągu przeszło stulecia stopniowych postępów w mierzeniu czasu zegarowego. Kiedy jednak wiek XIX przechodził w XX, na świecie trwały związane z czasem rewolucje. Wraz z powszechną dostępnością zegarów mylących się znacznie mniej niż o sekundę dziennie coraz bardziej dochodził do głosu problem synchronizacji tych wszystkich czasomierzy. Nawet ustalenie, czy dwa oddalone od siebie zegary wskazują zsynchronizowany czas, okazywało się niełatwe: jak tu określić, czy zegar w Paryżu i drugi w Bernie wydzwaniają godzinę dokładnie w tym samym momencie? Rozwiązania dostarczyły dwie rodzące się technologie: elektryczność i radio. Na początku XX wieku skupiono się na elektrokoordynacji, czyli użyciu prądu elektrycznego do wysyłania sygnałów ze znajdującego się w jednym miejscu zegara głównego do zainstalowanych gdzie indziej zegarów pomocniczych – sygnałów, których opóźnienie było nieistotne. Koordynowanie czasu nie stanowiło jakiegoś tajemniczego, akademickiego zagadnienia, było tylko problemem, który liczył się w działaniu kolei i telegrafów oraz w operacjach finansowych. Podobnie jak w większości praktycznych rozwiązań, także tu wynalazcy dążyli do opatentowania swoich dzieł. Ponieważ ośrodkiem technologii związanych z czasem stała się Szwajcaria, wiele takich patentów złożono w urzędzie patentowym w Bernie. Pracował tam w latach 1902–1909 sumienny ponoć urzędnik patentowy, który oceniał najróżniejsze wynalazki, w tym niektóre dotyczące elektrokoordynacji zegarów. W 1905 roku ów urzędnik patentowy Albert Einstein opublikował artykuł Zur

Elektrodynamik bewegter Körper (O elektrodynamice ciał w ruchu), w którym – oprócz obalenia poglądu o istnieniu czasu absolutnego – opisał pokrótce sposób synchronizowania oddalonych od siebie zegarów157. Do implikacji pracy Einsteina powrócimy w następnym rozdziale. Na razie skupimy się na tym, że na początku XX wieku po stuleciach postępów zegary wahadłowe i mechaniczne miały wkrótce stać się przestarzałe, przynajmniej jako najnowocześniejsze urządzenia do mierzenia czasu. W latach dwudziestych XX wieku wynaleziono pierwsze zegary oparte na kryształach kwarcu, a dwie dekady później skonstruowano pierwsze zegary atomowe. W dokładności zegara chodzi głównie o podstawę czasu. W zegarze wahadłowym stanowi ją ruch wahadła. W zegarze kwarcowym podstawa czasu pochodzi, jak sama nazwa wskazuje, z małego kryształu kwarcu. Po przyłożeniu napięcia kryształ zostaje wprawiony w fizyczne drgania o dużej częstotliwości. Częstotliwość tych drgań zależy od wielu czynników, w tym od typu i kształtu kryształu, lecz na ogół kryształy kwarcu w zegarach elektronicznych drgają z częstotliwością 32 768 Hz (czyli w dogodnym zapisie cyfrowym 215, a w notacji binarnej 1000 000 000 000 000). Drgania zlicza obwód elektroniczny, który zaznacza każdą mijającą sekundę. Dzisiaj nawet tani zegarek kwarcowy przewyższa dokładnością najlepsze zegary mechaniczne. Niemniej poważne pomiary czasu są domeną wyłącznie zegarów atomowych. Odznaczają się one dokładnością niewyobrażalną dla Huygensa czy Harrisona. Podczas gdy zegar wahadłowy Huygensa mógł się mylić o 10 sekund dziennie, błąd zegara atomowego wyniósłby w dniu dzisiejszym 10 sekund, gdyby został on uruchomiony, gdy powstała Ziemia, 4,5 miliarda lat temu158. Podstawa czasu zegara atomowego to coś, co trochę trudno sobie wyobrazić. Atomy, na przykład cezu, mają swoją częstotliwość rezonansową, czyli częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego, które wprawia je w „wibracje”, przez co rozumiemy fakt, że elektron krążący na swojej „orbicie” wokół jądra przeskakuje na wyższy poziom energetyczny. Izotop cezu 133Cs wpada w rezonans pod wpływem pobudzenia promieniowaniem mikrofalowym o częstotliwości wynoszącej dokładnie 9 192 631 770 Hz. Można powiedzieć, że to właśnie ta częstotliwość promieniowania służy jako podstawa czasu w zegarach atomowych, atomy cezu zaś odgrywają rolę kalibratora gwarantującego

właściwą wartość częstotliwości. W 1967 roku międzynarodowe konsorcjum zdefiniowało sekundę jako „czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu pomiędzy poziomami struktury nadsubtelnej w stanie podstawowym atomu cezu 133”159. Podstawowa jednostka czasu wzięła trwały rozbrat z widoczną dynamiką planet i znalazła się w domenie nieuchwytnych zachowań jednego pierwiastka. O ile najnowocześniejsze zegary wieków XVIII i XIX zrewolucjonizowały nawigację w żegludze morskiej, o tyle zegary atomowe zrewolucjonizowały nawigację w epoce informatyki. System GPS – na ekranie twojego smartfona lub w głowicy rakiety – działa poprzez ustalanie odległości między co najmniej czterema satelitami a odbiornikiem na Ziemi. Biegnący z prędkością światła sygnał z satelity oddalonego o 20 000 kilometrów dociera do ciebie w ciągu około 66 milisekund. Jeśli oddalisz się od satelity o 10 metrów, droga sygnału zajmie dodatkowe 33 nanosekundy (0,000000033 sekundy). Odbiorniki GPS muszą wykrywać takie drobne różnice między czasem transmisji a czasem odbioru. W tym celu system GPS wymagał nie tylko wysłania w Kosmos całej grupy satelitów, lecz także umieszczenia na pokładzie każdego z nich zegara atomowego (to cudowna usługa publiczna, udostępniona przez amerykańskich podatników i wojskowych). Na podstawie pomiarów różnic czasu, jaki zajmuje dotarcie sygnału z różnych satelitów, odbiornik GPS może wykorzystać rodzaj triangulacji w celu ustalenia szerokości i długości geograficznej oraz wysokości160. Dzisiejsze zegary atomowe i satelity GPS mogłyby podać sir Clowdisleyowi Shovellowi nie tylko położenie jego okrętu, lecz także miejsce na okręcie, w którym on sam stoi.

HANDEL CZASEM Nasze zdumiewająco dokładne zegary zostały zaprzęgnięte do pracy nie tylko po to, by mierzyły nieuchwytny upływ godzin i sekund, lecz także, by mierzyły, jak my spędzamy ów czas. Powszechnej dostępności dokładnych zegarów towarzyszyło pojawienie się godzinowych stawek wynagrodzenia. Pod koniec XIX wieku Willard Bundy pojął znaczenie śledzenia

i rejestrowania przez zarządców fabryk czasu pracowników, wynalazł zatem metodę zapisywania godzin przybycia przez robotników do fabryki i jej opuszczenia; tak się narodziło podbijanie karty zegarowej. Założona przez niego firma International Time Recording Company w 1911 roku w wyniku fuzji przekształciła się w spółkę Computing Tabulating Recording Company, która później przyjęła nazwę International Business Machines161. Kiedy Benjamin Franklin pisał maksymę „Czas to pieniądz”, miał na myśli dzienną płacę – bezczynny dzień oznaczał stratę pieniędzy w formie potencjalnych zarobków. Dzisiaj to powiedzenie w oszałamiającym tempie staje się coraz prawdziwsze. Giełdowi spekulanci potrafią wykorzystywać milisekundy przewagi do osiągania ogromnych zysków finansowych. Nawet prosta czynność oglądania telewizji stanowi formę transakcji, w której czas wymienia się na pieniądze. Widzowie poświęcają swój czas na to, czego w innym wypadku raczej by nie robili – oglądanie reklam – w zamian za „darmową” rozrywkę (opłacaną późniejszymi zakupami). W przypadku udostępnianych w sieci utworów muzycznych oraz usług wideo możemy „odkupić nasz czas”, uiszczając opłatę za to, żeby nie musieć oglądać reklam. Socjolog Lewis Mumford twierdził, że „zegar właśnie, a nie maszyna parowa, jest kluczowym mechanizmem nowoczesnej ery przemysłowej”162. Jeśli zegar był kluczową maszyną ery przemysłowej, to pozostaje nią również w erze informatycznej. Zegary parcelują nasze życie na coraz mniejsze jednostki czasu. Posiedzenia biznesowe są zaplanowane co do minuty; miłośnicy szybkich randek chadzają na trzyminutowe „spotkania”; skrócenie o ułamek sekundy czasu przeznaczonego na żółte światło w sygnalizacji ulicznej może wywołać poruszenie opinii publicznej w wyniku rosnącej liczby przypadków naruszania „czerwonego światła”163. Jednak, co ważniejsze, maszyna definiująca erę informatyczną, czyli komputer, nie istniałaby bez nowoczesnych zegarów. Zegary nie tylko synchronizują ludzkie działania, lecz także nadają tempo miliardom operacji przeprowadzanych przez komputery w każdej sekundzie. *

Dążenie człowieka do odmierzania czasu zostało w pewnym sensie uwieńczone zbyt wielkim sukcesem. Przed wiekami zegary rzadko zgadzały się ze sobą. Dzisiaj zaś zatoczyliśmy pełny krąg, nie z powodu nieprecyzyjności zegarów, lecz dlatego, że stały się one nazbyt dokładne. Einsteinowska ogólna teoria względności twierdzi, że czas mierzony przez dowolny zegar podlega wpływom siły grawitacji. Ten sam zegar atomowy po wysłaniu go w kosmos na pokładzie satelity systemu GPS będzie „tykał” szybciej (trzeba było zatem uwzględnić ten efekt, żeby system mógł działać). W istocie czas, nawet mierzony najnowocześniejszymi zegarami atomowymi z siatką optyczną, będzie wykazywał rozbieżności, jeśli jeden zegar umieścimy na podłodze, a drugi na stole. Który z nich zatem wskazuje prawidłowy czas? Przekonamy się, że samo pytanie jest błędne. Dzisiaj potrafimy mierzyć czas dokładniej niż cokolwiek innego. W istocie przestrzeń została podporządkowana czasowi: metr definiuje się obecnie jako odległość pokonywaną przez światło w czasie 1/299 792 458 sekundy164. Zdumiewa jednak nie tylko rozdzielczość i dokładność działania zegarów, lecz także jego zakres. Do zmierzenia ciężaru ziarnka soli, człowieka albo samochodu ciężarowego potrzebujemy trzech wag należących do bardzo różnych typów. W przeciwieństwie do tego zegara atomowego możemy użyć do mierzenia liczonego w nanosekundach opóźnienia biegu sygnałów radiowych z satelitów GPS oraz rocznej drogi Ziemi wokół Słońca, możemy przy tym dodać w stosownych przypadkach sekundę przestępną, kiedy Ziemia biegnie wolniej (ruch obrotowy Ziemi może wykazywać nieregularność w wyniku zdarzeń geologicznych i klimatycznych). Żadne urządzenie, jakie człowiek kiedykolwiek sobie wyobraził, nie mówiąc już o jego stworzeniu, nie cechuje się taką dokładnością ani zakresem działania, jak współczesne zegary. Jeśli jednak pominiemy techniczne wyczyny, przekonamy się, że nasza zdolność mierzenia czasu ani trochę nas nie przybliżyła do zrozumienia jego natury. Dlaczego czas płynie tylko w jednym kierunku? Czy przeszłość i przyszłość różnią się zasadniczo od teraźniejszości? Czy tylko tak nam się wydaje, bo padamy ofiarą podstępu naszego mózgu? Właśnie tymi pytaniami zajmiemy się w następnej kolejności.

146 Bhardwaj et al., 2006; Spalding et al., 2013. Do wykazania, że u ludzi zachodzi neurogeneza dorosłych, walnie przyczyniły się również badania przeprowadzone innymi metodami (Eriksson et al., 1998). 147 W tym przypadku okres półtrwania wynika z równania: t50 = ln(2) × 210 jednostek czasu. 148 Duncan, 1999. 149 Matthews, 2000, s. 53. 150 Przypisywany Plautowi fragment komedii Boeotia (przekład własny z angielskiego) (przyp. tłum.). 151 Mumford, 1966, s. 5. 152 W angielskiej wersji w trzeciej linijce śpiewa się „morning bells are ringing”, lecz w oryginalnym tekście francuskim brzmi ona „sonnez les matines” („bij w poranne dzwony”). Ponadto w tekście angielskim kolejność pierwszej i drugiej linijki jest odwrotna. 153 Matthews, 2000. 154 Matthews, 2000. 155 Szacuje się, że odchylenie standardowe okresu działania zegarów okołodobowych u gryzoni wynosi od 5 do 15 minut (Welsh et al., 1986; Herzog et al., 2004). 156 Landes, 1983, s. 149–157. 157 Galison, 2003. 158 Na przykład zegar atomowy NIST-F2 może mylić się o sekundę co 300 milionów lat. Jednak urządzenia nowszej generacji, zegary atomowe z siatką optyczną, mogą działać o wiele dokładniej (Hinkley et al., 2013; Bloom et al., 2014). 159 http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/second.html (10.02.2015). 160 Można by zadać sobie pytanie: skoro odbiornik GPS musi wykrywać opóźnienia rzędu 30 nanosekund, czy również nie musi mieć zegara atomowego, żeby porównywać opóźnienie sygnałów docierających z satelitów? W zasadzie tak, ale odbiornik GPS może rozwiązać ten problem za pomocą zwykłego zegara kwarcowego, który wykorzystuje precyzyjne sygnały czasu z wielu satelitów do ciągłej kalibracji swojego działania. 161 Levine, 1996, 68. 162 Mumford, 1966, s. 5–6.

163 http://www.chicagotribune.com/news/chi-yellow-light-standard-change-20141010story.html (17.02.2015). 164 Lombardi, 2002.

8:00 Czas: co to, do diabła, jest? Ze wszystkich przeszkód utrudniających nam stworzenie absolutnie wnikliwego opisu egzystencji żadna nie jawi się nam bardziej przerażająco niż „czas”. Wyjaśnić czas? Nie da się bez wyjaśnienia egzystencji. Wyjaśnić egzystencję? Nie da się bez wyjaśnienia czasu. Odkrycie głębokiego, tajemnego związku między czasem a egzystencją (…) jest zadaniem na przyszłość. John Wheeler

Ludzki mózg odkrył sposób konstruowania zegarów atomowych, rozbijania atomów, odbywania podróży na Księżyc i z powrotem, przeszczepiania narządów i genów należących do jednego stworzenia innej istocie, a nawet zaczął odkrywać tajemnice dotyczące swojego własnego wewnętrznego działania. Owe imponujące wyczyny sprawiają, że niekiedy zapominamy, iż jesteśmy tylko gatunkiem niezwykle sprytnych małp. Mózg stanowi produkt dość chaotycznych reguł ewolucyjnego „projektowania”. Przez większą część ostatnich 70 milionów lat mózgi naczelnych kształtowały się w toku ewolucji do zręcznego posługiwania się przeciwstawnym kciukiem, rozpoznawania przedmiotów, wzajemnego identyfikowania się oraz rozwijania umiejętności i więzi społecznych, które ostatecznie sprzyjały przeżyciu i reprodukcji. Wydaje się, iż śmiało można powiedzieć, że w trakcie tego procesu nie oddziaływała na nie zbyt duża presja selekcyjna, wymuszająca naukę czytania lub wyprowadzania twierdzenia Pitagorasa. Fakt, że potrafimy to robić, stanowi świadectwo nieograniczonych możliwości ludzkiego mózgu w zakresie obróbki danych. Mózg jednak ma też nadwyżkę wad, ograniczeń i przyrodzonych uprzedzeń. Podam za darmo przykład zadania, z którym mózg radzi sobie słabo – spróbuj dodać w pamięci poniższy ciąg liczb:

1000 + 40 + 1000 + 30 + 1000 + 20 + 1000 + 10

Ludzie częściej dochodzą do wniosku, że prawidłowa odpowiedź brzmi 5000, choć poprawny wynik dodawania wynosi 4100. Dlaczego mózg tak słabo radzi sobie z prostymi obliczeniami liczbowymi, skoro rozpoznawanie twarzy lub odczytywanie tego zdania to przedsięwzięcia wymagające daleko bardziej skomplikowanej obróbki danych? Standardowa, choć tylko częściowo słuszna odpowiedź brzmi: nie oddziaływała na niego większa presja selekcyjna, wymuszająca przeprowadzanie takich liczbowych kalkulacji. Pełna zaś odpowiedź sięga nieco głębiej. Elementy składowe każdego urządzenia do obliczeń – czy to mózgu, czy elektronicznego komputera – wpływają na to, do czego całość lepiej (lub gorzej) się nadaje. Żaden człowiek nigdy nie przewyższy w dzieleniu długich liczb najprostszego kalkulatora, neurony bowiem to elementy obliczeniowe powolne i podatne na szumy. Brakuje im szybkości i przypominających przełącznik właściwości, jakimi odznaczają się tranzystory, z których tworzy się elektroniczne komputery165. Nasza kiepska zdolność przeprowadzania kalkulacji liczbowych, zapamiętywania przypadkowych ciągów słów lub szybkiego intuicyjnego oceniania prawdopodobieństwa, z jakim po rzuceniu w powietrze czterech monet wypadną dwa „orły”, to tylko kilka przykładów zadań, do których mózg słabo się nadaje. W obliczu tych faktów powinniśmy zapewne zadać sobie pytanie, do jakiego stopnia przyrodzone ograniczenia i skłonności mózgu krępują rozwój nauki. W jaki sposób architektura mózgu kształtuje nasze możliwości znajdowania odpowiedzi na pytania, z którymi ewolucja nie nauczyła nas się zmagać? Wśród licznych rzeczy, do których

rozumienia ewolucja z pewnością nas nie przystosowała, jest sam mózg. Kolejną jest istota czasu.

NOWE SPOJRZENIE NA PREZENTYZM I ETERNALIZM Ludzie podjęli zadanie mierzenia czasu zegarowego z coraz większą dokładnością. W poprzednim rozdziale przekonaliśmy się, że wykonaliśmy to zadanie z absurdalnie wielkim sukcesem, któremu jednak nie towarzyszy zgodne stanowisko co do tego, czym dokładnie jest przedmiot naszych pomiarów. Czym jest czas? Nie mam tu na myśli czasu zegarowego ani subiektywnego, lecz raczej „czas” w najgłębszym zapewne sensie: istotę czasu. Filozofowie i fizycy mają na ten temat wiele rozmaitych teorii166. Niektóre z tych teorii wykluczają się wzajemnie, inne zaś stanowią subtelne wariacje na ten sam temat. W rozdziale 1 przekonaliśmy się jednak, że dwa główne poglądy wystarczająco z punktu widzenia naszych celów ujmują idee: prezentyzm i eternalizm. Gwoli przypomnienia: zgodnie z założeniami prezentyzmu rzeczywista jest wyłącznie teraźniejszość, a wszystko istnieje w nieustannej teraźniejszości (termin „prezentyzm” w takim znaczeniu, w jakim go używam, nie oznacza, że czas jest bezwzględny). Przeszłość odnosi się do nieistniejącej już konfiguracji wszechświata, przyszłość natomiast oznacza nieokreśloną jeszcze konfigurację. Według eternalizmu czas ulega spacjalizacji (uprzestrzennieniu) do pełnego wymiaru, w którym przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są równie rzeczywiste. Wszechświat przybiera postać czterowymiarowego „bloku” z jednym wymiarem czasowym i trzema przestrzennymi – tak zwanego wszechświata blokowego167. Stałą przeszkodę w jednoznacznych rozmowach na temat prezentyzmu i eternalizmu stanowi język. Na przykład słowa takie jak „rzeczywisty” oraz „istnieć” mogą przybierać bardzo różne znaczenia w zależności od tego, czy się je wypowiada z pozycji prezentyzmu, czy eternalizmu. W kontekście prezentyzmu stwierdzenie „dinozaury istnieją” jest fałszywe. Jednakże według eternalizmu można by argumentować, że to stwierdzenie

jest prawdziwe, dinozaury bowiem faktycznie istnieją w jakimś innym momencie, równie rzeczywistym, jak ten, który uważamy za chwilę obecną. Zatem zamiast starać się zdefiniować prezentyzm i eternalizm w kategoriach takich terminów, jak „rzeczywisty” i „istnieć”, może lepiej byłoby zdefiniować „istnienie” i „rzeczywistość” z perspektywy prezentyzmu lub eternalizmu. Według prezentyzmu „rzeczywiste” oznacza to, co „istnieje teraz” i tylko teraz, teraźniejszość bowiem to jedyny moment, w którym cokolwiek może istnieć. W przeciwieństwie do tego poglądu dla eternalisty coś „rzeczywistego” może oznaczać cokolwiek „istniejącego” gdziekolwiek/kiedykolwiek w całym wszechświecie blokowym, z dinozaurami i twoimi przyszłymi potomkami włącznie. Język z natury zakłada perspektywę prezentystyczną. Podobnie jak w prezentyzmie, w koniugacji czasowników czas teraźniejszy stanowi uprzywilejowany układ odniesienia. W istocie terminy prezentyzm i eternalizm wiążą się z tym, co niektórzy filozofowie rozumieją jako czas, odpowiednio: „tensowy” i „beztensowy”168. Czas tensowy jest zawsze zakorzeniony w teraźniejszości; zdanie: „Poszedłem do sali gimnastycznej dziś rano i wczoraj rano” określa przeszłe zdarzenia w stosunku do teraźniejszości. Powyższe stwierdzenie jest prawdziwe dzisiaj, ale nie będzie prawdziwe jutro (wierzcie mi) i z pewnością nie było prawdziwe sto lat temu. W przeciwieństwie do niego suchy spis zdarzeń, na przykład: „8 rano, 1 stycznia 2016 roku, sala gimnastyczna; 8 rano, 2 stycznia 2016 roku, sala gimnastyczna”, stanowi przykład czasu beztensowego. Skoro ta lista odpowiada prawdzie dzisiaj, będzie nadal odpowiadać prawdzie jutro, a w pewnym sensie odpowiadałaby również prawdzie sto lat temu. Zdarzenia wydają się teraz współistnieć w pewnym kontinuum, podobnie jak sąsiadujące ze sobą kwadraciki w kalendarzu, oznaczające „sąsiednie” dni. Sprawia to wrażenie, jak gdyby czas uległ spacjalizacji (uprzestrzennieniu).

CZAS – KOMU ON JEST POTRZEBNY? Istnieją teorie istoty czasu, które nie pasują zbyt zgrabnie ani do prezentyzmu, ani do eternalizmu. Na przykład między innymi fizyk George

Ellis jest zwolennikiem kompromisu: czterowymiarowego wszechświata blokowego, zawierającego tylko przeszłość. Według tej tak zwanej teorii rozwijającego się wszechświata blokowego teraźniejszość niczym czoło fali stopniowo utrwala nieokreśloną przyszłość i zmienia ją w stale rosnącą i niezmienną przeszłość169. Według innych teorii czas to tylko abstrakcja, nader przydatne pojęcie pomagające wyjaśnić funkcjonowanie wszechświata, ale – w odróżnieniu od masy czy energii – nie zalicza się on do fundamentalnych elementów fizyki. Żeby nieco lepiej zrozumieć ten punkt widzenia, przypomnijmy sobie, że czas zegarowy w praktyce zawsze mierzy się jakąś zmianą. Zegary, bez względu na to, na ile dokładnie lub niedokładnie działają, zawsze dokonują ilościowej oceny jakiegoś zjawiska fizycznego. Następstwem tego jest fakt, że czas zawsze można wyrazić jakąś inną miarą fizyczną, niezwiązaną z czasem. Na przykład zegary kwarcowe i ręczne zegarki często wskazują czas ruchem wskazówek wokół okrągłej tarczy; gdy wskazówka minutowa pokonuje drogę od liczby 12 do liczby 6, mówimy, że upłynęło 30 minut, ale czy nie moglibyśmy równie dobrze powiedzieć, iż minęło 180 stopni? W przypadku zaś zegara wahadłowego o częstotliwości podstawy czasu wynoszącej 1 Hz zamiast mówić o tym, że upłynęło 30 minut, moglibyśmy powiedzieć, że minęło 1800 cykli ruchu wahadła. W istocie standardowa jednostka czasu (sekunda) nie została naprawdę zdefiniowana jako pewna jednostka o czysto czasowym charakterze, lecz jako czas trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego częstotliwości rezonansowej cezu 133, co w przybliżeniu odpowiada czasowi, w jakim Ziemia obraca się wokół własnej osi o 1/240 stopnia. Sto dwadzieścia sześć takich sekund odpowiada czasowi, jaki narciarzom zjazdowym, startującym w zimowych igrzyskach olimpijskich w 2014 roku, zajęła zmiana położenia, czyli zjazd ze szczytu do podnóża góry. Chodzi o to, że czas zegarowy można uważać za konwencję, zgodnie z którą standaryzujemy zmiany. Czas dostarcza nam niewiarygodnie przydatnego sposobu ustalania równoważnych relacji między tempem zmiany w różnych układach fizycznych (zwolenników tego poglądu nazywa się niekiedy relacjonalistami). Fizyk Ernst Mach ujął to w XIX wieku następująco: „Mierzenie czasu, w jakim różne rzeczy ulegają zmianom, całkowicie wykracza poza nasze możliwości. Wręcz przeciwnie,

czas jest abstrakcją, do jakiej dochodzimy poprzez zmiany rozmaitych rzeczy”170. Pogląd, że czas stanowi miernik zmian stanu układów fizycznych, krył się w treści poprzednich rozdziałów zawierających opis sposobu odmierzania czasu przez mózg. Podobnie jak mogliśmy wykorzystać zmarszczki na wodzie, wytworzone przez kroplę deszczu wpadającą do stawu, przekonaliśmy się, że mózg może używać dynamiki sieci neuronalnych do ustalania korelacji między stanami wewnętrznych sieci nerwowych a zmianami zachodzącymi w świecie zewnętrznym. Zatem zadanie postukiwania palcem co sekundę ostatecznie sprowadza się do dostosowywania zmian zachodzących w mózgu do wskazań zegara będącego dziełem człowieka. To w zasadzie wszystko, co mamy na myśli, mówiąc o odmierzaniu czasu przez mózg171. Ta mieszanina na liście teorii dotyczących czasu – prezentyzm, eternalizm, czas tensowy i beztensowy, rozwijający się wszechświat blokowy, relacjonalizm i tak dalej – świadczy o braku zgodnego stanowiska co do tego, czym naprawdę jest czas. Niemniej istnieje w fizyce i filozofii faworyzowana do pewnego stopnia teoria, a jest nią z całą pewnością eternalizm. Jednakże eternalizm jest nie tylko sprzeczny z intuicją – niweczy też jedną z najbardziej uniwersalnych cech ludzkiego doświadczenia, że teraźniejszość jest punktem stycznym między nieistniejącą już przeszłością a otwartą przyszłością, która dopiero ma się ziścić. Eternalizm nie odpowiada naszemu subiektywnemu poczuciu upływu czasu, skoro wszystkie momenty są równie rzeczywiste, jak miejsca w przestrzeni. Wobec tego fizycy i filozofowie muszą mieć nader uzasadnione powody, by przyjmować eternalizm. W tym i w następnym rozdziale zbadamy dwa z tych powodów. Najpierw je przedstawię: (1) zgodnie z prawami fizyki „teraz” oznacza wybrany arbitralnie moment w czasie, jak określenie „tutaj” oznacza punkt w przestrzeni; (2) szczególna teoria względności Einsteina wydaje się nasuwać wniosek, że wszystkie momenty są trwale rozlokowane w czasowym wymiarze wszechświata blokowego.

AGNOSTYCYZM W KWESTII TERAŹNIEJSZOŚCI

Sukces w dedukowaniu podstawowych reguł rządzących wszechświatem stanowi zapewne ukoronowanie intelektualnych osiągnięć gatunku ludzkiego. Prawa fizyki są tak potężne, że zdetronizowały samych bogów jako źródła odpowiedzi na pytania prześladujące ludzi we wczesnej fazie dziejów. Czym są te świetlne punkty tkwiące na nocnym nieboskłonie? Dlaczego słońce wschodzi i zachodzi? Zaćmienia słońca, klęski żywiołowe i kaprysy pogody nie są już przypisywane tysiącom bóstw, które czciliśmy przez całe tysiąclecia. Pierwszy krok zrobił Newton. Opisał prawa rządzące zachowaniem obiektów bytujących w naszej codziennej rzeczywistości – od spadających jabłek aż po przemieszczające się planety. Einstein, tworząc swoje teorie względności: szczególną i ogólną, rozszerzył (i skorygował) prawa Newtona. To on dał nam narzędzia, dzięki którym potrafimy pojąć zdarzenia kosmiczne po Wielkim Wybuchu, możemy zrozumieć, że przestrzeń i czas nie są niezależne od siebie, a także umiemy wyjaśnić, że grawitacja nie jest siłą samą w sobie, tylko wynika z zakrzywienia czasoprzestrzeni. Jednakże w odróżnieniu od planet i gwiazd cząstki subatomowe, jak się zdaje, mają własną, prywatną księgę reguł lekceważących prawa Einsteina. W pierwszych dekadach XX wieku rozszyfrowano te reguły na gruncie mechaniki kwantowej. To w tym upiornym kwantowym świecie cząstki istnieją w stanie superpozycji (mogąc na pozór zajmować mnogie punkty w przestrzeni i czasie), a cząstki splątane wydają się natychmiast wpływać na siebie nawzajem, nawet jeśli są oddalone o całe lata świetlne. Jednak mimo zdumiewającego sukcesu w poznawaniu praw fizyki i przełomowego wpływu tego faktu na nasze życie prawa te okazują się żenująco bezsilne, jeśli chodzi o wyjaśnienie chyba najbardziej powtarzalnego spostrzeżenia, jakiego ludzkość kiedykolwiek dokonała: teraźniejszość jest czymś szczególnym. Współczesny filozof Craig Callender tłumaczył: „Fizyczne równania nie informują nas o tym, które zdarzenia właśnie zachodzą – przypominają one mapę pozbawioną symbolu «jesteś tutaj». Nie istnieje w nich chwila obecna, a tym samym upływ czasu”172. Podstawowe prawa fizyki nie mają również nic do powiedzenia o tym, dlaczego czas wydaje się tak zaangażowany w bieg naprzód. Równania przedstawione przez Newtona i Einsteina oraz te opisujące elektryczność

i magnetyzm (równania Maxwella), i świat kwantowy (równanie Schrödingera) pozostają obojętne na to, czy zdarzenia biegną naprzód, czy w odwrotnym kierunku173. O takich równaniach mówi się, że są czasowo symetryczne, co oznacza, iż prawa Newtona są otwarte dla zdarzeń biegnących naprzód i wstecz, podobnie jak podróż z Los Angeles do San Francisco jest równie realna, jak z San Francisco do Los Angeles. Wyobraź sobie film o cudownym tańcu Księżyca krążącego wokół Ziemi, tak jak Ziemia krąży wokół Słońca. Można za pomocą praw Newtona sporządzić matematyczny opis tego tańca. To znaczy, że możemy zapisać zestaw równań, które mogą symulować ruch tych trzech ciał niebieskich. Powiedzmy, że po tym, jak to zrobiliśmy, oznajmiono nam, iż film, na którym oparliśmy nasze równania, przypadkiem został odtworzony w odwrotnym kierunku. Czy musielibyśmy wtedy wyrzucić do kosza wyniki całej pracy? Nie. Nasze równania nadal byłyby ważne; musielibyśmy jedynie zmienić znak zmiennej t, żeby uwzględnić rzeczywisty ruch naprzód po orbitach174. Podobnie byłoby, gdybyśmy później się przekonali, że film pochodzi sprzed tysiąca lat – także i w tym wypadku nasze równania same w sobie byłyby całkowicie prawdziwe. Prawa Newtona zachowują agnostycyzm zarówno wobec kierunku czasu, jak i wobec przeszłości, teraźniejszości i przyszłości. To samo dotyczy równań teorii względności i mechaniki kwantowej. Prawa fizyki nie przypisują żadnego szczególnego znaczenia kierunkowi czasu ani żadnemu określonemu momentowi – przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są sobie równe.

UPARTA STRZAŁKA CZASU Być może myślisz: „Jasne, widzę, w jaki sposób równania rządzące dynamiką planet mogą biec naprzód lub w odwrotnym kierunku – film przedstawiający ruch planet na orbitach wygląda w końcu równie przekonująco, kiedy się go odtwarza do przodu lub do tyłu. Mimo to prawa fizyki na pewno muszą uniemożliwiać zdarzenia, o których na podstawie własnych doświadczeń wiem, że są niemożliwe. Pęknięte balony nie napełniają się ponownie, stłuczone szklanki się nie scalają, a rozpuszczone

kostki lodu w mrożonej herbacie nie materializują się powtórnie. Prawa fizyki przypuszczalnie gwarantują, że takie rzeczy nie mogą się zdarzyć!”. Jednakże, co zaskakujące, nie gwarantują. Standardową odpowiedź w sprawie tajemnicy strzałki czasu opracował w XIX wieku austriacki fizyk Ludwig Boltzmann. Zgodnie z jego statystyczną interpretacją drugiej zasady termodynamiki entropia w układzie izolowanym odznacza się niepohamowaną tendencją do wzrostu w miarę upływu czasu. Możemy uważać entropię za odpowiednik stopnia nieuporządkowania. Na przykład jeśli wrzucimy 10 kostek do gry do pudełka i nim potrząśniemy, rozmieszczenie kostek stanie się chaotyczne, czyli „losowe”, będziemy mogli zatem powiedzieć, że pudełko jest w stanie dużej entropii. Jeśli jednak starannie ustawimy wszystkie 10 kostek jedna na drugiej w taki sposób, żeby powstała kolumna, będziemy mogli określić taki układ jako pozostający w wysoce uporządkowanej konfiguracji, czyli w stanie bardzo małej entropii. Żeby pojąć, co dokładnie ma wspólnego entropia ze strzałką czasu, umieśćmy najpierw dwa atomy wodoru po lewej stronie w pudełku. Wróćmy do nich później i zadajmy sobie pytanie, jakie jest najbardziej prawdopodobne rozmieszczenie obu atomów pod względem tego, czy znajdują się one po lewej, czy po prawej stronie pudełka? Istnieją trzy możliwe stany (konfiguracje), w jakich możemy zastać pudełko: oba atomy w lewej części pudełka (LL), oba w prawej części (PP) albo po jednym w każdej części (ponieważ atomów nie da się od siebie odróżnić, stany LP i PL są jednym i tym samym). Prawdopodobieństwo każdego z tych stanów wynosi: LL ¼, PP ¼ i LP (PL) ½. Zatem najbardziej prawdopodobny stan to ten, w którym atomy są jednakowo rozłożone, gdyż istnieją dwa sposoby na umieszczenie po jednym w każdej części pudełka. Jeśli po ujrzeniu stanu równego rozmieszczenia atomów zerkniemy do pudełka ponownie, szansa „powrotu” pudełka do stanu początkowego będzie w rzeczywistości całkiem spora: prawdopodobieństwo, że przy drugim zerknięciu pudełko osiągnie stan początkowy z obydwoma atomami po lewej stronie, wynosi ¼. Gdyby pudełko z dwoma atomami składało się na cały wszechświat, moglibyśmy powiedzieć, że cofnął się on w czasie – wrócił do stanu nieodróżnialnego od stanu początkowego (przynajmniej na tym uproszczonym poziomie analizy, na którym nie obchodzi nas dokładna lokalizacja atomów).

Gdybyśmy jednak zamiast dwóch atomów wodoru wpuścili do lewej części pudełka 10 000 (co nadal jest niewielką ich liczbą) i odczekali, aż układ osiągnie stan, w którym w przybliżeniu połowa atomów znajdzie się po obu stronach pudełka, prawdopodobieństwo ich powrotu do stanu, w którym wszystkie znajdują się po lewej stronie, będzie teraz niewyobrażalnie małe: znacznie, ale to znacznie mniejsze niż jeden na googol (googol to liczba wynosząca 10100, o wiele większa niż liczba cząstek we Wszechświecie). Zatem kiedy mówimy o nieprawdopodobieństwie powrotu atomów w pudełku do pierwotnego stanu, nie mamy na myśli nikłego prawdopodobieństwa wygrania w Lotto ani nawet wygrywania w Lotto co tydzień przez cały miesiąc. Mówimy o nieprawdopodobieństwie takiego rzędu, że to wiatr będzie co tydzień przez cały miesiąc przynosił kupon z wygraną wprost do twojego pokoju (co prawda nie mam w istocie pojęcia, jak się zabrać do obliczania takiego prawdopodobieństwa; chodzi o to, że to nie mogłoby się zdarzyć). Stwierdzenie, że powrót atomów w pudełku do pierwotnego stanu cechuje niezwykle małe prawdopodobieństwo, ma faktycznie bardzo głęboką wymowę, gdyż można je odczytać jako informację, iż atomy w pudełku „nie cofną się w czasie”, a zatem istnieje strzałka czasu. Druga zasada termodynamiki nie jest prawem w takim samym sensie, jak zasada zachowania energii. Stanowi ona raczej statystyczne twierdzenie głoszące, że choć odwrócenie stanu układu izolowanego odznacza się śmiesznie małym prawdopodobieństwem, niemniej jest zgodne z prawami fizyki. Zatem gdyby zdarzyło ci się strącić szklankę na podłogę, a później obserwować na własne oczy, jak jej kawałki z powrotem zbierają się w całość, a szklanka wskakuje ponownie na kuchenny blat – to w rzeczywistości nie stanowiłoby pogwałcenia praw fizyki, a Newton i Einstein nie przewracaliby się w grobie. Dlaczego nie? Po strąceniu szklanki jej energia potencjalna z chwilą uderzenia o podłogę przekształca się w energię kinetyczną w postaci wzmożonej ruchliwości cząsteczek powietrza (stąd pochodzi dźwięk tłukącego się szkła). Zgodnie z zasadą zachowania energii całkowita ilość energii zostaje zachowana (bez wyjątków) i nic nie stoi na przeszkodzie, przynajmniej teoretycznie, by te wszystkie cząsteczki powietrza ostatecznie przybrały odwrotną konfigurację, przekazały taką samą ilość energii na zebranie w całość

wszystkich odłamków szkła i umieściły nienaruszone naczynie z powrotem na blacie. Tak więc druga zasada termodynamiki nie zabrania pękniętym balonom napełnić się ponownie, scalić się stłuczonym szklankom ani powtórnie zmaterializować się rozpuszczonym kostkom lodu, ale zapewnia najlepszy efekt: praktycznie gwarantuje, że takie zdarzenia nie nastąpią. Wydaje się zatem, że tak zwana entropiczna strzałka czasu dostarcza dość zręcznego wyjaśnienia, dlaczego wszystkie zdarzenia w świecie przebiegają zgodnie ze strzałką czasu. Niestety, entropiczna strzałka czasu, sama w sobie i sama przez się, nie jest aż taką strzałką, na jaką początkowo wyglądała.

STRZAŁKA O DWÓCH GROTACH Wyobraźmy sobie teraz, że nasze pudełko zawiera ogółem dziesięć atomów wodoru i w określonym momencie (nazwijmy go czasem t) widzimy cztery atomy po lewej i sześć atomów po prawej stronie – oznaczymy ten stan jako [4, 6]. Wiemy, że stan maksymalnej entropii to rozmieszczenie po obu stronach pudełka po 5 atomów [5, 5], gdyż istnieje więcej sposobów, by atomy ustawiły się w dwóch grupach po pięć atomów. Zatem w następnym momencie, t+1, możemy się domyślać, że z większym prawdopodobieństwem ujrzymy stan [5, 5] – wzrost entropii – niż stan [3, 7]. Zamiast jednak zaglądać w przyszłość, spójrzmy za siebie w przeszłość i zadajmy sobie pytanie, jaki był najbardziej prawdopodobny stan naszego pudełka w poprzednim momencie t–1. Cóż, zgodnie z tą samą logiką odpowiedź również będzie brzmiała: [5, 5]. Wobec braku innych informacji o układzie, skoro najbardziej prawdopodobny stan po zauważeniu rozmieszczenia [4, 6] to podział [5, 5], musi być tak, że najbardziej prawdopodobny stan poprzedni to również podział [5, 5]. Zauważ, że w tym przypadku nie napisałem, iż w układzie wszystkie dziesięć atomów znajdowało się na początku po tej samej stronie pudełka – w istocie początkowa konfiguracja pudełka to [5, 5], a stan [4, 6] był nieuniknioną fluktuacją. To trochę szokujące. Jeśli mamy wykorzystywać drugą zasadę termodynamiki jako strzałkę czasu, to rozczarowanie budzi konstatacja, że

zgodnie z tą zasadą należy przewidywać, iż w przyszłości entropia powinna rosnąć, a także wstecznie wnioskować, że powinna była rosnąć również w przeszłości. Wydaje się, że entropiczna strzałka czasu ma dwa groty. Wyjaśnienie na gruncie termodynamiki, dlaczego czas sprawia wrażenie jednokierunkowej ulicy, ma sens tylko dlatego, że towarzyszyło mu ukryte założenie. W pierwszych opisanych wyżej przykładach rozpoczęliśmy ze wszystkimi atomami zgrupowanymi po lewej stronie pudełka, czyli w stanie o niezmiernie niskiej entropii. Jeśli rozpoczniemy obserwację od stanu najniższej entropii, wówczas może ona wyłącznie rosnąć. Zatem druga zasada termodynamiki ustala strzałkę czasu tylko pod warunkiem, że punktem wyjścia dla wszechświata jest stan o niskiej entropii. Często się mawia, że sam czas rozpoczął się około 14 miliardów lat temu wraz z Wielkim Wybuchem, a w momentach następujących po Wielkim Wybuchu wszechświat rzeczywiście pozostawał w stanie o bardzo niskiej entropii. Zatem pytanie o strzałkę czasu przybiera obecnie taką oto postać: „Jak wszechświat znalazł się w tym początkowym stanie niskiej entropii?”. Ludwig Boltzmann był świadom wagi odpowiedzi na to pytanie i wysunął pomysłową hipotezę: stan niskiej entropii wszechświata stanowi konsekwencję przejściowej fluktuacji w obrębie tego, co niegdyś było wszechświatem o wyższej entropii. Jeśli ta hipoteza Boltzmanna wydaje się zaprzeczeniem jego własnej zasady, to dlatego, że mniej więcej tym właśnie jest. Jednakże, jak już wspomniałem, druga zasada termodynamiki ma charakter statystyczny: zmniejszanie się entropii jest mało prawdopodobne, ale możliwe, a w dostatecznie długim czasie to, co mało prawdopodobne, staje się prawdopodobne. Zbliżona, lecz nowocześniejsza hipoteza dotycząca tajemnicy niskiej entropii to scenariusz wieloświata, w którym nasz wszechświat zrodził się jako lokalny obszar o niskiej entropii w obrębie znacznie większego wieloświata175. Niemniej powszechnie akceptowana teoria co do przyczyny początku wszechświata w stanie niskiej entropii nie istnieje i nie trzeba dodawać, że znalezienie w bliskiej przyszłości odpowiedzi na pytania odnoszące się do początków wszechświata – a tym samym czasu – jest mało prawdopodobne. *

Druga zasada termodynamiki dostarcza możliwego wyjaśnienia zagadki, dlaczego czas niepowstrzymanie podąża naprzód albo przynajmniej dlaczego we wszechświecie coraz bardziej rośnie entropia od czasu zagadkowego Wielkiego Wybuchu, kiedy istniał stan o niskiej entropii. Istnieją jednak inne hipotezy na temat przyczyny strzałki czasu. Według jednej z nich w mechanice kwantowej zachodzą procesy nieodwracalne w czasie („strzałki”). Napisałem wcześniej, że wszystkie znane prawa fizyki, w tym równanie rządzące światem kwantowym (równanie Schrödingera), cechują się odwracalnością w czasie, i tak jest. W mechanice kwantowej istnieje jednak dodatkowy stan, którego nie ujmuje równanie Schrödingera, a który przez prawie stulecie wprawiał naukowców w zakłopotanie. Jeśli wystrzelimy pojedynczy elektron w kierunku kliszy fotograficznej, z równania Schrödingera otrzymamy prawdopodobieństwo zaobserwowania tego elektronu w dowolnym położeniu w czasie t. Jednak żeby naprawdę wiedzieć, gdzie jest elektron, musielibyśmy przeprowadzić pomiary, a równanie Schrödingera nie opisuje, co się dzieje w trakcie samego pomiaru. Mówi się, że do momentu przeprowadzenia pomiaru – na przykład trafienia elektronu w kliszę fotograficzną – elektron znajduje się równocześnie we wszystkich możliwych punktach. Jedynie sam akt pomiaru pozycji elektronu wymusza jego obecność w określonym punkcie – określa się to zjawisko jako załamanie się funkcji falowej elektronu. Nie ma jednak zgodnego stanowiska co do przyczyny załamywania się funkcji falowej pod wpływem procesu pomiaru (ani nawet co do tego, czy takie załamanie się w ogóle następuje). Niektórzy fizycy uważają, że to etap pomiaru w mechanice kwantowej narzuca wszechświatowi strzałkę czasu176. Według tej interpretacji mechaniki kwantowej z chwilą zmierzenia pozycji elektronu nie ma już odwrotu. Po dokonaniu pomiaru faktycznie nie można już zastosować równania Schrödingera, żeby wstecznie ustalić, przez którą szczelinę przeleciał elektron177. Nawet gdyby się okazało, że mechanika kwantowa narzuca wszechświatowi strzałkę czasu – co jest uznawane przez wielu za nieprawdopodobne – fakt pozostaje faktem: ani mechanika kwantowa, ani inne prawa fizyki nie przypisują momentowi „teraz” żadnego szczególnego znaczenia178. Podstawowe równania fizyki wydają się nasuwać wniosek, że „teraz” oznacza w czasie to samo, co „tutaj” w przestrzeni, to zaś dostarcza

jednego z powodów, dla których wielu fizyków i filozofów żywi przekonanie, iż żyjemy we wszechświecie blokowym eternalizmu. Jednak dla wielu ludzi, w tym i dla mnie, to nie jest najbardziej nieodparty argument na korzyść eternalizmu; w dalszej części książki przekonamy się, że to einsteinowska teoria względności prawdopodobnie stanowi najlepszy powód, by przyjąć koncepcję eternalizmu za słuszną. 165 Podany tu przykład oraz związane z nim kwestie omówiłem we wcześniejszej książce (Buonomano, 2011). 166 Wspaniałe podsumowanie wielu różnych perspektyw spojrzenia na istotę czasu, patrz: Callender, 2010b. 167 Smolin, 2015. 168 Terminy te wiążą się z czasami gramatycznymi, które wprowadzono do słownictwa filozoficznego jako tak zwane tensy (od ang. tense); na podstawie tego terminu utworzono określenia „tensowy” i „beztensowy” (patrz: J. Gołosz, Na czym polega upływ czasu?, „Diametros” 34, grudzień 2012, s. 2–21; www.diametros.iphils.uj.edu.pl/index.php/diametros/article/download/495/602) (przyp. tłum.). 169 Ellis, 2014. 170 Barbour, 1999, 67. 171 Muller i Nobre, 2014. 172 Callender, 2010a. 173 Penrose, 2000. 174 Żeby odwrócić kierunek zmian elektromagnetycznych oraz dotyczących mechaniki kwantowej, trzeba byłoby zmienić znak także innych parametrów. 175 Znakomita prezentacja tajemnic i teorii związanych z powstaniem wszechświata i strzałką czasu, patrz: Carroll, 2010. 176 Jednym z tych, którzy utrzymują, że to pomiar kwantowy wymusza istnienie strzałki czasu, jest George Ellis (Ellis, 2008). Znakomita dyskusja na temat problemu pomiaru w mechanice kwantowej oraz tego, czy owe pomiary są odwracalne, czy nie, patrz: Penrose, 2000; Greene, 2006. 177 Jest to bardzo skrócony opis słynnego eksperymentu z dwiema szczelinami, którego wyniki sugerują, że elektron rzeczywiście przelatuje przez obie szczeliny. Mówiąc konkretnie, nawet wtedy, gdy w kierunku przegrody wystrzeliwany jest tylko jeden elektron, na ekranie detektora widać wzorzec interferencyjny. Na przykład gdy otwarta jest

tylko jedna szczelina, na ekranie będzie pewien punkt P, w który będzie trafiać odsetek X elektronów. Jeśli zaś otworzymy obie szczeliny, to wydaje się zrozumiałe, że w ten punkt powinien trafić ten sam odsetek X elektronów albo większy. Jednak, co dziwne, tworzy się wzorzec interferencyjny, to zaś oznacza, że przy obu otwartych szczelinach w punkcie P można wykryć mniej niż X elektronów. Tak więc wydaje się, że elektron zachowuje się jak fala interferująca z samą sobą do momentu aktu pomiaru, co powoduje załamanie się funkcji falowej. Niemniej po umieszczeniu detektorów przy obu szczelinach elektron będzie wykrywany przez jeden albo drugi. Dziwne właściwości świata kwantowego wspaniale opisano w wielu znakomitych książkach popularnonaukowych, w tym następujących: Rae, 1986; Greene, 2006; Carroll, 2010. 178 Jest nawet gorzej. Równanie Wheelera-DeWitta – powstałe w wyniku połączenia mechaniki kwantowej z ogólną teorią względności – posuwa się jeszcze dalej i sugeruje wszechświat, w którym czas w ogóle nie istnieje (Barbour, 1999).

9:00 Spacjalizacja czasu w fizyce Dla nas, zagorzałych fizyków, podział na przeszłość, teraźniejszość i przyszłość oznacza tylko uporczywe złudzenie. Albert Einstein179

Koszykówka jest między innymi tak ekscytującą grą dlatego, że wynik meczu może się sprowadzać do wyścigu z zegarem. Gracz wykonujący ostatni rzut musi uwolnić piłkę, zanim zegar dojdzie do zera i rozlegnie się sygnał dźwiękowy. Jeśli piłka opuści rękę zawodnika, zanim zegar osiągnie zero, rzut będzie się liczył. Wydawałoby się, że ustalenie, które z tych dwóch zdarzeń zaszło pierwsze, powinno być całkowicie obiektywnym zadaniem: piłka albo opuściła rękę gracza przed dotarciem zegara do zera, albo nie. Jednakże okazuje się, że to nie takie proste. W ramach myślowego eksperymentu przypuśćmy, że sędzia ustalił, iż piłka w rzucie przesądzającym o wygranej, wykonanym na jednym końcu boiska, rzeczywiście opuściła rękę gracza, zanim czas wskazywany przez zegar atomowy na drugim końcu boiska osiągnął zero. Za pomocą zaawansowanej aparatury sędzia później ustalił, że w momencie uwolnienia piłki na zegarze pozostała pełna nanosekunda (jedna miliardowa sekundy) czasu spotkania. A teraz przypuśćmy również, że ponieważ był to siódmy mecz w finale NBA, obserwował go przez teleskop astronauta lecący w niewiarygodnie szybkim statku kosmicznym, poruszającym się z prędkością równą połowie prędkości światła180. Po usłyszeniu, że rzut zaliczono, astronauta dopuścił się obrazy wobec ukochanej matki sędziego, ustalił bowiem, iż zegar osiągnął stan zerowy przed uwolnieniem piłki, a tym samym kosz nie powinien był się liczyć. Rozbieżne relacje dotyczące tego, czy trafienie zaliczono i która drużyna uzyskała prawowite

mistrzostwo, nie mają nic wspólnego z opóźnieniem potrzebnym na dotarcie tej wiadomości do statku kosmicznego – zakładamy, że wszystkie strony je uwzględniły. Obie narracje stanowią po prostu dwie równorzędne rzeczywistości: w jednej z nich zwycięska drużyna zasłużyła na wygraną, a w drugiej to sędzia oddał zwycięstwo przeciwnikom. Jak to możliwe? Czy może tak być, że dwa zdarzenia zachodzą dla jednego obserwatora w jednej kolejności, a dla drugiego w innej? Jeśli tak, co nam to mówi o istocie czasu? Żeby odpowiedzieć na te pytania, musimy się zagłębić w szczególną teorię względności Einsteina.

SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI Skromny tytuł pracy Einsteina Zur elektrodynamik bewegter Körper niczym nie zapowiadał, że ten artykuł przeobrazi oblicze fizyki. Zaprezentowaną w publikacji szczególną teorię względności Einstein wywiódł z dwóch zasad. Pierwsza głosiła, że prawa fizyki są jednakowe dla wszystkich obserwatorów poruszających się ze stałą prędkością181. Einstein zapożyczył to twierdzenie z tak zwanej zasady względności Galileusza, który opisał ją następująco: obserwator we wnętrzu statku płynącego bez wstrząsów, ze stałą prędkością, nie może wiedzieć, czy statek rzeczywiście się porusza, czy nie; być może lepiej zdołasz się do tej zasady ustosunkować, jeśli kiedykolwiek zdarzyło ci się przebudzić w samolocie i w stanie chwilowego zamroczenia nie mogłeś się zorientować, czy samolot leci, kołuje, czy stoi nieruchomo na płycie lotniska. W następstwie zasady względności zawsze określamy prędkość względem czegoś innego. Kiedy mówimy, że samochód jedzie z prędkością 100 kilometrów na godzinę, dopowiadamy w domyśle, że to prędkość względem nieruchomych obiektów na planecie Ziemia, takich jak znak ograniczenia prędkości do 80 kilometrów na godzinę. Jednak, ściśle mówiąc, nie istnieje prawidłowy lub bezwzględny układ odniesienia. Prędkość samochodu względem policyjnego radiowozu prującego w przeciwnym kierunku będzie znacznie większa niż 100 kilometrów na godzinę; co więcej, tak samo słusznie można powiedzieć, że samochód pozostaje w spoczynku, a tablica ogłoszeniowa przemieszcza się z prędkością 100 kilometrów na godzinę.

Tak więc prędkość, z jaką porusza się dany obiekt, to prędkość względem wybranego układu odniesienia. Z jednym wyjątkiem… Prędkość światła w próżni jest stała i niezależna od ruchu ciała, które je wyemitowało. To druga przyjęta przez Einsteina zasada. Na pierwszy rzut oka pogląd, że prędkość światła jest stała, może wyglądać dość nieszkodliwie, lecz w połączeniu z zasadą względności unicestwia on pojęcie czasu absolutnego. Żeby zrozumieć konsekwencje stałej prędkości światła, uzgodnijmy najpierw zdroworozsądkowe pojęcie prędkości. Jeśli jedziesz pociągiem z prędkością 100 kilometrów na godzinę i oddasz strzał w kierunku jazdy pociągu z broni o znanej prędkości wylotowej pocisku, wynoszącej 300 kilometrów na godzinę, ujrzysz kulę odlatującą w dal z prędkością 300 kilometrów na godzinę. Gdybym ja obserwował to z peronu stacji kolejowej, dość intuicyjnie oceniłbym prędkość pocisku jako sumę prędkości pociągu oraz prędkości samej kuli, czyli 400 kilometrów na godzinę182. Następnie rozważmy podobny scenariusz, ale teraz w kontekście przyjętej przez Einsteina drugiej zasady: stałej prędkości światła. Twój pociąg jedzie teraz z niedorzeczną prędkością 100 000 kilometrów na sekundę (1/3 prędkości światła), a zamiast kuli kierujesz przed pociąg wiązkę światła z lasera. Koniec promienia światła laserowego będzie oddalał się od ciebie z prędkością 300 000 kilometrów na sekundę (tyle w przybliżeniu wynosi prędkość światła, oznaczana symbolem c). To zrozumiałe, że podczas gdy ty obserwujesz wiązkę światła biegnącą z prędkością 300 000 kilometrów na sekundę, ja ponownie powinienem zaobserwować, że prędkość jej ruchu jest sumą prędkości pociągu i światła: 400 000 kilometrów na sekundę (1,33 c). Jednak to byłoby ciężkim naruszeniem zasady stałej prędkości światła, która niewzruszenie twierdzi, że wszyscy zawsze jako wynik pomiaru prędkości światła otrzymują wartość c bez względu na własną prędkość (stanowiłoby to również pogwałcenie związanej z tym zasady wynikającej ze szczególnej teorii względności, że nic nie może przemieszczać się szybciej od światła). Fakt faktem, że ty i ja w swoich relacjach stwierdzimy, że wiązka światła z lasera biegnie z dokładnie taką samą prędkością. Jeśli wziąć pod uwagę podpowiedzi intuicji, wygląda to nader niepokojąco. Po jednej sekundzie obliczysz, że koniec wiązki lasera przebył przed pociągiem dystans 300 000 kilometrów. Ponieważ ja również

obserwuję promień biegnący z taką samą prędkością, obliczę, że znalazł się on 300 000 kilometrów przed stacją kolejową, a skoro wiem, iż pociąg jedzie z prędkością 100 000 kilometrów na sekundę, skład powinien się znaleźć dokładnie w odległości 100 000 kilometrów. Tak więc w moim układzie odniesienia odległość między pociągiem a końcem promienia powinna stanowić różnicę obu pozycji: 300 000 – 100 000 = 200 000 kilometrów. Jednak z twoich obserwacji wynika, że wiązka światła znajduje się właśnie 300 000 kilometrów przed tobą! Coś tu jest nie tak. Mówiąc prosto, ceną, którą trzeba zapłacić za absolutną prędkość światła, jest to, że przestrzeń i czas same nie mogą być absolutne! Wyniki naszych obliczeń się nie zgadzają, bo się okazuje, że nie doświadczamy czasu i przestrzeni w taki sam sposób. Rok 1905 okazał się dla Einsteina „cudownym rokiem”, w którym opublikował on cztery doniosłe artykuły, nadal pracując na stanowisku urzędnika biura patentowego w Bernie. W artykule o szczególnej teorii względności uczony zawarł wiele równań opisujących sposób powstawania dylatacji czasu (i kontrakcji przestrzeni) jako funkcji prędkości. Co ciekawe, te równania noszą nazwę transformacji Lorentza, gdyż po raz pierwszy opisał je holenderski fizyk Hendrik Lorentz. Nie pojął on jednak w pełni konsekwencji swoich równań ani nie zdawał sobie sprawy, że można je wyprowadzić ze wspomnianych wyżej dwóch zasad. Warto przyjrzeć się pokrótce zredukowanej wersji transformacji Lorentza, dotyczącej czasu183, ponieważ jest to jedno z najważniejszych równań odnoszących się do czasu w historii badań nad nim. Równanie wymaga tylko zastosowania algebry i umożliwia przeliczenie czasu podawanego przez twój zegarek (tty) w trakcie podróży pociągiem na czas mojego zegarka (tja), gdy stoję na peronie (przy założeniu, że uruchomiliśmy stopery w momencie, gdy przejeżdżasz obok mnie). W równaniu litera v oznacza prędkość między nami, a stała c – ponownie prędkość światła:

Ponieważ c to ogromna liczba, w przypadku prędkości spotykanych w codziennym życiu człon będzie miał wartość bliską zeru, a mianownik ułamka – bardzo zbliżoną do √ 1, czyli 1. Wobec tego tja będzie w przybliżeniu równał się tty. To dokładnie odpowiada naszym normalnym doświadczeniom: nasze zegarki tykają w jednakowym tempie i zachowują synchronizację, bo chociaż się poruszamy, to z małą prędkością (w stosunku do prędkości światła). Jednak przy prędkościach zbliżonych do prędkości światła zegarki będą tykać w różnym tempie. Wróćmy do przykładu, w którym jedziesz pociągiem z prędkością równą 1/3 prędkości światła; po sekundzie jazdy mierzonej twoim zegarkiem (tty=1) czas tja wyniesie 1,06 sekundy. Nie jest to ogromna różnica, ale jeśli będziesz jechać z prędkością dużo bliższą prędkości światła, powiedzmy, że v=0,999c, i to przez rok (tty=1 rok), wartość tja przekroczy 22 lata. Powiemy, że twój czas uległ dylatacji: postarzeję się o 22 lata, podczas gdy tobie przybędzie tylko rok184. Jeden z pierwszych eksperymentów w celu wykazania zjawiska dylatacji czasu polegał na umieszczaniu zegarów atomowych na pokładach samolotów pasażerskich, po czym porównywaniu ich wskazań z zegarami na ziemi. Zegary przeleciały setki godzin na pokładach maszyn podążających na wschód (kierunek lotu ma znaczenie ze względu na ruch obrotowy Ziemi). Jak przewidywała szczególna teoria względności, zegary odbywające podróże pozostawały w tyle o kilkadziesiąt miliardowych części sekundy za zegarami atomowymi, które zostały w domu – w waszyngtońskim US Naval Observatory185. Wyniki tego oraz wielu innych eksperymentów potwierdziły, że czas nie jest absolutny. Newton się mylił – czas zegarowy nie „płynie jednakowo bez względu na jakikolwiek czynnik zewnętrzny”.

UTRATA JEDNOCZESNOŚCI Czas zegarowy zawsze mierzy się zmianą – czy będzie to ruch wahadła, czy stężenie białka period w neuronie jądra nadskrzyżowaniowego – zmiana zaś to zjawisko lokalne. Bez trudu akceptujemy fakt, że na tempo zachodzenia

pewnych zmian może wpływać miejscowe środowisko. W dużej mierze taki był powód wynalezienia lodówki – pomidor w lodówce „starzeje się” wolniej niż jego bliźniak pozostawiony na kuchennym blacie. W istocie na wynik pomiaru czasu przez zegar wahadłowy albo zegar okołodobowy muszki owocowej również może wpływać temperatura otoczenia. Temperatura wpływa jednak na rozmaite zegary na różne sposoby albo nie wpływa na nie wcale. Na przykład okresy półrozpadu radioizotopów omawianych w rozdziale 7 w temperaturach bliskich zeru absolutnemu są praktycznie takie same. W przeciwieństwie do tego wpływ prędkości na tempo działania każdego zegara z osobna i wszystkich razem jest absolutny i bezapelacyjny. Każdy proces fizyczny, czy to w zegarze atomowym, czy w ludzkim ciele, spowolni lub przyspieszy tempo zależnie od prędkości, z którą się przemieszcza. Choć ten fakt może niepokoić, jeszcze bardziej niepokojące jego konsekwencje dotyczą einsteinowskiej szczególnej teorii względności. Wróćmy do naszego myślowego eksperymentu z pociągiem i peronem oraz do ponownych rozważań nad zdroworozsądkowym światem, w którym wszystko odbywa się z niewielką prędkością. Weźmy teraz przykład wystrzeliwania pocisków z jadącego pociągu w przeciwnym kierunku. Wyobraź sobie, że stoisz w środku składu długości 200 metrów, jadącego z prędkością 100 metrów na sekundę względem mnie stojącego na peronie (ryc. 9.1). W momencie gdy przednia krawędź pociągu przelatuje obok mnie, strzelasz z dwóch pistoletów wyrzucających kule również z prędkością 100 metrów na sekundę: jeden strzał oddajesz w kierunku przedniego okna pociągu, drugi – w stronę tylnego okna. Z twojej perspektywy pociski lecą z taką samą prędkością i muszą pokonać identyczną odległość, zatem oba roztrzaskają okna z przodu i z tyłu składu jednocześnie – dokładnie po 1 sekundzie od momentu, w którym pociągniesz za spust. Ja zaś ze swojej perspektywy ujrzę kulę lecącą do przodu z prędkością 200 metrów na sekundę (to suma prędkości pociągu i pocisku), a przednie okno rozpryśnie się po 1 sekundzie, gdyż kula musi przebyć 200 m (połowę długości pociągu plus dystans przejechany przez pociąg w ciągu sekundy). Będę też obserwował, jak wystrzelona do tyłu kula leci z prędkością 100 metrów na sekundę (to prędkość pociągu) minus 100 metrów na sekundę (prędkość kuli ma znak ujemny, gdyż leci ona w przeciwnym kierunku). Innymi słowy, ujrzę pocisk wiszący nieruchomo

w powietrzu, podczas gdy okno z tyłu pociągu pędzi na jego spotkanie (najlepiej będzie, jeśli udamy, że to wszystko rozgrywa się w próżni i na planecie o niewielkiej sile ciążenia). To również potrwa dokładnie 1 sekundę, gdyż tylna część pociągu znajduje się w odległości 100 metrów od punktu, z którego strzelasz. Jak oczekiwałby Newton, ty i ja ujrzymy przednie i tylne okno pociągu, roztrzaskiwane pociskami jednocześnie. W tym przypadku powiedzielibyśmy, że jednoczesność jest absolutna: oba zdarzenia, które widzisz jako zachodzące równocześnie, odbywają się równocześnie również z mojej perspektywy.

179 Zeh, 1989/2007, s. 199. 180 To myślowy eksperyment, więc najlepiej nie rozwodzić się nad szczegółami związanymi z tym, co mamy zdefiniować, takimi jak prędkość statku kosmicznego, fakt poruszania się samej Ziemi oraz to, że meczów koszykówki na ogół nie rozgrywa się na odkrytych stadionach. 181 A konkretniej, dla wszystkich obserwatorów poruszających się jednakowo w stosunku do inercjalnego układu odniesienia. 182 Przy małych prędkościach to liniowe sumowanie się wartości znakomicie pasuje do prawdziwej prędkości, uwzględniającej szczególną zasadę względności, które w rezultacie przybiera wartość 399,999999999989 kilometrów na godzinę. 183 Przy rozpatrywaniu tego równania przyjmuje się założenie, że gdy przebywaliśmy w tym samym miejscu, zsynchronizowaliśmy zegarki w czasie t=0, a nasze położenie w obrębie naszego własnego układu współrzędnych definiujemy odpowiednio jako xty=xja=0. 184 W tym momencie może myślisz: „Chwileczkę, ponieważ prędkość między nami jest jednakowa z obu perspektyw, osoba w pociągu również obliczy, że rok mojego czasu będzie odpowiadał 22 latom osoby w pociągu”. Ta kwestia stanowi sedno tak zwanego paradoksu bliźniąt. Porównywanie wskazań zegarków w różnych punktach przestrzeni to nierozważne działanie; efektywniej byłoby porównać czas zegarowy (lub wiek), kiedy obaj obserwatorzy ponownie znajdą się w tym samym punkcie w przestrzeni – gdy wrócisz na peron. Po powrocie przekonamy się, że osoba, która jechała pociągiem, jest znacznie młodsza od tej na peronie. Źródłem tej asymetrii jest fakt, że osoba jadąca pociągiem musiała zmieniać swój układ odniesienia, podczas gdy osoba na peronie pozostawała w tym samym układzie odniesienia. Kwestia zasadnicza polega na tym, że interwał czasoprzestrzenny przebyty przez osobę na peronie jest większy niż ten przebyty przez osobę jadącą pociągiem – a ten interwał czasoprzestrzenny odpowiada czasowi zegarowemu (tak zwanemu czasowi własnemu). Omówienie paradoksu bliźniąt, patrz: Lockwood, 2005; Lasky, 2012. 185 Hafele i Keating, 1972b, 1972a. Oczywiście Ziemia nie jest ciałem statycznym: na przykład pozostaje w ruchu względem Słońca. Jednak dla naszych celów możemy uznać środek Ziemi za właściwy, stały układ odniesienia. Ponieważ Ziemia się obraca, prędkość lecącego na wschód samolotu należy dodać do obrotowej prędkości Ziemi; wobec tego przemieszczające się na wschód zegary chodziły szybciej niż ich naziemni kuzyni, co skutkowało spowolnieniem czasu wskazywanego przez te ostatnie. Hafele i Keating instalowali też zegary w samolotach lecących na zachód i ponieważ ten kierunek lotu skutecznie przeciwdziałał obrotowej prędkości Ziemi, zegary wykazywały spodziewane kinematyczne przyspieszenie działania, zgodne ze szczególną teorią względności. Zegary w samolotach pozostawały też pod słabszym działaniem pola grawitacyjnego, zatem naukowcy musieli również uwzględnić przewidywania zawarte w ogólnej teorii względności, które także znalazły potwierdzenie w wynikach badania.

Ryc. 9.1. Pociąg Newtona. Zgodnie z prawami Newtona, jeśli obserwator w środku jadącego pociągu wystrzeli dwa pociski w przeciwnych kierunkach (t = 0), szyby w przednim i tylnym oknie pociągu rozbiją się jednocześnie dla wszystkich obserwatorów w momencie t = 1 sekunda.

A teraz rozważmy, co się stanie, gdy przeprowadzimy podobny myślowy eksperyment, lecz ze znacznie większymi prędkościami i odległościami (ryc. 9.2). Jedziesz obecnie w środkowej części absurdalnie długiego pociągu (zmierzona przez ciebie długość składu wynosi 400 000 kilometrów186) z prędkością równą 2/3 prędkości światła: około 200 000 kilometrów na sekundę (0,667c). Również w tym przypadku wszystko jest już zorganizowane, zatem w momencie gdy początek twojego pociągu dojeżdża do mnie, strzelasz z dwóch pistoletów na cząstki subatomowe (które w przyszłości trzeba będzie dopiero wynaleźć), również lecące z prędkością 200 000 kilometrów na sekundę. Cząstki subatomowe w roli pocisków lecą w przeciwnych kierunkach w stronę okien na obu końcach pociągu. Ponieważ znajdujesz się w środku składu pociągu, także teraz ujrzysz, jak oba okna roztrzaskują się w tym samym momencie: twój zegar pokaże dokładnie 1 sekundę od oddania strzału z obu pistoletów, gdyż obie kule będą miały do przebycia 200 000 kilometrów z prędkością 200 000 kilometrów na sekundę. Ja zaś ponownie ujrzę pocisk wystrzelony w stronę tylnej części pociągu jako wiszący w powietrzu (gdyż wynik odejmowania prędkości pocisku od prędkości pociągu wynosi zero), podczas gdy tylne okno pokonuje drogę w jego kierunku z prędkością 200 000 kilometrów na sekundę. Ale z jaką prędkością będzie leciała obserwowana przeze mnie kula wystrzelona do przodu? Żeby oba okna z mojej perspektywy zostały roztrzaskane jednocześnie, pocisk lecący do przodu musiałby przebyć dystans równy całej długości pociągu (czyli początkową połowę długości plus dystans przebyty przez pociąg) w tym samym czasie, jaki tylnej części pociągu zajmie dotarcie do pocisku wystrzelonego do tyłu. Ponieważ wystrzelona do przodu kula miałaby do przebycia dwukrotnie dłuższy dystans niż ta lecąca do tyłu, musiałaby lecieć z prędkością znacznie większą od prędkości światła, ale ze szczególnej teorii względności dowiadujemy się, że jej prędkość wyniosłaby około 277 000 kilometrów na sekundę (0,92 c). Zatem najwyraźniej nie ujrzałbym, jak przednie i tylne okno zostają rozbite jednocześnie. Podczas gdy ty zobaczyłbyś, jak oba okna roztrzaskują się jednocześnie, ja ujrzałbym najpierw rozlatujące się tylne okno! Ta rozbieżność nie ma absolutnie nic wspólnego z jakimikolwiek opóźnieniami transmisji, związanymi z czasem, jaki

sygnałom zajmuje dotarcie z różnych części pociągu do mnie lub do ciebie187; te na pozór sprzeczne ze sobą doświadczenia odzwierciedlają raczej dwie odrębne, lecz równie prawdziwe rzeczywistości. Jednoczesność, a w istocie także kolejność dwóch zdarzeń mogą być względne188.

186 Ponieważ szczególna teoria względności głosi, że przy wielkich prędkościach czas ulega dylatacji, a przestrzeń – kontrakcji, z mojej perspektywy pociąg w rzeczywistości będzie dłuższy. Uprościłem nasz myślowy eksperyment, pomijając ten fakt. Jednakże kontrakcja przestrzeni nie wpłynie na wyniki eksperymentu, gdyż z perspektywy mojego układu odniesienia nadal stoisz w środku składu, a kule wystrzelone do tyłu i do przodu rozpoczną lot z punktu leżącego w tej samej odległości od tylnej i od przedniej części pociągu. 187 W tym przykładzie umieściłem obu obserwatorów w jednakowej odległości od tylnej i przedniej części pociągu, starając się w ten sposób przekazać, że opóźnienia transmisji z przodu i z tyłu powinny być jednakowe. Możemy sobie jednak wyobrazić wiele zsynchronizowanych zegarów rozmieszczonych wzdłuż peronu, które zatrzymają się na dźwięk rozbijanej w pobliżu szyby. Ze wskazań tych zegarów dowiedzielibyśmy się, że przednie i tylne okno zostają rozbite w różnych momentach. 188 Bardziej naukowe i historyczne omówienie względnego charakteru jednoczesności, patrz: Brown, 2005.

Ryc. 9.2. Pociąg Einsteina. Ze szczególnej teorii względności wynika, że przy dużych prędkościach doświadczenia poszczególnych obserwatorów co do przestrzeni i czasu będą różne (to zaś ogromnie utrudnia obliczenia dotyczące przestrzeni i czasu). Zegary w obu układach odniesienia – w pociągu i na peronie – zostają nastawione na czas t = 0, kiedy przednia szyba pociągu dojeżdża do obserwatora na peronie. Kiedy obserwatorzy w pociągu i na peronie znajdują się naprzeciw siebie, obserwator w pociągu widzi, jak oba okna rozpadają się jednocześnie, ale dla obserwatora na peronie tylna szyba została już stłuczona, a przednia nadal jest nienaruszona.

CZASOPRZESTRZEŃ Zastanówmy się jeszcze przez chwilę nad wynikami tych myślowych eksperymentów. Z perspektywy twojego układu odniesienia w każdym momencie oba okna zawsze są nienaruszone albo rozbite. Z mojego jednak punktu widzenia będzie taki moment, w którym tylne okno będzie już stłuczone, a przednie nie. Ten fakt powinien głęboko niepokoić. W jaki sposób obie szyby mogą być stłuczone dla ciebie, a jedna z nich może być nienaruszona dla mnie? To tak, jak gdybyśmy żyli w różnych wszechświatach. Jednym z rozwiązań tej zagadki jest spacjalizacja czasu, czyli wszechświat blokowy. Jeśli założymy, że wszystkie zdarzenia, które kiedykolwiek nastąpiły lub nastąpią, tkwią stale w jakimś punkcie wszechświata blokowego – jak głosi eternalizm – względny charakter jednoczesności nie będzie zdumiewać bardziej niż fakt, iż dwa obiekty w przestrzeni mogą sprawiać wrażenie ustawionych w jednej linii albo nie, w zależności od pozycji obserwatora. Dwa słupy telefoniczne wzdłuż szosy wydają się tkwić w jednej linii, jeśli się stoi na poboczu drogi, lecz sprawiają inne wrażenie, gdy się stanie na środku jezdni – to kwestia perspektywy. Podobnie może się wydawać, że oba okna zostają rozbite jednocześnie, gdyż leżą w jednej linii w czasoprzestrzeni z twojej perspektywy, lecz nie z mojej. To dlatego szczególna teoria względności dostarcza jednego z najbardziej nieodpartych argumentów za eternalizmem189. Co ciekawe, kiedy Einstein po raz pierwszy opublikował artykuł o szczególnej teorii względności, nie dowodził w nim, że czas należy uważać za czwarty wymiar wszechświata blokowego. To Hermann Minkowski, profesor Einsteina podczas studiów w Zurychu (który ponoć uważał Einsteina w studenckich czasach za lenia), jako pierwszy pojął radykalne implikacje szczególnej teorii względności w kwestii relacji między przestrzenią a czasem. W 1908 roku, po tym, jak przeprowadził

badania oparte na pracy swojego byłego studenta, obwieścił w górnolotnym stylu: „Odtąd przestrzeń sama w sobie i czas sam w sobie są skazane na usunięcie się w cień, a w niezależnej rzeczywistości przetrwają tylko jako partnerzy w swego rodzaju unii”. Minkowski scalił przestrzeń i czas w czasoprzestrzeń. Opracował też sposób nowego ujęcia einsteinowskiej szczególnej teorii względności w formie geometrycznej, w której przedstawił standardowe trzy wymiary przestrzenne i dodatkowy wymiar czasowy. Doszedł też do wniosku, że choć przestrzeń i czas są względne, ich połączenie jest absolutne. Jeśli wyruszysz w podróż kosmiczną wzdłuż jakiejś zawiłej trasy, a ja zostanę na Ziemi i z daleka będę cię obserwować, to po twoim powrocie nie zgodzimy się co do czasu twojej nieobecności i przebytego przez ciebie dystansu, ale wyniki naszej oceny „dystansu” przebytego w czasoprzestrzeni będą zgodne. Możemy uprościć czterowymiarowy wszechświat Minkowskiego do pojedynczego wymiaru przestrzennego, reprezentowanego przez poziomą oś wykresu, a wymiar czasowy będzie przedstawiony na osi pionowej. Pozostawanie w spoczynku będzie oznaczać ruch wzdłuż osi pionowej – czas mija, lecz moja pozycja w przestrzeni się nie zmienia. Twoją zaś podróż statkiem kosmicznym reprezentuje ruch o kierunku ukośnym. Na podstawie zmiany położenia względem obu osi można obliczyć dystans przebyty w czasoprzestrzeni – wartość, co do której wszyscy obserwatorzy będą zgodni. Taki dystans wiąże się z tak zwanym czasem własnym („lokalnym”), czyli czasem odmierzanym przez zegar w twoim statku kosmicznym. Omawiana teoria względności nosi nazwę „szczególnej”, ponieważ odnosi się do uproszczonego wszechświata, w którym możemy zignorować wpływ siły ciężkości. Po opublikowaniu szczególnej teorii względności Einstein spędził dziesięć mozolnych lat na opracowywaniu ogólniejszej teorii. W rezultacie stworzył mistrzowskie dzieło – ogólną teorię względności – w której ustalił równoważność siły grawitacji i przyspieszenia. Prawo powszechnego ciążenia Newtona opisywało relację między siłą ciążenia a masą i odległością, lecz nie nasuwało zbyt wielu wniosków co do tego, czym naprawdę jest grawitacja. Ogólna teoria względności udzieliła zaś zdumiewającej odpowiedzi: grawitacja nie jest siłą samą w sobie, tylko zakrzywieniem czasoprzestrzeni. Teoria ta stanowiła kolejne uzasadnienie dokonanego przez Minkowskiego

połączenia przestrzeni i czasu w czasoprzestrzeń. Niektórzy twierdzą, że ogólna teoria względności dostarcza jeszcze potężniejszego niż jej poprzedniczka argumentu na korzyść eternalizmu, bowiem pewne rozwiązania jej równań dopuszczają możliwość podróży w czasie – jeśli przyjmie się za punkt wyjścia pewne założenia i warunki początkowe, równania te pozwalają na przeskok w czasie do przodu i wstecz. Szczegółowe omówienie ogólnej teorii względności wykracza poza tematykę tej książki, nie mówiąc już o kompetencjach jej autora. Na szczęście szczególna teoria względności wystarczająco dla naszych celów ujmuje kluczowy argument na korzyść eternalizmu i wszechświata blokowego. Pogląd, że przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są równie realne, drwi z naszej percepcji rzeczywistości, skoro zatem fizycy i filozofowie faworyzują eternalizm, a nie prezentyzm, muszą mieć po temu ważne powody. Poznaliśmy już trzy z nich:

1. Prawa fizyki nie dowodzą, że „teraz” różni się czymś szczególnym od „tutaj”, co nasuwa wniosek, iż wszystkie momenty w czasie są równie rzeczywiste, jak wszystkie miejsca w przestrzeni. 2. Szczególna teoria względności pozwala ustalić, że dwa oddalone od siebie zdarzenia, odbierane przez jednego obserwatora jako jednoczesne, w układzie odniesienia innego obserwatora nie będą jednoczesne, zatem wszystkie momenty w czasie na zawsze tkwią we wszechświecie blokowym190. 3. Istnieją rozwiązania równań zawartych w ogólnej teorii względności, sugerujące możliwość podróży w czasie, a tym samym to, że żyjemy we wszechświecie eternalistycznym, w którym przeszłość i przyszłość w pewnym sensie już „gdzieś tam” istnieją.

Jednakże mimo tych przekonujących argumentów na korzyść eternalizmu musimy uznać, że prawa fizyki nie tłumaczą tego, co wydaje się jednym z najtrwalszych i jednoznacznych spostrzeżeń, jakie ludzie kiedykolwiek

poczynili: teraźniejszość jest momentem szczególnym, a czas rzeczywiście płynie.

CZY MOŻEMY POGODZIĆ FIZYKĘ I NEURONAUKĘ CZASU? Jak sugeruje motto tego rozdziału, Einstein był eternalistą191, lecz sprawiał też wrażenie, że zmaga się ze szczególnym na pozór charakterem teraźniejszości. Filozof Rudolf Carnap w słynnej relacji z dyskusji z Einsteinem szczegółowo omówił tę kwestię: Kiedyś Einstein powiedział, że poważnie go niepokoi problem Teraz. Wyznał, że Teraz, doświadczane przez człowieka, oznacza dla niego coś szczególnego, coś z gruntu innego niż przeszłość i przyszłość, ale że ta bardzo ważna różnica nie występuje i nie może wystąpić w fizyce. To, że owego odczucia nauka nie jest w stanie uchwycić, uważał za bolesny, acz nieunikniony fakt, z którym trzeba się pogodzić. Zauważyłem, że wszystko, co się zdarza obiektywnie, można w nauce opisać; z jednej strony fizyka opisuje czasowe następstwo zdarzeń, z drugiej zaś strony psychologia potrafi opisać i (w zasadzie) wytłumaczyć osobliwości doświadczeń człowieka w odniesieniu do czasu, w tym jego odmienny stosunek do przeszłości, teraźniejszości i przyszłości192.

Zgodnie z aluzją Carnapa wielu fizyków i filozofów uważa, że jedyny sposób pogodzenia poglądu, że żyjemy we wszechświecie, w którym czas nie płynie, z faktem, iż z całą pewnością odnosimy wrażenie jego upływu, polega na sprowadzeniu naszego poczucia upływu czasu wyłącznie do rangi figla, jaki płata nam umysł. W praktyce fizycy na ogół potrafią ignorować dysonans między fizyką a neuronauką czasu. Równania szczególnej i ogólnej teorii względności tłumaczą dane pochodzące z badań eksperymentalnych niewiarygodnie skutecznie, bez względu na to, czy korzystająca z nich osoba należy akurat do zwolenników eternalizmu, czy prezentyzmu. Niemniej problem „wszechświata blokowego/upływu czasu” to głęboki paradoks. Matematyk i fizyk Roger Penrose ujął to następująco:

Wydaje mi się, że istnieją poważne sprzeczności między naszym poczuciem upływu czasu a tym, co twierdzą na temat fizycznej rzeczywistości nasze (niezwykle dokładne) teorie. Te sprzeczności z pewnością sygnalizują nam coś ważnego na temat fizyki świadomych postrzeżeń…193.

Podobnie mówi fizyk i pisarz Paul Davies: Moim zdaniem najważniejszą nierozwiązaną kwestią pozostaje oczywista niezgodność pomiędzy czasem fizycznym a czasem subiektywnym, psychologicznym. (…) Przemożne wrażenie płynącego, pozostającego w ruchu strumienia czasu, być może wprowadzone przez „tylne drzwi umysłu”, wciąż pozostaje niezgłębioną tajemnicą. Czy wiąże się to z kwantowymi procesami zachodzącymi w mózgu? Czy stanowi odzwierciedlenie rzeczywiście istniejącej w świecie obiektów materialnych wielkości czasu, po prostu dotąd przez nas przeoczonej? A może, mimo wszystko, upływ czasu okaże się wyłącznie produktem umysłu – rodzajem iluzji bądź pomieszania?194

W jaki sposób coś tak ewidentnego, jak upływ czasu, mogłoby być złudzeniem mózgu? Jedna z odpowiedzi na to pytanie przedstawia się mniej więcej tak: możemy myśleć o wszechświecie blokowym jako o serii statycznych klatek w nawiniętym na rolkę filmie. Mimo że film zawiera wiele różnych klatek – a każda z nich wyobraża pewien moment – można powiedzieć, iż wszystkie współistnieją na jednej rolce. Podobnie jak na klatkach nakręconego w domu filmu, występujesz na wielu klatkach we wszechświecie blokowym. Na każdej z nich w twoim umyśle istnieją wspomnienia dotyczące klatek bezpośrednio poprzedzających daną klatkę. Wysunięto hipotezę, że właśnie ten zintegrowany dostęp w jednej chwili do licznych momentów w jakiś sposób prowadzi do subiektywnego odczuwania upływu czasu. Samotny wilk – fizyk Julian Barbour – wyjaśnia to na przykładzie ruchów zimorodka (gatunek ptaka, znakomitego łowcy ryb): Kiedy sądzimy, że w jakimś momencie widzimy ruch, u podłoża tego wrażenia leży następująca rzeczywistość: nasz mózg w tym momencie zawiera dane odpowiadające kilku różnym pozycjom obiektu postrzeganego jako ruchomy.

W każdej chwili mój mózg zawiera jednocześnie kilka „migawkowych ujęć” i – wykorzystując sposób, w jaki prezentuje dane świadomości – „odtwarza dla mnie film”. (…) Widzę sześć czy siedem zakodowanych w neuronalnych wzorcach ujęć zimorodka w locie, o którym sądziłem, że go oglądałem. Niemniej ta mózgowa konfiguracja, w której zakodowanych jest kilka ujęć, należy tylko do jednego… 195.

Jak już wspomniałem w rozdziale 1, Barbour – podobnie jak kilku innych fizyków – opowiada się za dość skrajną wersją spacjalizacji czasu. Bierze eternalistyczny wszechświat blokowy, rozcina go wzdłuż osi czasu, a następnie rozpościera poszczególne przekroje na cały bezczasowy wszechświat, który nazywa Platonią. Barbour twierdzi, że wszystkie możliwe momenty – czyli wszelkie rozmaite konfiguracje materii składające się na wszystkie momenty – istnieją jako statyczne punkty „teraz”. Fizyk Brian Greene prezentuje w kontekście bardziej standardowego ujęcia eternalizmu podobną ideę, starając się wyjaśnić, jak to się dzieje, że postrzegamy upływ czasu, choć tkwimy w przekroju wszechświata blokowego: [K]ażda chwila w czasoprzestrzeni – każdy plaster czasowy – jest jak jedna klatka filmu. (…) [D]la nas, którzy jesteśmy w dowolnej takiej chwili, to jest nasze teraz, to jest chwila, której doświadczamy właśnie w tym momencie. I zawsze tak będzie. Co więcej, w każdym pojedynczym plastrze nasze myśli i wspomnienia są wystarczająco bogate, by dać poczucie, że czas płynnie dotarł do tej chwili. To poczucie, to przeświadczenie, że czas płynie, nie wymaga, żeby poprzednie chwile – poprzednie klatki filmu – były „kolejno oświetlone”196.

Nie ma wątpliwości, że mózg w każdej chwili dysponuje wspomnieniami z poprzednich momentów. W rozdziale 6 przekonaliśmy się, że mózg to dynamiczny układ kodujący każde zdarzenie w kontekście poprzedzających je zdarzeń – gdyby było inaczej, nie rozumielibyśmy mowy, gdyż znaczenie każdego słowa musimy interpretować w kontekście poprzednich słów (a niekiedy, o czym przeczytasz w rozdziale 12, w kontekście późniejszych słów). Jednak choć mózg ma dostęp z aktualnej klatki do

poprzednich klatek, nie przekonuje mnie pogląd, że upływ czasu to złudzenie. W istocie daleko nam do jasnego rozstrzygnięcia, czy rozwiązanie paradoksu „wszechświata blokowego/upływu czasu” w postaci „momentów zawartych w momencie” jest zgodne z neuronauką.

CZY WSZECHŚWIAT BLOKOWY JEST ZGODNY Z NEURONAUKĄ? Mózg to fabryka złudzeń i większość neuronaukowców oraz psychologów prawdopodobnie się zgodzi, że nasze subiektywne poczucie upływu czasu jest złudzeniem. Zatem lekceważące spojrzenie na upływ czasu jako figiel umysłu nie jest pozbawione rozsądku. Problem jednak polega na tym, że słowo „złudzenie” może w fizyce i neuronauce oznaczać różne rzeczy. Kiedy fizyk sugeruje, że upływ czasu jest złudzeniem, tym samym wyraża przekonanie, iż istnieje on tylko w naszych umysłach i nie stanowi właściwości zewnętrznego świata. Kiedy zaś neuronaukowiec twierdzi, że subiektywne poczucie upływu czasu to złudzenie, sugeruje, że – jak wszystkie subiektywne doświadczenia – jest ono umysłowym konstruktem, ale takim, który reprezentuje (choć niezbyt wiernie) zjawisko fizyczne, istniejące w zewnętrznym świecie. Mózg stanowi produkt ewolucji, a sukces ewolucyjny to dość surowy test ukrytej zdolności danego zwierzęcia do zrozumienia i okiełznania praw fizyki (a przynajmniej pewnej ich części). Na przykład lot zimorodka nie byłby możliwy bez układu nerwowego zdolnego do wykorzystywania praw Newtona – oprócz stosowania zasad aerodynamiki do sterowania lotem i głębokością nurkowania ptak musi umieć przenosić wyniki swoich spostrzeżeń w przyszłość, żeby dostosować swoją pozycję do projekcji położenia płynącej ryby. Co więcej, wzrok może nie informować o prawdziwej pozycji ryby ze względu na zjawisko załamywania się światła na granicy między wodą a powietrzem; niektóre zwierzęta potrafią kompensować ten efekt optyczny197. Chodzi o to, że układ nerwowy jest dobrze przystosowany do praw fizyki. To dotyczy nie tylko sterowania ruchami ciała – na przykład u gimnastyka, który potrafi wykonać układ z pełnym podwójnym obrotem – lecz także naszych subiektywnych doświadczeń umysłowych. Nasze odczucia barw,

muzyki i zapachów są przykładami subiektywnych stanów umysłowych; noszą one nazwę qualia. Są złudzeniami w tym sensie, że nie istnieją w świecie zewnętrznym, lecz stanowią stany adaptacyjne, gdyż korelują z rzeczywistymi zjawiskami fizycznymi: długością fal elektromagnetycznych, określonymi wzorcami fal dźwiękowych oraz strukturą chemiczną cząsteczek. Mimo to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 470 nanometrów nie ma w sobie nic „niebieskiego”, a cząsteczki związków siarki nie są z natury „zgniłe” – w istocie różne zwierzęta i osoby mogą uznawać ten sam zapach za odrażający, obojętny lub atrakcyjny. Żeby pojąć potencjalną wartość adaptacyjną naszych subiektywnych doświadczeń, wróćmy do najbardziej osobistego złudzenia, jakim mózg obdarza umysł: świadomości ciała. W rozdziale 4 omawiałem, że jeśli ktoś uderzy cię młotkiem w palec, odczujesz ból. To zadziwiające, że choć ból powstaje w mózgu, nie tam się go odczuwa. W jakiś sposób następuje jego projekcja do świata zewnętrznego, do tego właśnie miejsca, gdzie akurat znajduje się ten kawałek mięsa, który jest twoją ręką. Mózg tak mocno angażuje się w wytwarzanie złudzenia posiadania kości, mięśni i nerwów składających się na nasze kończyny, że niekiedy trwa przy tym nawet po amputacji. Zatem ból stanowi złudzenie w tym sensie, że jest konstruktem umysłowym. Mimo to gdy czujesz ból palca, nikt nie sugeruje, że młotek jest złudzeniem, ani nie twierdzi, iż nie uderzył cię w palec. Wobec tego złudzenie świadomości ciała nie jest czymś niepotrzebnym; istnieje nader ścisła korelacja między zewnętrznymi zdarzeniami (uderzeniem młotka w palec) a wewnętrznymi, subiektywnymi doświadczeniami (bólem). W jaki lepszy sposób można by chronić naszą najważniejszą własność, jeśli nie poprzez obdarzenie mózgu zdolnością odczuwania bólu? Świadomość ciała stanowi najwyższy wyraz integracji umysłu i ciała, najbardziej zaawansowany interfejs między komputerem a urządzeniem peryferyjnym, jaki kiedykolwiek stworzono. Zatem kiedy już nieco przyjrzeliśmy się różnym znaczeniom słowa „złudzenie” oraz potencjalnym związkom między subiektywnym doświadczeniem a zjawiskami fizycznymi, zbadajmy dwa argumenty przeciwko eternalistycznemu poglądowi, że poczucie upływu czasu stanowi umysłowy konstrukt zjawiska fizycznego, które w rzeczywistości nie istnieje.

Ewolucja. Gdybyśmy zamieszkiwali prezentystyczny wszechświat, w którym czas faktycznie płynie, moglibyśmy sobie wyobrazić rozliczne powody, dla których subiektywne poczucie tego upływu mogłoby mieć charakter adaptacyjny. Podobnie jak świadoma percepcja barw lub bólu jest adaptacyjna, gdyż koreluje z ważnymi zdarzeniami w świecie zewnętrznym, nasze poczucie upływu czasu również może być cechą adaptacyjną, skoro koreluje ze zdarzeniami rozgrywającymi się w świecie. Subiektywne poczucie upływu czasu umożliwia nam nie tylko obserwowanie nurkującego zimorodka, lecz także przewidywanie, odtwarzanie wstecz i powtarzanie sobie wszystkich rozgrywających się w czasie zdarzeń zewnętrznych. Być może poczucie upływu czasu miało nawet fundamentalne znaczenie dla naszej zdolności projekcji samych siebie w odległą przyszłość i podejmowania myślowych podróży w czasie (rozdział 11). Jeśli jednak jest odwrotnie i żyjemy we wszechświecie eternalistycznym, w którym upływ czasu nie jest zjawiskiem rzeczywistym, jaką korzyść ewolucyjną miałoby przynosić jego odczuwanie? Oczywiście nie wszystkie cechy biologiczne muszą zapewniać ewolucyjne korzyści, lecz faktycznie większość z nich to robi, zwłaszcza te równie istotne i uniwersalne, jak nasze poczucie upływu czasu. Sugestia, że nasze subiektywne poczucie czasu stanowi złudzenie umysłu (w najgłębszym sensie słowa „złudzenie”), wydaje się nasuwać wniosek, iż jest ono niepotrzebne; to przeciwieństwo jego oceny jako potężnej cechy adaptacyjnej, umożliwiającej mózgowi skuteczniejsze wykonywanie głównego zadania: przewidywania przyszłości. Świadomość i dynamika neuronalna. Rozwiązanie paradoksu „wszechświata blokowego/upływu czasu” w postaci „momentów zawartych w momencie” zawiera ukryte założenie, że omawianie świadomości w obrębie pojedynczej klatki ma sens. Chociaż nie rozumiemy, w jaki sposób mózg tworzy świadomość, z pewnością istnieją charakterystyczne cechy wzorców neuronalnych, ściśle sprzężone ze stanami świadomości. Na przykład najbardziej oczywiste zmiany zachodzące podczas przechodzenia mózgu od stanu świadomości (czuwania) do nieświadomości (snu wolnofalowego i znieczulenia ogólnego) dotyczą czasowych wzorców aktywności mózgu, szczególnie częstotliwości oscylacji mózgowych, które

są globalnym miernikiem synchronizacji i taktowania aktywności neuronalnej. Sen charakteryzuje się obecnością powolnych oscylacji mózgowych, natomiast stan czuwania wiąże się z asynchroniczną aktywnością neuronalną i szybkimi oscylacjami mózgowymi198. Ogólnie rzecz biorąc, nasza skąpa wiedza w dziedzinie neuronauki świadomości mówi nam, że świadomość to proces wysoce dynamiczny, a dyskutowanie na temat świadomości w kontekście pojedynczej klatki może odrobinę przypominać orzekanie na podstawie jednej klatki filmu, czy żyje widoczny na niej kot. Czy zwierzę oddycha? Czy bije mu serce? Czy zawarte w każdej komórce zwierzęcia cząsteczki biorą aktywny udział w ewolucyjnym antidotum na drugą zasadę termodynamiki – metabolizmie? Życie definiują ciągłe przemiany metaboliczne; jeśli nie zachodzi metabolizm, nie można uznać, że zwierzę żyje. Żeby ustalić, czy kot żyje, czy nie, musimy przyjrzeć się nie tylko jednej klatce filmu, lecz także poprzednim i późniejszym. Jednak życie nie stanowi argumentu przeciwko eternalizmowi, nie ma bowiem potrzeby ograniczania się do pojedynczej klatki przy ustalaniu, czy zwierzę żyje, czy nie (żeby wydać werdykt, możemy poczekać i obejrzeć wiele klatek filmu)199. Podobna kwestia odnosi się do paradoksu strzały Zenona z Elei – czy można powiedzieć, że lecąca strzała jest w ruchu, jeśli spoglądamy na nią w nieskończenie małych przedziałach czasowych? W pewnym sensie odpowiedź jest twierdząca, gdyż możemy określić chwilową prędkość obiektu. Jednak w odróżnieniu od strzały istoty świadome muszą wiedzieć o własnym „ruchu” w obrębie tych chwilowych klatek. Pytanie zatem brzmi: czy wycinek wszechświata blokowego może podtrzymywać zjawisko świadomości lub czy świadomość wymaga warstwy czasowej o jakiejś określonej grubości? Innymi słowy, czy świadomość to coś, co może istnieć tylko wtedy, gdy przekracza granice owych wycinków – coś bardziej pokrewnego muzyce niż statycznemu obrazowi na klatce filmu? Steven Pinker zdaje się napomykać o trudnościach w zrozumieniu świadomości w obrębie statycznych klatek, gdy pisze: „Materia rozciąga się w przestrzeni, ale świadomość istnieje w czasie; jest to równie pewne, jak fakt, że ze stwierdzenia «myślę» wynika wniosek «jestem»”200. Przekonamy się, że świadomość nie przedstawia ani ciągłej, ani liniowej narracji o rozgrywających się wokół nas wydarzeniach. Wydaje się raczej, że tworzy się zrywami, a rozwój świadomej wiedzy o zewnętrznych

zdarzeniach może trwać setki milisekund. Nadal nie ma zatem pewności, czy mówienie o chwilowej świadomości ma sens i czy zjawisko świadomości jest zgodne z rozwiązaniem paradoksu „wszechświata blokowego/upływu czasu” w postaci „momentów zawartych w momencie”. * Prawa fizyki nie twierdzą jednoznacznie, że żyjemy w czterowymiarowym wszechświecie blokowym. Taki model wszechświata na pewno stanowi najbardziej spójną interpretację szczególnej i ogólnej teorii względności, lecz powszechnie uznaje się fakt, że nawet w świecie fizyki nie ma uniwersalnego, zgodnego stanowiska w kwestii istoty czasu. Toczą się ciągłe zmagania o stworzenie koherentnej interpretacji istoty czasu, obowiązującej w całej fizyce. Istnieją fundamentalne różnice w pojmowaniu roli czasu w ogólnej teorii względności i mechanice kwantowej; dlatego czas stanowi główną przeszkodę w poszukiwaniu teorii grawitacji kwantowej – próbie scalenia ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej. Z pewnością nie ma też danych z badań eksperymentalnych, świadczących o tym, że przeszłość, teraźniejszość i przyszłość są równie realne. W istocie nieliczne są nawet sformułowane na podstawie wyników badań eksperymentalnych prognozy umożliwiające rozgraniczenie eternalizmu i prezentyzmu. Najbardziej oczywistą próbą byłaby podróż w czasie – wszelkie dyskusje o podróżowaniu w czasie zawierają bądź co bądź ukryte założenie, że żyjemy we wszechświecie blokowym201. Równania szczególnej i ogólnej teorii względności dopuszczają możliwość podróży w czasie, lecz tylko w skrajnie egzotycznych – jeśli nie wręcz niemożliwych – warunkach. Na przykład chodzi o komunikację szybszą niż prędkość światła w przypadku szczególnej teorii względności202 oraz o stabilizowane za pomocą ujemnej energii tunele czasoprzestrzenne w ogólnej teorii względności. Tak więc na razie, choć nawet wydaje się, że prawa fizyki są jak najbardziej zgodne z eternalizmem, nie mamy żadnych bezpośrednich danych z badań eksperymentalnych – nie mówiąc już o dowodach – które przemawiałyby za trafnością tej koncepcji. Pytanie zatem brzmi: czy prawa fizyki (lub naszą ich interpretację) trzeba byłoby zaadaptować, żeby wyjaśnić nasze świadome poczucie upływu

czasu, albo czy to neuronauka powinna opracować wyjaśnienie tego subiektywnego doświadczenia? Ów dylemat ze swadą przedstawia Brian Greene: Czy to nauka nie potrafi objąć podstawowej własności czasu, którą ludzki umysł przyswaja tak samo naturalnie, jak płuca nabierają powietrza, czy też może to ludzki umysł przypisuje czasowi stworzone przez siebie własności, całkowicie sztuczne, które właśnie dlatego nie pojawiają się w prawach fizyki? Gdyby zadano mi to pytanie w czasie pracy, opowiedziałbym się za tym drugim poglądem, jednak wieczorem, gdy krytyczne myślenie ustępuje bardziej przyziemnym problemom życiowym, trudno byłoby mi kategorycznie odrzucić pierwszą ewentualność203.

Rozwikłanie zagadki, czy upływ czasu to wytworzona przez umysł fikcja, czy też coś wymykającego się znanym obecnie prawom fizyki, jest jedynym w swoim rodzaju, skomplikowanym problemem na styku fizyki i neuronauki. W dodatku – jakby powyższa tajemnica nie była już dostatecznie trudnym wyzwaniem – trzeba zastanowić się nad jeszcze jedną zagwozdką: prawa fizyki i ludzki mózg nie działają niezależnie od siebie. Nie jest po prostu tak, że wewnętrzne działania ludzkiego mózgu muszą podporządkowywać się prawom fizyki – nasza interpretacja tych praw zostaje przefiltrowana przez architekturę mózgu. Jeśli musimy zadawać sobie pytanie o to, czy możemy ufać odczuciom własnego mózgu w sprawie tak ewidentnej, jak upływ czasu, czy nie musimy też zakwestionować jego bezstronności w interpretacji znanych obecnie praw fizyki? Jak się przekonamy w dalszej części książki, wydaje się, że w toku ewolucji ludzie nabyli zdolność rozumienia pojęcia czasu poprzez wprzęgnięcie do tego zadania obwodów neuronalnych, biorących udział w pojmowaniu przestrzeni – innymi słowy, to sam mózg, jak się zdaje, dokonał spacjalizacji czasu. Ten fakt rodzi fascynujące pytanie: czy skłaniamy się ku pewnym interpretacjom obecnie znanych praw fizyki z powodu sposobu, w jaki mózg przedstawia sobie czas i o nim myśli?

189 Rietdijk, 1966; Putnam, 1967. 190 Ważna uwaga: utrata absolutnej jednoczesności to z pewnością argument przemawiający za słusznością wersji wszechświata blokowego – ale to wszystko, czym jest. Można by argumentować, że prawdziwa nauka, jaką należy wyciągnąć ze szczególnej teorii względności, nie mówi o tym, iż zamieszkujemy wszechświat blokowy, a jedynie to, że pojęcie jednoczesności stanowi pozostałość newtonowskiego czasu absolutnego. Być może zadawanie sobie pytania, czy dwa oddalone od siebie zdarzenia zachodzą jednocześnie, naprawdę nie ma sensu: w końcu można to ustalić jedynie za pomocą zegarów, one zaś są po prostu urządzeniami do mierzenia zmian lokalnej objętości przestrzeni. 191 Karl Popper również opisuje dyskusję, w której Einstein potwierdził swoją akceptację koncepcji wszechświata blokowego (Popper, 1997); w tej rozmowie przyrównał Einsteina do Parmenidesa. 192 Cytat w: Prigogine i Stengers, 1990, s. 230. 193 Penrose, 2000, s. 340. 194 Davies, 2002, s. 323. 195 Barbour, 1999, s. 267. 196 Greene, 2006, s. 159–160. 197 Schuster et al., 2004. 198 Panagiotaropoulos et al., 2012; Kandel et al., 2013; Purdon et al., 2013; Baker et al., 2014; Ishizawa et al., 2016. 199 Wiele procesów fizycznych, w tym życie, temperatura lub prędkość jakiejś cząstki, daje się definiować na podstawie zmian, jakim ulega układ w miarę upływu czasu. Ważne jest jednak, aby zrozumieć, że nie stanowi to argumentów przeciwko eternalizmowi, gdyż eternalizm akceptuje fakt zachodzenia zmian wzdłuż osi czasowej czasoprzestrzeni! Sugeruję, że świadomość jest czymś z gruntu odmiennym, zgodnie bowiem z hipotezą „momentów zawartych w momencie” Barboura i Greene’a musimy być świadomi w pojedynczej „klatce”. 200 Oto pełne brzmienie cytatu z Pinkera: „Prawie nie sposób wyobrazić sobie wykorzenienia czasu z ludzkiej świadomości, co pozostawiłoby ostatnią myśl unieruchomioną niczym klakson samochodu stojącego w korku, o ile w ogóle mamy mówić o ciągłym istnieniu umysłu. Od tej różnicy zależy bowiem kartezjuszowskie rozgraniczenie na sferę fizyczną i umysłową. Materia rozciąga się w przestrzeni, ale świadomość istnieje w czasie; jest to równie pewne, jak fakt, że ze stwierdzenia «myślę» wynika wniosek «jestem»” (Pinker, 2007).

201 Lockwood, 2005. 202 Równanie względności przestrzeni wskazuje, że gdyby istniały hipotetyczne cząstki poruszające się szybciej od światła (tachiony), można byłoby wysyłać sygnały w przeszłość, a tym samym potencjalnie ją zmieniać. Mówiąc ściśle, nie byłaby to forma podróży w czasie, ale łączności z przeszłością i przyszłością. 203 Greene, 2006, 161.

10:00 Spacjalizacja czasu w neuronauce Jeden aspekt teorii Einsteina ma swój odpowiednik w psychologii czasu, przynajmniej o tyle, o ile znajduje to wyraz w języku: chodzi o daleko idącą równoważność czasu i przestrzeni. Steven Pinker

W 1928 roku Albert Einstein wziął udział w interdyscyplinarnej konferencji w Davos. Jednym z jej uczestników był wybitny szwajcarski psycholog Jean Piaget, który zrewolucjonizował dziedzinę psychologii rozwojowej, badając sposób, w jaki dzieci uczą się rozumowania o pojęciach abstrakcyjnych, takich jak ilość, przestrzeń i czas. Einstein podobno wyraził się o spostrzeżeniach Piageta, dotyczących stereotypowych postępów dzieci w pojmowaniu liczb, przestrzeni i czasu, iż jego teoria jest „tak prosta, że jedynie geniusz mógł na nią wpaść”204. W książce Le développement de la notion de temps chez l’enfant (Rozwój pojęcia czasu u dziecka) Piaget pisał: „Bodźcem do tej pracy stało się wiele pytań, jakie uprzejmie podsunął mi Albert Einstein, kiedy przeszło 15 lat temu przewodniczył pierwszej serii międzynarodowych wykładów z filozofii i psychologii w Davos”. Jedno z tych pytań brzmiało: „Czy nasz intuicyjny sposób pojmowania czasu jest cechą prymitywną, czy nabytą?”. Innymi słowy, czy nasza koncepcja czasu stanowi właściwość wrodzoną, czy wyuczoną? Najwyraźniej Einstein poświęcał czas na rozmyślania nie tylko o jego naturze, lecz także o tym, jak myślimy o czasie – to pytanie równie głębokie, jak każde inne.

DZIECI A CZAS

Einsteinowska szczególna teoria względności w pierwszych dekadach XX wieku była bardzo modna i wywierała wpływ na sposób rozumowania naukowców z wielu dziedzin, w tym i dziedziny samego Piageta. Szwajcarski psycholog, biorąc pod uwagę zależność czasu i prędkości, zastanawiał się nad istnieniem paraleli między psychologią a fizyką: „Chcę bronić hipotezy, zgodnie z którą czas psychologiczny zależy od prędkości lub od ruchu wraz z jego prędkością”205 (miał na myśli prędkość, z jaką przemieszczają się obiekty bądź same dzieci). Żeby zrozumieć, jak dziecko tworzy w umyśle reprezentacje czasowe, Piaget prosił badane dzieci o wykonywanie wielu prostych zadań. Do jednego z takich zadań potrzebne były dwie zabawki w kształcie ślimaków, poruszające się przez kilka sekund wzdłuż równoległych torów. Na przykład ślimaki niebieski i żółty mogły wystartować w tym samym miejscu i w tej samej chwili, po czym zatrzymać się w tym samym momencie, ale niebieski ślimak przebył dłuższy dystans, gdyż poruszał się szybciej. Dzieci w wieku 5–6 lat błędnie twierdziły, że ślimak, który dotarł najdalej, zatrzymał się później206. Badania Piageta, a po nim wielu innych, wykazały, że dzieci zaczynają pojmować czas – lub przynajmniej trafnie odpowiadać na pytania o to, jak długo trwają zdarzenia – dopiero wtedy, gdy zrozumieją pojęcia przestrzeni i prędkości. Na przykład dzieci w wieku 5–9 lat na pytania o pociągi zabawki pokonujące różne odległości z różnymi prędkościami i w różnym czasie przeważnie udzielają trafnych odpowiedzi raczej na pytania o dystans i prędkość, nie o czas. Nawet starsze dzieci często się myliły, gdy miały odpowiedzieć, jak długo obiekty się poruszały. W pewnym badaniu 42 procent dzieci w wieku 11–12 lat błędnie wnioskowało, że pociąg zabawka, który pokonał dłuższą drogę, lecz w krótszym czasie, był pociągiem jadącym dłużej207. Jednym z powodów późniejszego rozumienia przez rozwijające się dzieci pojęć związanych z czasem może być fakt, że sposób, w jaki mierzymy czas i przedstawiamy go ilościowo, jest niezmiernie skomplikowany. Jednostki czasu tworzą złożoną, arbitralną hierarchię: miesiące zawierają od 28 do 31 dni; doba składa się z 24 godzin, godzina z 60 minut, a minuta z 60 sekund (nie obowiązuje tu system metryczny). Ponadto tę samą porę można określać na różne sposoby: 8:45 i za piętnaście dziewiąta oznaczają to samo, ale godzina 8:45 może odnosić się do poranka lub wieczoru.

W dodatku, jakby to już nie było dostatecznie mylące, do odmierzania czasu wykorzystujemy arytmetykę modularną – 30 minut po godzinie 8:45 nie następuje godzina 8:75. Skoro język służący do wyrażania czasu oraz konwencje jego odmierzania sprawiają wrażenie dzieł jakiejś nikczemnej organizacji kierującej się wyłącznie zamiarem siania zamętu w młodych mózgach, nie może szczególnie zaskakiwać fakt, że dzieci powoli pojmują pojęcia odnoszące się do czasu. Niemniej to ciekawe, że dzieci szybciej dochodzą do biegłości w odpowiadaniu na pytania o prędkość niż o czas, gdyż przeważnie definiujemy prędkość jako relację bardziej fundamentalnych na pozór pojęć: przestrzeni i czasu. Piaget, zainspirowany szczególną teorią względności, wydawał się wierzyć w psychologiczny prymat prędkości ponad czasem. Pisał o tym w dość nieprzejrzysty sposób: „Czas relatywistyczny jest zatem po prostu rozszerzeniem – w przypadku bardzo dużych prędkości, a całkiem konkretnie prędkości światła – zasady obowiązującej już na najskromniejszym poziomie w konstruowaniu czasu fizycznego i psychologicznego, zasady leżącej (jak się przekonaliśmy) u samego podłoża pojęć związanych z czasem u bardzo małych dzieci”208. Tymi słowy wyraził sugestię, że dzieci intuicyjnie pojmują ideę czasu względnego i jego zależności od prędkości.

PRZESTRZEŃ, CZAS I JĘZYK W rozdziale 1 nadmieniłem, że zwierzęta należące do innych niż ludzki gatunków przejawiają o wiele lepsze „zrozumienie” przestrzeni niż czasu. Prosta czynność włożenia pokarmu do pyska albo zajrzenia za pień drzewa w poszukiwaniu ukrywającej się zdobyczy wymaga tworzenia jakiegoś rodzaju wewnętrznej reprezentacji przestrzennej – bardziej zaawansowanej niż ta, której potrzeba do radzenia sobie z jednowymiarową i nienadającą się do poruszania się w niej domeną czasu. Myszy słyną z uczenia się tras w skomplikowanych labiryntach. Pszczoły nie tylko potrafią niezawodnie znajdować drogę między ulem a kwiatami, ale też nawet komunikować sobie nawzajem lokalizację konkretnych kęp kwiatów. Inne zwierzęta także umieją zdobywać za pomocą swoich zmysłów wskazówki przestrzenne,

takie jak odległość, w znacznie bardziej bezpośredni sposób niż informacje odnoszące się do czasu. Na przykład wielkość obrazu węża na siatkówce oka przekazuje informację o tym, czy wąż znajduje się daleko, czy blisko, a tym samym umożliwia szybkie podjęcie decyzji co do właściwego kierunku działania. Zwierzęcy układ nerwowy uzyskał w trakcie ewolucji zaawansowane sposoby tworzenia reprezentacji współrzędnych dotyczących przestrzeni, takich jak kierunki: do góry, w dół, w lewo i w prawo, zanim posiadł umiejętność tworzenia wyraźnych reprezentacji kontinuum czasowego – przeszłości, teraźniejszości i przyszłości. Powyższy tok rozumowania jest zgodny z teorią, że nasza zdolność rozumienia pojęć związanych z czasem pojawiła się w wyniku włączenia do tych zadań obwodów neuronalnych, które rozwinęły się w celu znajdowania drogi, tworzenia reprezentacji przestrzennych i rozumienia przestrzeni209. Psycholog kognitywista Rafael Núñez pisze: „W ciągu czterech minionych dekad naukowcy jednoczyli się wokół idei, że ludzie określają czas przede wszystkim w kategoriach przestrzeni – o wiele łatwiejszej domeny”210. Często wymienianym dowodem świadczącym na korzyść powyższej teorii jest fakt, że w rozmowie na temat czasu często posługujemy się terminami przestrzennymi. Rzeczywiście, językoznawca George Lakoff i filozof Mark Johnson twierdzili, że „doświadczanie czasu jest naturalnym rodzajem doświadczenia pojmowanego niemal wyłącznie w terminach metaforycznych (poprzez przestrzenne widzenie CZASU i metafory CZAS TO PRZEDMIOT RUCHOMY)”211. Trudno w istocie mówić o czasie trwania zdarzeń, nie uciekając się do przestrzennych przymiotników i przysłówków. „To miło, że reklama trwała KRÓTKO. Już DŁUGO prowadzimy badania nad czasem”. Podobnie zapożyczamy określenia przestrzenne na użytek rozmów o przeszłości i przyszłości: „Będę niecierpliwie WYGLĄDAĆ twojej odpowiedzi. Z PERSPEKTYWY CZASU okazało się to okropnym pomysłem. Od Bożego Narodzenia już BLISKO do Nowego Roku”. Kiedy w angielszczyźnie dokonujemy spacjalizacji czasu, przeszłość umiejscawiamy za nami, a przyszłość – przed nami. Jednak choć we wszystkich językach stosuje się metafory przestrzenne, nie zawsze spacjalizuje się czas w taki sam sposób. W języku ajmara, którym mówią mieszkańcy gór w zachodniej Boliwii i na północy Chile, słowo

oznaczające „przeszłość” (nayra) oznacza także „oczy” lub „wzrok”, a słowo „przyszłość” (qhipa) znaczy także „z tyłu” lub „za”, co sugeruje całkowicie odmienną perspektywę, z jakiej użytkownicy języka ajmara określają czas za pomocą przestrzeni. Rafael Núñez potwierdził niepowtarzalność przestrzenno-czasowej perspektywy w języku ajmara, badając gestykulację jego użytkowników podczas rozmowy. Materiały filmowe z rdzennymi użytkownikami języka ajmara pokazują, że ci ludzie podczas rozmowy o „dawnych czasach” często wskazują do przodu, gdy zaś wspominają o przyszłości, gestem wskazują za siebie212. To odwrócenie perspektywy nie jest aż tak dziwaczne, jak mogłoby się początkowo wydawać. Znamy bądź co bądź wydarzenia z przeszłości, podobnie też wiemy, co się znajduje przed nami, gdyż to widzimy; nie wiemy natomiast nic o przyszłości ani o tym, co mamy za plecami.

ŚRODA Nawet jeśli naprawdę żyjemy w zastygłej czasoprzestrzeni blokowej, w której czas nie mija ani nie płynie, to z subiektywnego punktu widzenia czas z pewnością wydaje się płynąć. Ponownie należy stwierdzić, że język odzwierciedla ten fakt, dokonując zapożyczeń z domeny przestrzeni. „Czas PRZEPŁYWA obok nas. Koniec świata SIĘ ZBLIŻA. Dni ULATYWAŁY”. Ale kto lub co przepływa, zbliża się lub ulatuje? Czy to ja przemieszczam się poprzez czas, czy raczej stoję nieruchomo, a nurt czasu płynie obok mnie? Z punktu widzenia językoznawstwa poprawne są obie ewentualności. Być może zdarzyło ci się stanąć w obliczu dylematu, gdy ci zakomunikowano, że „spotkanie wyznaczone na przyszłą środę przesunięto naprzód o dwa dni”. Zatem masz się stawić na spotkanie w poniedziałek czy w piątek? Określenie „naprzód” na ogół pojmuje się jako wskazanie zgodne z kierunkiem ruchu. Tak więc jeśli poruszasz się wzdłuż statycznej linii czasu i zostanie ona przesunięta naprzód, to docelowy dzień oddali się i wypadnie w piątek. Jeśli jednak stoisz nieruchomo, gdyż określimy sam czas jako nurt przepływający obok ciebie, to przesunięcie spotkania naprzód przybliży je do ciebie i wypadnie ono w poniedziałek. Pierwszą

interpretację (piątek) opisuje się jako perspektywę ruchomego ego, a drugą (poniedziałek) – jako perspektywę ruchomego czasu (ryc. 10.1).

204 Cytat w: Papert, 1999. Nie udało mi się znaleźć potwierdzenia autentyczności tego cytatu w niezależnym źródle. 205 Cytat w: Droit-Volet, 2003. 206 Piaget, 1946/1969. 207 Siegler i Richards, 1979. Patrz także: Matsuda, 1996. 208 Piaget, 1946/1969, s. 279. 209 Walsh, 2003; Núñez i Cooperrider, 2013; Bender i Beller, 2014. 210 Núñez i Cooperrider, 2013. 211 Lakoff i Johnson, 1988, s. 145. 212 Núñez i Sweetser, 2006.

Ryc. 10.1. Perspektywy: ruchomego ego i ruchomego czasu.

Powyższa dwuznaczność stanowi językowy odpowiednik względności Galileusza: ruch musi zostać zdefiniowany względem czegoś. Jak się przekonaliśmy, stwierdzenie „prędkość między tobą a lwem wynosi 10 kilometrów na godzinę” pozostawia otwartą kwestię, kto lub co się porusza; w pustej przestrzeni próby określenia, kto przemieszcza się w czyim kierunku, naprawdę nie mają sensu, gdyż to wszystko jest względne. Niemniej w praktyce naprawdę przydaje się informacja, czy w istocie poruszasz się ty, czy lew; można by zatem ją sprecyzować, mówiąc: „Lew biegnie w twoim kierunku z prędkością 10 kilometrów na godzinę”. W tym zdaniu kryje się założenie, że prędkość zostaje określona względem naszego standardowego układu odniesienia, czyli powierzchni gruntu. Kiedy jednak przychodzi do wygłaszania stwierdzeń dotyczących przesunięć w czasie, brakuje standardowego układu odniesienia. Wyniki badań wykazują, że osoby pytane o to, w jaki dzień wypadnie środowe spotkanie przesunięte naprzód o dwa dni, dzielą się prawie pół na pół: około 50 procent badanych zakłada, że termin to poniedziałek, a reszta – że piątek. To fascynujące, że te perspektywy nie są niewzruszone jak skała. Okazuje się, że odpowiedź zależy od tego, czy pytani w niedalekiej przeszłości fizycznie się przemieszczali. Na przykład kiedy o środowe spotkanie pytano osoby, które przyjechały na lotnisko, żeby stamtąd kogoś odebrać, 51 procent w odpowiedzi wskazywało piątek, lecz spośród osób, które właśnie przyleciały, piątek wskazywało aż 76 procent. Zinterpretowano wyniki w ten sposób, że umysł podróżujących znajdował się w stanie „ruchomego ego”, gdyż te osoby właśnie doświadczyły znacznego przemieszczenia się w przestrzeni. Inne badania wskazują, że fizyczne przemieszczanie się w istocie nie jest konieczne; wystarczy po prostu poinstruować badanych, żeby najpierw pomyśleli o podróży w przestrzeni, i to już wpływa na proporcję wyboru poniedziałku lub piątku213. Z punktu widzenia językoznawstwa relacja między przestrzenią a czasem jest asymetryczna. Metafor przestrzennych często używa się w rozmowach na temat czasu, ale metafory czasowe rzadko się wykorzystuje do opisywania przestrzeni (choć niekiedy używamy jednostek czasu w opisach odległości: „Mieszkam o 10 minut stąd”). Asymetrię tę podaje się jako

dowód, że nasza zdolność określania czasu została nadbudowana na rozumieniu przestrzeni. Jednakże same argumenty lingwistyczne nie uzasadniają w pełni takiego wniosku. Może w rozmowach o czasie zapożyczamy terminy przestrzenne z ogólniejszego powodu: przestrzeń może być uniwersalnym źródłem metafor, gdyż stanowi bardziej naturalną i bogatszą domenę. Rzeczywiście, korzystamy z metafor przestrzennych w niemal wszystkich opisach214. „Staliśmy się sobie bardzo BLISCY, odkąd on ZDYSTANSOWAŁ SIĘ od brata. Koty mają bardzo WYSOKIE standardy. Trudno powiedzieć, czy to cię PODNIOSŁO na duchu, czy ZDOŁOWAŁO”. Okazuje się jednak, że więź między przestrzenią a czasem sięga o wiele głębiej niż do samego języka. Przestrzeń, niezależnie od metafor czy innych kwestii językowych, naprawdę wpływa na sposób naszego postrzegania czasu.

KAPPA Wyobraź sobie dwa źródła światła, oddalone od siebie o niewielką odległość. Każde z nich włącza się na krótko i gaśnie, a odstęp między tymi błyskami wynosi 8 sekund. Ktoś prosi cię o odtworzenie tego odstępu – masz przytrzymywać przycisk przez oszacowany przez ciebie czas. Pytanie brzmi: „Czy odległość między źródłami światła wpłynie na twoją percepcję czasu?”. Mówiąc konkretniej, chodzi o twoją próbę odtworzenia zaobserwowanego interwału. Wyniki jednego z pierwszych badań, w których zajmowano się tym zagadnieniem, ujawniły, że gdy źródła światła znajdowały się od siebie w odległości 8, 16 i 32 cali215 (błyski zaś zawsze pojawiały się co 8 sekund), średni czas między błyskami według szacunkowej oceny badanych wynosił odpowiednio: 6,5; 7,15; 8,05 sekundy216. Zatem odpowiedź na powyższe pytanie jest twierdząca – przestrzeń (odległość między źródłami światła) rzeczywiście wpływa na naszą percepcję czasu. Jest to tak zwany efekt kappa, który wykazano wielokrotnie na wiele sposobów. Na przykład inne badanie polegało na błyskowym włączaniu trzech punktów na ekranie komputera: jednego po lewej stronie, jednego w środku i jednego po prawej. Błyski w tych punktach były równomiernie rozłożone w czasie: pierwszy pojawiał się

w czasie t1=0, drugi w momencie t2=0,5 s, a trzeci w chwili t3=1 s. Badanych pytano, czy pierwszy odstęp czasowy (t2 – t1) jest dłuższy od drugiego (t3 – t2). Chociaż oba interwały były takie same, silny wpływ na odpowiedzi pytanych osób wywierała odległość między punktami. Badani wykazywali znacznie większą skłonność do oceniania pierwszego interwału jako dłuższego, jeśli odległość między pierwszym (lewym) a drugim (środkowym) punktem była większa niż między punktami: drugim (środkowym) i trzecim (prawym)217. Efekt kappa polega na tym, że odległość między dwoma zdarzeniami wywiera silny wpływ na dokonywaną przez człowieka ocenę rozdzielającego je czasu. Dalszym dowodem przemawiającym za relacją między przestrzenią a czasem w naszym mózgu jest zjawisko odwrotne. Zwiększanie opóźnienia między dwoma błyskami, których źródła zawsze znajdują się w tej samej odległości od siebie, sprawia, że badani stopniowo zwiększają szacowaną przez siebie odległość dzielącą oba punkty (to złudzenie nosi nazwę efektu tau). Chociaż efekty kappa i tau wydają się wskazywać na symetryczną relację między przestrzenią a czasem, wyniki innych eksperymentów sugerują asymetrię. Badania, jakie przeprowadzała zajmująca się psychologią poznawczą Lera Boroditsky, wykazują, że niekiedy odległość mocniej wpływa na ocenę czasu niż czas na ocenę odległości. Boroditsky i jej współpracownik Daniel Casasanto prosili studentów MIT o obserwowanie na ekranie komputera linii zwiększających powoli długość. Rosnące linie osiągały różne długości w okresach trwających od 1 do 5 sekund. Po obserwacji każdej linii uczestników proszono o odtworzenie całkowitego czasu wyświetlania linii albo długości, do której dana linia urosła. Wyniki ponownie wykazały, że przy tym samym czasie trwania bodźca na jego ocenę silny wpływ wywierała długość, do jakiej linia urosła. Jeśli linia obecna na ekranie przez 3 sekundy bardzo urosła, badani trafnie oceniali czas jej wyświetlania jako 3 sekundy, lecz jeśli urosła tylko trochę, szacunkowy czas wyświetlania zbliżał się do wartości 2,7 sekundy218. W przeciwieństwie do tego czas wyświetlania linii miał niewielki wpływ na szacunkową ocenę długości. Boroditsky żartobliwie zauważyła: „Piaget doszedł do wniosku, że dzieci nie potrafią wiarygodnie odróżniać przestrzennych i czasowych elementów zdarzeń mniej więcej do

ukończenia 9 lat. Nasze wyniki, podobnie jak rezultaty wielu współczesnych badań w kognitywistyce, sugerują, że Piaget miał rację co do zaobserwowanego zjawiska, ale mylił się w kwestii wieku, w którym dzieci uczą się rozwiązywać ten problem: studenci MIT najwyraźniej również nie potrafią wiarygodnie odróżniać przestrzennych i czasowych elementów doświadczanych zdarzeń”.

ZEGAR CZY PAMIĘĆ? Licznik przebytej odległości i zegar na desce rozdzielczej twojego samochodu działają niezależnie od siebie. Bez względu na to, czy w godzinę przejedziesz 100 kilometrów, czy – brnąc przez uliczny ruch Los Angeles – zaledwie 10 kilometrów, zegar cię poinformuje, że minęło 60 minut (oczywiście pominiemy nieistotne efekty związane ze szczególną teorią względności). Jaskrawy kontrast z tą sytuacją tworzy to, co wydaje się sugerować efekt kappa: że mózgowy zegar odmierzający czas w skali sekund ulega w jakiś sposób wpływom mózgowego licznika odległości, a konkretniej, obwodom neuronalnym odpowiedzialnym za szacunkową ocenę dystansu. Niekoniecznie jednak musi być tak, że jakiś mózgowy zegar przyspiesza pod wpływem efektu kappa; w poprzednich rozdziałach już omawiałem to, że złudzenia czasowe mogą również powstawać w wyniku zniekształceń we wspomnieniach. Zgodnie z paradygmatami badań eksperymentalnych nad percepcją czasu uczestników zawsze prosi się o ocenę określonego odstępu czasowego oraz zapamiętanie go w celu porównania z innymi. Gdyby zatem przyszło ci wykonać pierwsze z opisanych wyżej zadań (w którym co 8 sekund błyskały dwa źródła światła umieszczone w różnych odległościach od siebie), za pomocą jakiegoś neuronalnego stopera w mózgu odliczyłbyś 8 sekund, następnie na pewien czas zapisałbyś tę liczbę w pamięci, po czym ponownie skorzystałbyś ze stopera, żeby odtworzyć zapamiętany okres. Tak więc efekt kappa mógłby powstać nie dlatego, że odległość zmienia tempo działania zegara jako takie, tylko dlatego, że odległość zmienia albo sposób przechowywania danych w pamięci, albo wspomnienie doświadczonego odstępu czasowego.

Wysunięto hipotezę, że w mózgu istnieje wielozadaniowy system odpowiedzialny za przetwarzanie informacji dotyczących wielkości219, a konkretnie, że pewne obwody korowe w płacie ciemieniowym przetwarzają dane ilościowe, bez względu na to, czy wiążą się one z przestrzenią lub czasem, czy są to po prostu liczby. Możliwe zatem, że zniekształcenia czasowe pod wpływem przestrzeni powstają w wyniku interakcji mechanizmów przechowywania przez te obwody informacji dotyczących wielkości. Na przykład przechowywanie w pamięci małej wielkości czasowej i dużej wielkości przestrzennej może zawyżać wielkość czasową. Możemy myśleć o tym zjawisku jak o swego rodzaju efekcie regresji do wartości średniej – przechowywanie w pamięci dwóch wartości ilościowych skutkuje tym, że obie przejmują pewne cechy od siebie nawzajem. Zgodnie z teorią wspólnego systemu przetwarzania danych o wielkości na ocenę czasu wpływałaby nie tylko odległość: natężenie światła bodźca lub jego rozmiary również wywierałyby wpływ na szacunkową długość jego wyświetlania. Rzeczywiście, jak wspomniałem wcześniej, wyniki badań nawet sugerują, że jeśli na ekranie mignie przez identyczny czas mała liczba (powiedzmy, 1) albo duża (9), badani przeważnie sądzą, iż wyświetlanie dużej liczby trwa odrobinę dłużej220. Dodatkowy dowód istnienia w mózgu obszaru tworzącego reprezentacje wielkości przestrzennych i czasowych wynika z pojęcia umysłowej linii czasu – umysłowego odpowiednika reprezentacji czasowej, jakim jest wymiar w kartezjańskim układzie współrzędnych (na osi czasu wykresu). Ci z nas, którym dany został przywilej uzyskania formalnego wykształcenia, często określają czas, szeregując go wzdłuż linii, na której po lewej znajdują się krótkie odstępy czasowe (albo przeszłość), a po prawej dłuższe odstępy (lub przyszłość). Istnienie tej umysłowej linii czasu oraz jej relacja z przestrzenią ujawniają się na wiele sposobów, między innymi w postaci obdarzonego tajemniczą nazwą efektu STEARC (SpatialTEmporal Association of Response Codes, czyli związek przestrzennoczasowy kodów reakcji). Wyobraź sobie, że masz wysłuchać sekwencji wielu dźwięków o różnym czasie trwania, a po każdym z nich musisz przez naciśnięcie jednego z dwóch przycisków zasygnalizować, czy był dłuższy, czy krótszy od wzorcowego odstępu czasowego. Okazuje się, że wykonanie tego związanego z czasem zadania zależy od przestrzennej lokalizacji przycisków! Badani szybciej i trafniej udzielają odpowiedzi, jeśli krótki

odstęp czasowy mają sygnalizować lewym palcem wskazującym, a długi – prawym palcem wskazującym, w porównaniu z odwrotnym ustawieniem przycisków: „krótkim” po prawej, a „długim” po lewej. Innymi słowy, sygnalizowanie krótkich odstępów bardziej naturalnie wychodzi lewą ręką niż prawą, jak gdyby w obwodach neuronalnych rozciągała się od lewej do prawej umysłowa linia czasu221. Kolejne dowody przemawiające za istnieniem umysłowej linii czasu ponownie pochodzą z pracowni Lery Boroditsky. Osoby dotknięte udarem mózgu uszkadzającym dolną część kory prawego płata ciemieniowego często wykazują przestrzenne zaniedbywanie połowicze: są niezupełnie świadome istnienia obiektów znajdujących się po ich lewej stronie. Na przykład pacjenci z zespołem zaniedbywania połowiczego mogą nie zjadać potrawy z lewej strony talerza lub nawet nie wykonywać zabiegów higienicznych po lewej stronie twarzy. Boroditsky wraz ze współpracownikami dowiodła, że tacy chorzy mogą również wykazywać deficyty funkcji umieszczania informacji o przeszłości i przyszłości wzdłuż umysłowej linii czasu, co skutkuje u nich upośledzeniem zdolności zapamiętywania czasowego kontekstu wydarzeń222. Istnieją też dowody, że przestrzeń i czas zlewają się ze sobą na bardziej podstawowym poziomie poszczególnych neuronów223. Na przykład, jak już wspomniałem, neuronaukowcy od dziesięcioleci rejestrują aktywność neuronów tworzących reprezentacje przestrzenne, a konkretnie „komórek miejsca”, w hipokampie; preferencyjnie „odpalają” one sygnały, kiedy zwierzę znajduje się w określonym miejscu w pomieszczeniu. Nowsze dane sugerują, że niewielki odsetek komórek hipokampu może kodować dystans, jaki szczur przebiegł w kołowrotku. Na przykład neuron „dystansu” może wysłać impuls po przebiegnięciu przez szczura 5 metrów – bardziej lub mniej niezależnie od długości okresu biegu (lub tak samo niezależnie od tempa obrotów kołowrotka). Inne komórki wydają się kodować ilość czasu spędzonego przez zwierzę na bieganiu w kołowrotku, być może wysyłając sygnał po tym, jak szczur biegał przez 20 sekund; także w tym przypadku odbywa się to bardziej lub mniej niezależnie od przebytego dystansu. Jednak ogromna większość komórek zachowuje się w bardziej złożony sposób: wzorce wysyłania przez nie impulsów określa jakieś skomplikowane połączenie pozycji zwierzęcia, przebytego przez nie dystansu, ilości minionego czasu oraz prędkości ruchu.

Ogólnie rzecz biorąc, nie rozumiemy jeszcze sposobu, w jaki neurony w hipokampie – bądź gdziekolwiek indziej w mózgu – odmierzają wielkości przestrzenne i czasowe, tworzą ich reprezentacje oraz przechowują je w pamięci. Mimo to z danych lingwistycznych, psychofizycznych i neurofizjologicznych jasno wynika, że przestrzeń i czas rzeczywiście splatają się ze sobą w naszych obwodach neuronalnych.

WZGLĘDNOŚĆ W FIZYCE I NEURONAUCE Na podstawie treści kilku ostatnich rozdziałów przekonaliśmy się, że relacja między przestrzenią a czasem wykazuje w fizyce i neuronauce intrygujące paralele. Oto ich rekapitulacja i rozszerzenie: Czas jest względny. Einstein wykazał, że choć prędkość światła jest wartością absolutną, czas i przestrzeń są względne: przy dużych prędkościach zegary spowalniają swój bieg. Nawiązywał także do względności czasu subiektywnego; powiedział ponoć: „Godzina spędzona z piękną dziewczyną na ławce w parku mija jak minuta, a minuta siedzenia na rozpalonym piecu wydaje się godziną”224. W rozdziale 4 mówiłem, że nasze subiektywne poczucie ilości minionego czasu jest względne i zależy od wielu czynników, w tym od kontekstu, stanu emocjonalnego, skupienia uwagi, cech bodźca (na przykład odległości i prędkości) oraz od tego, czy dana osoba pozostaje pod wpływem związków psychoaktywnych. Przestrzeń i czas nie są niezależne od siebie. Szczególna teoria względności narzuca zależność między przestrzenią a czasem: podróż w przestrzeni z bardzo dużą prędkością sprawia, że czas się wlecze, podczas gdy stanie w miejscu to sposób „najszybszego” przemieszczania się wzdłuż osi czasu. Mówiąc z subiektywnej perspektywy, stwierdzamy, że przestrzeń i czas łączy także wzajemna zależność. Na przykład efekt kappa polega na tym, że kiedy dwa zdarzenia oddzielone jednakowym odstępem czasowym następują w większej odległości od siebie (co odzwierciedla większą prędkość), ludzie przeważnie oceniają te odstępy czasowe jako dłuższe225.

Względność jednoczesności. Jednym z najbardziej zdumiewających następstw szczególnej teorii względności jest fakt, że dwa zdarzenia zachodzące jednocześnie z mojej perspektywy nie są jednoczesne z perspektywy kogoś pozostającego w ruchu względem mnie – czyli jednoczesność jest względna. Chociaż jeszcze tego nie omawialiśmy, jednoczesność jest względna również z subiektywnej perspektywy. Na przykład z powodu tego, że prędkość światła jest milion razy większa od prędkości dźwięku, impulsy wzrokowe i słuchowe pochodzące z tego samego zdarzenia docierają do naszych narządów zmysłów z różnym opóźnieniem. Jednak gdy siedzi się na tanim miejscu w filharmonii, widok i dźwięk uderzających o siebie talerzy postrzega się jako bodźce jednoczesne, choć dźwięk może dobiegać z opóźnieniem bliskim 100 milisekund. W rozdziale 12 przekonamy się, że mózg dla stworzenia dogodnej narracji o rozgrywających się w świecie wokół nas wydarzeniach pozwala sobie na fałszowanie naszej percepcji w kwestii tego, co odbieramy jako jednoczesne. Takie paralele urzekały między innymi Piageta. Wydaje się, że uczony wierzył w głęboki związek między względnym z natury pojęciem czasu u dziecka a relatywistycznym czasem Einsteina226. Jednak taka jest po prostu każda pozorna paralela między szczególną teorią względności a naszą percepcją czasu. Wzajemna zależność przestrzeni i czasu w fizyce zdradza nam coś doniosłego o wszechświecie, ale nic nam nie mówi o psychologii czasu. Fakt, że odległość może wpływać na nasze osądy dotyczące czasu, nie ujawnia niczego o prawdziwej fizycznej istocie przestrzeni i czasu, lecz odsłania pewną głęboką prawdę o architekturze mózgu227. Ale dokładnie jaką? Bez wątpienia istnieje wiele odpowiedzi na to pytanie. Według jednej z nich od pierwszego aż do ostatniego oddechu mózg rejestruje statystykę tego, co widzimy, słyszymy i czego doświadczamy, wykorzystuje też wszelkie wzorce, jakie znajduje, żeby zorientować się w otaczającym nas świecie. Weźmy obraz przedstawiony na rycinie 10.2:

213 McGlone i Harding, 1998; Boroditsky i Ramscar, 2002. 214 Lakoff i Johnson, 1988. 215 Około 20, 40 i 81 centymetrów (przyp. tłum.). 216 Price-Williams, 1954. 217 Huang i Jones, 1982. Efekty kappa i tau wykazano w wielu różnych badaniach z wykorzystaniem modalności wzrokowej i somatosensorycznej (Helson i King, 1931; Cohen et al., 1953; Sarrazin et al., 2004; Goldreich, 2007; Grondin et al., 2011). 218 Casasanto i Boroditsky, 2008. Podobne badanie, w którym również ustalono asymetryczną relację między wpływem odległości na ocenę czasu i na odwrót, patrz: Coull et al., 2015. 219 Walsh, 2003; Bueti i Walsh, 2009. 220 Xuan et al., 2007; Hayashi et al., 2013; Cai i Wang, 2014. 221 Ishihara et al., 2008; Kiesel i Vierck, 2009. 222 Saj et al., 2014. 223 Pastalkova et al., 2008; Kraus et al., 2013; Genovesio i Tsujimoto, 2014. 224 Patrz: Calaprice, 2014. 225 Stwierdzono, że efekt kappa wykazuje paralele ze szczególną teorią względności w takim sensie, że jeśli weźmiemy uczestnika eksperymentu związanego z efektem kappa, który obserwuje szybko przemieszczający się obiekt w innym układzie odniesienia, jego zegar w rezultacie chodzi szybciej – czyli według jego pomiaru upłynie więcej czasu, podobnie jak w przypadku pozostającego w bezruchu bliźniaka z paradoksu bliźniąt (Goldreich, 2007). Jednak z drugiej strony szczególna teoria względności zawiera absolutny kompromis między odległością a czasem. Prędkość i ilość minionego czasu są lokalnie odwrotnie proporcjonalne względem siebie, podczas gdy w efekcie kappa postrzegany odstęp czasowy i prędkość są w stosunku do siebie wprost proporcjonalne. 226 Na przykład Piaget stwierdził: „Choć może się to wydawać paradoksalne, względne przedziały czasowe i czas własny w teorii Einsteina mają się tak do czasu absolutnego, jak czas absolutny do czasu indywidualnego i czasu lokalnego według intuicji dziecka” (cytat w: Sauer, 2014). Pisał również: „Ale zależność czasu od prędkości jest w makroskali nadal podstawowa, gdyż – przy wielkich prędkościach – czas pojmowany jako względny stwarza takie same trudności przy pomiarach jak czas pojmowany przez małe dziecko. W obu bowiem wypadkach relacje czasowe są podporządkowane określonym prędkościom” (Piaget, 1977).

227 Proszę zauważyć, że to całkowicie odmienne stwierdzenie od tego, które zawarłem w poprzednim rozdziale, dotyczącego subiektywnego poczucia upływu czasu. Niezależnie od zniekształceń w wyniku całej plejady złudzeń czasowych nasze subiektywne poczucie upływu czasu trzeba wyjaśnić w sposób zgodny zarówno z fizyką, jak i neuronauką.

Ryc. 10.2. Złudzenie wklęsłości/wypukłości. Środkowe koło z ciemniejszą dolną krawędzią widzimy jako wypukłe (wystające ponad powierzchnię strony), a koła z ciemniejszymi górnymi krawędziami – jako wklęsłe, ponieważ mózg zakłada, że światło pada na rycinę od góry.

Spośród trzech kół przypuszczalnie środkowe wywołuje złudzenie wypukłości – jak gdyby wznosiło się ponad powierzchnię strony – natomiast koła po obu jego stronach sprawiają wrażenie wklęsłych i przypominają wydrążone w stronie książki zagłębienie (jeśli odwrócisz książkę do góry nogami, dostrzeżesz, że okręgi przybiorą odmienną orientację, a teraz środkowy wydaje się wklęsły). To złudzenie stanowi konsekwencję faktu, że od dnia narodzin twój układ wzrokowy rejestruje próbki do statystyki świata: światło na ogół pada od góry, zatem wybrzuszenie na ścianie rzuci cień na swoją dolną połowę, a zagłębienie wywoła cień wzdłuż swojej górnej krawędzi. Mózg, podobnie jak wykorzystuje wcześniejsze informacje o źródłach światła do wnioskowania o trójwymiarowych kształtach, korzysta również z doświadczeń z przeszłości, żeby wnioskować o czasie i przestrzeni. Wszyscy dysponujemy obszernymi bazami danych o przedmiotach i zwierzętach przemieszczających się w przestrzeni i czasie – na ogół z prędkością o dość ograniczonym zakresie. Stąd wiemy, iż odległość i czas łączy korelacja; dziecko obserwujące kroplę deszczu spływającą po szybie może zauważyć, że im więcej upłynie czasu, tym większą odległość przemierzy kropla. Mózgowym zegarom daleko do doskonałości, toteż wobec braku perfekcji ich działania wykorzystujemy wcześniejsze doświadczenia jako wskazówki przy formułowaniu sądów. Stopień, w jakim nieistotne informacje, takie jak odległość między dwoma błyskającymi źródłami światła, wpływa na dotyczące czasu decyzje, jest w istocie stosunkowo niewielki, mniej więcej takiego samego rzędu, jak dokładność mózgowych zegarów. To wszystko znaczy, że jeśli ma się w mózgu niedokładnie działający stoper, a trzeba ustalić, jak długo jechały dwie zabawki w kształcie pociągów, rozsądnie będzie przy formułowaniu oceny wziąć pod uwagę odległość przebytą przez każdą z nich228. Podejrzewam, że przestrzeń i czas splatają się ze sobą w naszych neuronalnych obwodach z co najmniej dwóch powodów. Po pierwsze, mózg – podobnie jak sama ewolucja – ma nader oportunistyczny modus operandi: zawsze zapożycza istniejące cechy i poddaje je wtórnemu wykorzystaniu. Prawdopodobnie zdolność rozumienia pojęcia czasu uzyskaliśmy częściowo poprzez włączenie do tego zadania obwodów

powstałych w toku ewolucji do znajdowania drogi i określania przestrzeni. Po drugie, mózg jest mistrzem w wyszukiwaniu informacji we wzorcach z zewnętrznego świata, a ponieważ odstępy przestrzenne i czasowe łączy ścisła korelacja, mózg wykorzystuje odległości w celu optymalizacji szacunkowej oceny upływu czasu. * Według eternalizmu czas jest uprzestrzenniony: wszystkie momenty są rozłożone i zastygłe we wszechświecie blokowym, nam zaś pozostaje wyciągnąć wniosek, że upływ czasu to wytworzone przez umysł złudzenie. Czy to złudzenie może jednak działać na opak? Czy architektura mózgu nagina nasz sposób interpretowania praw fizyki? Fizyk Lee Smolin wysuwa przypuszczenie, że coraz silniejsza spacjalizacja czasu w fizyce wywarła wpływ na naszą koncepcję istoty czasu: „Zdolność do takiego zatrzymania czasu jest wielce pomocna w badaniach naukowych, ponieważ nie musimy obserwować ruchu zachodzącego w czasie realnym (…). Poza swą użytecznością ten wynalazek ma bardzo głębokie konsekwencje filozoficzne, ponieważ wspiera argument, że czas jest iluzją. Metoda zatrzymania czasu daje tak dobre wyniki, że większość fizyków jest nieświadoma, iż zostali poddani sztuczce mającej wpływ na ich rozumienie natury”229. Teraz, skoro już wiemy, że to sam mózg dokonuje spacjalizacji czasu, warto również zadać sobie pytanie, czy akceptacja eternalizmu odniosła korzyść z faktu, że ta koncepcja znajduje oddźwięk w architekturze narządu odpowiedzialnego za wybór między eternalizmem a prezentyzmem230. Innymi słowy, skoro opracowaliśmy teorie i metody matematyczne, w których przedstawiamy czas jako wymiar podobny do przestrzeni, może eternalizm wydaje się nam dogodniejszy od prezentyzmu ze względu na sposób, w jaki mózg określa czas. Trudno odpowiedzieć na to pytanie, lecz wkrótce się przekonamy, że ludzki umysł rzeczywiście zamieszkuje wszechświat eternalistyczny: w kategoriach umysłowych przeszłość i przyszłość nie tylko istnieją, lecz także stanowią sensowne cele podróży. Istotnie, nasz gatunek można częściowo zdefiniować na podstawie naszej bezustannej skłonności do umysłowych przeskoków tam i z powrotem między przeszłością, teraźniejszością i przyszłością.

228 Ogólna strategia polegająca na wykorzystywaniu wcześniejszych doświadczeń łącznie z najlepszymi z bieżących ocen szacunkowych nosi nazwę teorii podejmowania decyzji Bayesa (Kording, 2007); uważa się, że wyjaśnia ona wiele aspektów percepcji i podejmowania decyzji, w tym formułowania osądów dotyczących czasu (Collyer, 1976; Goldreich, 2007; Jazayeri i Shadlen, 2010). 229 Smolin, 2015. 230 Chodzi tu o coś subtelnie różniącego się od faktu, że intuicyjnie faworyzujemy prezentyzm, ponieważ tylko teraźniejszość wydaje się rzeczywista. Mam tu na myśli to, że ze względu na abstrakcyjne i matematyczne przedstawianie czasu jako wymiaru bardzo podobnego do przestrzeni być może wykazujemy skłonność do eternalizmu, gdyż ludzie wydają się określać czas w kategoriach przestrzennych.

11:00 Umysłowa podróż w czasie Nieśmiertelność to rzecz powszechna; wszystkie stworzenia z wyjątkiem człowieka są nieśmiertelne, nie mają bowiem świadomości istnienia śmierci. Jorge Luis Borges

Jedenastego marca 2011 roku trzęsienie ziemi o magnitudzie 9,0 wywołało olbrzymią falę tsunami, która zwaliła się na północno-wschodnie wybrzeże Japonii. Zginęło około 15 000 osób, a setki tysięcy pozostało bez dachu nad głową. Podczas późniejszych operacji usuwania gruzów w raportach donoszono o licznych „głazach ostrzegających przed tsunami” – znajdowanych w rejonach zniszczeń dużych kamieniach, na których przed wiekami wyryto napisy z ostrzeżeniami, takimi jak: „Nie budujcie domów poniżej tego punktu!”231. Na te przestrogi zważano albo nie – zależnie od konkretnego przypadku bądź miasta. Jednak autorzy napisów wyraźnie mieli na myśli odległą przyszłość, wyobrażając sobie, że pewnego dnia ludzie tacy jak oni sami staną przed dylematem, będą bowiem musieli podjąć decyzję, gdzie wybudować sobie domy. Autorzy napisów wybiegali myślą w przyszłość i oferowali następcom radę na podstawie własnych tragicznych doświadczeń. Psycholodzy Thomas Suddendorf i Michael Corballis nazwali zdolność dokonywania mentalnych projekcji nas samych w przyszłość „umysłową podróżą w czasie”232. W rozdziale 2 pisałem, że nasza umiejętność przekształcenia kamienia w narzędzie siewu, mającego zapewnić w przyszłości wyżywienie, wzniesienie chaty, pracę za wynagrodzenie lub oszczędzanie na emeryturę, zależy od zdolności wyobrażenia sobie różnych kolei przyszłego losu i zrozumienia, iż teraźniejszymi działaniami możemy wykuwać przyszłość. Zdolność odbywania umysłowych podróży w czasie,

że ponownie zacytuję psychologa Endela Tulvinga, „pociągnęła za sobą radykalną przemianę w relacjach ludzi z naturą. Zamiast używać rozumu dla dostosowania się do kaprysów natury, w tym niepewnej dostępności żywności, schronienia i ochrony przed drapieżnikami, ludzie zaczęli antycypować te problemy i podejmować działania w celu łagodzenia ich nieprzewidywalności”233. Wielu psychologów, z Endelem Tulvingiem i Thomasem Suddendorfem włącznie, uważa umysłową podróż w czasie za wyjątkową ludzką funkcję poznawczą, a w istocie za kluczowy element ludzkiej tożsamości.

WIZYTY W PRZESZŁOŚCI I W PRZYSZŁOŚCI Przypominam sobie zdarzenie z dzieciństwa, kiedy spacerowałem wzdłuż brzegu jeziora w parku imienia Rogera Williamsa. Była wtedy zima i część tafli jeziora zamarzła. Wiedziony głupią myślą, postanowiłem sprawdzić grubość lodu i wpadłem do lodowatej wody. Możliwość przywołania tego wspomnienia i umysłowego przeżycia tego epizodu na nowo opiera się na dwóch odmiennych kategoriach pamięci: semantycznej i epizodycznej. Rozgraniczenie między tymi dwoma typami ludzkiej pamięci określa się niekiedy jako różnicę między tym, co się wie, a tym, co się pamięta. Pamięć semantyczna oznacza wiedzę, na przykład znajomość nazwy parku oraz faktu, że znajduje się on w mieście Providence, które z kolei znajduje się na Rhode Island. Pamięć semantyczna obejmuje również znajomość jeszcze bardziej podstawowych faktów potrzebnych do zorientowania się w tej historii, na przykład tego, że woda może zmienić się w lód, a zamarzająca woda jest zimna. Pamięć epizodyczna zaś oznacza możliwość umysłowego przeżycia tego epizodu na nowo, ujrzenia w myśli obrazu lodu, przywołania treści emocjonalnego przeżycia, z jakim wiązało się odczucie zimna, oraz przypomnienia sobie, że woda była płytka, dzięki czemu dość łatwo mogłem się wydostać z powrotem na brzeg. Często traconą z oczu cechą różnicującą pamięć semantyczną i epizodyczną jest brak lub obecność stempla czasowego. Wiesz, że woda może zmienić się w lód, ale dam sobie rękę uciąć, iż nie masz pojęcia, od kiedy znasz tę ważną ciekawostkę. Możesz znać nazwę stolicy Nepalu, ale

czy pamiętasz, od kiedy wiesz, że brzmi ona Katmandu? Nasza pamięć semantyczna przechowuje wiedzę o świecie, ale nie datę zdobycia jakiejś konkretnej informacji ani nawet kolejność zdobywania wiadomości. Czego nauczyłeś się najpierw? Tego, że marynowane ogórki zaliczają się do pikli, czy tego, iż rodzynki to suszone winogrona? W przeciwieństwie do tego zjawiska wspomnienia przechowywane przez pamięć epizodyczną mają na ogół jakiś stempel czasowy, niczym datę związaną z każdym plikiem zapisanym w komputerze. Niekoniecznie musi to oznaczać dokładną datę, może to być przybliżony rok, twój orientacyjny wiek lub po prostu informacja, że dany epizod zdarzył się przed innym pamiętnym wydarzeniem z twojego życia albo po nim: jeśli przypominasz sobie swój pierwszy pocałunek oraz najbardziej żenujące przeżycie, jakiego kiedykolwiek doświadczyłeś, to prawdopodobnie wiesz, co nastąpiło wcześniej (mam nadzieję, że w tym wypadku chodzi o dwa różne epizody). Pamięć epizodyczna i nasza zdolność umysłowej projekcji samych siebie do przodu w czasie ściśle zależą od pamięci semantycznej. Trudno byłoby odbyć umysłową podróż na zaplanowany już urlop w ośrodku na tropikalnej plaży bez roboczej znajomości piasku, słońca, oceanu i smaku piña colady. Badania nad rozwojem dzieci wskazują – zgodnie z poglądem, że pamięć semantyczna może służyć jako infrastruktura umożliwiająca rozmieszczanie wspomnień epizodycznych – iż u dzieci pamięć semantyczna rzeczywiście pojawia się przed epizodyczną. Na przykład kiedy czterolatki nauczy się nazw nowych kolorów, takich jak zielonożółty odcień chartreuse lub brązowoszary taupe, dzieci szybko uczą się stosować te wiadomości w praktyce, gdy prosi się je o wybranie przedmiotu odpowiedniej barwy. Jednakże zapytane o to, kiedy się nauczyły ich nazw, często twierdzą, że zawsze znały te kolory, choć nauczyły się je nazywać zaledwie przed kilkoma minutami234. Osoby cierpiące na tak zwaną niepamięć następczą (amnesia anterograda) na ogół tracą zdolność zapisywania w pamięci semantycznej i epizodycznej nowych informacji, choć nadal potrafią uczyć się zadań ruchowych, takich jak jazda na rowerze, oraz rejestrować inne rodzaje tak zwanych wspomnień proceduralnych, czyli nieświadomych. Wiadomości zapisane uprzednio w pamięci semantycznej (na przykład imiona krewnych albo nazwa stolicy Francji) w dużej mierze pozostają nienaruszone, choć niektórzy pacjenci z amnezją mają również upośledzoną zdolność

przypominania sobie dawnych epizodów z życia (tych, które zdarzyły się przed wystąpieniem niepamięci)235. Nie zaskakuje fakt, że osobie z amnezją trudno opisać swoje zajęcia z wczorajszego dnia – taki stan dość dobrze odpowiada definicji tego zaburzenia. Jednak czy chorym cierpiącym na niepamięć trudność sprawia również planowanie działań z wyprzedzeniem albo opisanie, czym mogą zajmować się następnego dnia? Wydaje się, że odpowiedź na to pytanie jest twierdząca. Badania prowadzone w ciągu dwóch minionych dziesięcioleci coraz mocniej wskazują, że niektórzy pacjenci z amnezją z trudem dokonują projekcji samych siebie zarówno w przeszłość, jak i w przyszłość. Jeden z nich, znany pod inicjałami K.C., doznał w wypadku motocyklowym rozległego uszkodzenia hipokampu. Oprócz utraty większości wspomnień z pamięci epizodycznej wykazywał również wyraźny deficyt zdolności myślenia o własnej przyszłości. Poniżej zamieszczam fragment rozmowy K.C. z Endelem Tulvingiem:

ET: Spróbujmy ponownie zastanowić się nad pytaniem o przyszłość. Co będzie pan robił jutro? [pauza trwająca 15 s] KC: Nie wiem. ET: Czy pamięta pan pytanie? KC: O to, co będę robił jutro? ET: Tak. Jak by pan opisał własny stan umysłu, kiedy próbuje pan się nad tym zastanawiać? [pauza trwająca 5 s] KC: Chyba jako pustkę236.

K.C. na pewno rozumiał pojęcia przeszłości, teraźniejszości i przyszłości. Potrafił uporządkować zdarzenia w czasie i wiedział, że jego brat nie żyje. Deficyt tego pacjenta wydaje się dość wyraźnie ograniczony do sfery, którą Suddendorf i Corballis uznaliby za umysłowe podróżowanie w czasie. Te oraz inne spostrzeżenia zgadzają się z poglądem, że umysłowe podróże w czasy przeszłe lub przyszłe opierają się częściowo na tych samych funkcjach poznawczych, które wykorzystujemy do przechowywania i odtwarzania autobiograficznych informacji o przeszłości.

UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE U ZWIERZĄT Czy zdolność dokonywania umysłowych projekcji samego siebie w przeszłość lub przyszłość to wyjątkowa cecha gatunku Homo sapiens? Widzimy, że wszystkie zwierzęta odmierzają czas i w naturalny sposób przewidują zdarzenia w zewnętrznym świecie: uczą się obfitego wydzielania śliny w reakcji na dźwięk dzwonka, zanim dotrze do nich pokarm, umieją budzić się przed wschodem słońca, żeby wyruszyć na poszukiwanie żywności. Wiemy również, że niektóre zwierzęta wydają się rozmyślnie czynić przygotowania na przyszłość: ptaki wiją gniazda, bobry budują tamy, żeby ochronić swoje siedliska, wiewiórki magazynują orzechy. Jednak czy któreś z tych zachowań pozwala wnioskować, że te zwierzęta w jakimś sensie myślą o przyszłości albo że rozumieją pojęcie czasu? Odmierzanie czasu z pewnością nie równa się myśleniu o przyszłości; zegar wszak odmierza czas, choć go nie rozumie. Co więcej, wicie gniazd lub magazynowanie pokarmu nie oznacza, że zwierzę pojmuje odległe następstwa swoich działań. Nikt nie sugeruje, że gąsienica szuka idealnego miejsca, do którego będzie mogła się przytwierdzić i przekształcić się w poczwarkę, myśląc sobie przy tym: „To idealne miejsce, żeby się przeobrazić w pięknego motyla”. Większość przykładów pozornego długofalowego planowania u zwierząt w rzeczywistości sprawia wrażenie wbudowanych instynktów. Psycholog Daniel Gilbert stwierdził: „Wiewiórka, która chowa orzech w moim ogródku, «wie» o przyszłości mniej więcej na tej samej zasadzie, na jakiej spadający kamień «zna» prawo ciążenia”237 – rzeczywiście, młode wiewiórki, choć nigdy nie przeżyły zimy, mimo to magazynują orzechy. Zwierzęta przejawiają najróżniejsze zachowania, choć nie rozumieją ich przyczyn ani długofalowego znaczenia. Wiadomo, że nawet ludzie podejmują dość złożone zachowania, niewiele myśląc o tym, co się zdarzy za dziewięć miesięcy. Jednakże fakt, iż wiele zwierzęcych zachowań ukierunkowanych na przyszłość opiera się na wbudowanych instynktach, nie oznacza, że zwierzęta nie potrafią podejmować umysłowych podróży w czasie. W istocie to, czy potrafią, czy nie, jest kwestią wzbudzającą gorące debaty w dziedzinach kognitywistyki zwierząt i psychologii ewolucyjnej.

Do czołowych kandydatów na zwierzęta zdolne do umysłowych podróży w czasie należą członkowie ptasiej rodziny krukowatych (Corvidae), do której zaliczają się sójki, wrony i kruki. Brytyjska psycholożka Nicola Clayton przeprowadziła całą grupę prac badawczych, mających na celu ustalenie, czy gatunek sójki o nazwie modrowronka zaroślowa potrafi angażować się w umysłowe podróże w przyszłość. Modrowronki zaroślowe magazynują niewielkie porcje pokarmu w różnych miejscach, a dzięki znakomitej pamięci przestrzennej umieją później je znajdować. Jak wspomniałem, to samo w sobie nie oznacza umysłowych podróży w czasie, ale Clayton posłużyła się wieloma zmyślnymi manipulacjami, które łącznie sugerują, że za działaniami ptaków kryje się coś więcej niż skłonność do ulegania instynktowi magazynowania pokarmu. Modrowronki zjadają zarówno robaki (larwy ciem), jak i orzechy, wolą jednak robaki, przynajmniej świeże. Na przykład gdy daje im się do wyboru świeże robaki i orzechy, wybierają robaki, ale gdy otrzymują orzechy i pięciodniowe, rozkładające się już robaki, niechętnie traktują te ostatnie i zwracają się ku orzechom. Postawiono zatem pytanie: jeśli modrowronkom zaroślowym pozwoli się schować na zapas świeże robaki i orzechy, po czym wrócić do schowków po czterech godzinach albo po pięciu dniach, co zechcą wydobyć z zapasów – robaki czy orzechy? Po czterech godzinach ptaki chętniej szukały miejsc, w których ukryły robaki, ale gdy pozwolono im wrócić po pięciu dniach, wyszukiwały miejsca z ukrytymi orzechami (dla upewnienia się, czy ptaki nie opierają swoich wyborów na zapachach wydobywających się ze skrytek, badacze zawsze wykradali schowany pokarm przed fazą eksperymentu, w której odbywało się wydobywanie ukrytej zawartości). Na przykład w grupie ptaków powracających na miejsce po czterech godzinach 83 procent pierwszych przypadków wydobycia pokarmu ze skrytek dotyczyło miejsc ukrycia robaków, podczas gdy ta wartość w grupie poszukującej po pięciu dniach spadała do 0 procent. Wydawało się, że ptaki zdają sobie sprawę, iż robaki po pięciu dniach przekroczą termin przydatności do spożycia. W kolejnym eksperymencie Clayton i jej współpracownicy wykorzystali znany fakt, że modrowronki zaroślowe dopuszczają się przestępstw. Sójki, gdy zobaczą, jak ich pobratymcy magazynują żywność, potrafią później ją wykradać. Modrowronki zaroślowe podejmują więc przeciwdziałania: jeśli wiedzą, że w trakcie magazynowania były obserwowane, mogą później

wydobywać pokarm nie po to, by go zjeść, lecz ponownie ukryć. Clayton i współpracownicy wykazali, że jeśli modrowronka wie, iż jest pod obserwacją, istnieje większe prawdopodobieństwo jej powrotu w celu ponownego ukrycia przysmaków niż wtedy, gdy magazynowanie pokarmu odbywa się na osobności. To ponownie sugeruje zdolność do umysłowych podróży w czasie, gdyż można by argumentować, że sójki przewidują przyszły epizod, w którym jakiś złodziejaszek kradnie im żywność. Te oraz inne zbliżone do nich eksperymenty przywiodły Clayton do hipotezy, że ptaki podejmują prawdziwe podróże umysłowe w przyszłość238. Modrowronki zaroślowe nie są jedynymi poważnymi kandydatami na zwierzęta umiejące odbywać umysłowe podróże w czasie. W innych badaniach starano się rozstrzygnąć, czy wielkie małpy (szympansy zwyczajne i karłowate, goryle oraz orangutany) przejawiają cechę, którą nazwalibyśmy umiejętnością przewidywania. Jeden sposób podejścia w poszukiwaniu odpowiedzi na to pytanie opierał się w zasadzie na ustaleniu, czy wielkie małpy potrafią pojąć sposób posługiwania się pieniędzmi. Jedno z badań przeprowadzono z udziałem małp nauczonych uprzednio wymiany żetonów na pokarm – zwierzęta pojęły, że treserzy przyjmują w zamian za żywność pewne cenne żetony, takie jak kawałki kolorowej rurki z polichlorku winylu, natomiast inne żetony są bezwartościowe. W eksperymentach badających „umiejętność przewidywania” małpy również nauczyły się, że 30 minut po tym, jak udostępniono im zbiór żetonów, będą miały szansę wymiany na żywność tych, które okażą się wartościowe. Eksperymentatorzy zadali sobie pytanie, ile żetonów pochwycą małpy, zanim zostaną na 30 minut przeniesione do poczekalni. Sześć spośród ośmiu badanych zwierząt przyniosło do poczekalni więcej wartościowych żetonów w porównaniu z liczbą, którą przeniosły podczas próby w warunkach kontrolnych, kiedy nie miały możliwości dokonywania wymiany. Wydawało się, że orangutany radzą sobie z tym zadaniem lepiej od szympansów karłowatych, które z kolei osiągały lepsze wyniki niż szympansy zwyczajne. Ogólnie rzecz biorąc, przynajmniej niektóre z wielkich małp mają, jak się zdaje, dostateczną umiejętność przewidywania, żeby zabrać portfel, zanim udadzą się na rynek239 (tym samym potrafią przewidywać lepiej niż ja w niektóre dni). Niektórzy naukowcy nie podzielają przekonania, że powyższe wyniki przesądzają o zdolności małp do odbywania umysłowych podróży w czasie.

Być może małpy bezrozumnie uczą się pewnej sekwencji działań, znacznie bardziej skomplikowanej wersji zadania, w którym szczury uczą się naciskania dźwigni, żeby uzyskać pokarm. Co więcej, efekty często były słabe; na przykład na ogół nie każdy osobnik z badanej grupy ptaków czy małp potrafił „załapać” sprawę. Niemniej opisane badania dostarczają niezbitych danych, że pewne zwierzęta umieją elastycznie dostosowywać swoje zachowania, żeby zaspokoić przyszłe potrzeby. Jednak debaty na temat zdolności zwierząt do odbywania prawdziwych podróży w czasie bez wątpienia będą trwały do czasu przyjęcia uniwersalnej definicji podróży w czasie lub metody badania tych zjawisk.

ŻYCIE W TERAŹNIEJSZOŚCI Bez względu na to, czy nasi najbliżsi żyjący krewni również potrafią odbywać umysłowe podróże w czasie, czy nie, między ludźmi a małpami istnieje przepaść, jeśli chodzi o myślenie o przyszłości i snucie planów. Prymatolożka Jane Goodall stwierdziła: „Szympansy potrafią nauczyć się języka gestów, ale w naturze, o ile nam wiadomo, nie są w stanie komunikować się w kwestii rzeczy, które nie istnieją w teraźniejszości. Nie umieją się nauczyć, co się działo 100 lat temu czy 10 lat temu, z wyjątkiem okazywania strachu w pewnych miejscach. Z pewnością nie są w stanie planować na 5 lat naprzód”240. Ludzie nie tylko komunikują się ze sobą w sprawach wydarzeń z przeszłości i snują plany na przyszłość, lecz także przeskakują tam i z powrotem wzdłuż umysłowej linii czasu dla wyrażenia skomplikowanej relacji czasowej. Weźmy takie zdanie: „W zeszłym miesiącu kaznodzieja przepowiedział, że za trzy miesiące nastąpi koniec świata, więc w przyszłym miesiącu będę wydawał wszystkie swoje oszczędności”. W jaki sposób jakiekolwiek zwierzę, którego nie stać na luksus posługiwania się językiem i prostymi obliczeniami arytmetycznymi, miałoby się zorientować w tak skomplikowanych zagadnieniach czasowych? Pewnych dowodów wzajemnej zależności języka, liczb i umysłowych podróży w czasie dostarczyły badania niewielkiego plemienia Pirahã,

rdzennych mieszkańców Amazonii, żyjących z myślistwa-zbieractwa. W ich języku istnieją proste konstrukcje gramatyczne czasów przeszłego i przyszłego, ale brakuje struktur wyrażających czasowe relacje, takie jak „do przyszłego miesiąca zdążę już wydać wszystkie oszczędności” (w tym wypadku zwrot „zdążę już wydać” odnosi się do przeszłości z perspektywy pewnego przyszłego momentu). Jeśli chodzi o liczby, członkowie plemienia Pirahã mają system liczenia „jeden-dwa-wiele”: dane ilościowe powyżej dwóch po prostu określają słowem „wiele”. Potrafią odróżniać niewielkie i duże liczby przedmiotów, na przykład pięć i dziesięć, ale z trudem dopasowują do siebie liczby przedmiotów należących do różnych grup. Jeśli pokaże im się cztery baterie typu AA i poprosi o położenie na stole takiej samej liczby orzechów, zrobią to dość dokładnie, ale jeżeli przedmiotów będzie dziesięć, na ogół nie wykonają takiego zadania. Nic zatem zaskakującego, że z powodu systemu liczenia „jeden-dwa-wiele” ci ludzie mają, jak się zdaje, niewielkie pojęcie o własnym wieku241. Językoznawca i były misjonarz Daniel Everett uważa, że członkowie plemienia Pirahã są zakorzenieni w teraźniejszości: „Indianie Pirahã nie magazynują żywności, nie planują dalej niż na jeden dzień naprzód, nie rozmawiają o odległej przyszłości ani przeszłości – wydają się skoncentrowani głównie na chwili obecnej”242. Everett początkowo zamierzał nauczyć się ich języka i przetłumaczyć nań Biblię oraz nawrócić ich na chrześcijaństwo. W posługiwaniu się ich językiem osiągnął wprawdzie biegłość, ale w swoich misjonarskich aspiracjach poniósł spektakularną klęskę, gdyż to członkowie plemienia Pirahã ostatecznie przywiedli go do ateizmu. Everett częściową winą za tę porażkę obciąża ich brak zainteresowania oraz sceptycyzm wobec zdarzeń, których bezpośrednio nie przeżyli lub przynajmniej nie usłyszeli o nich w relacji „z drugiej ręki”: historie o Jezusie nie za bardzo ich interesowały, odkąd zdali sobie sprawę, że Everett nigdy naprawdę nie spotkał Jezusa. Wydawało się również, że tak samo nie interesuje ich przyszłość ani to, co się zdarzy – o ile zdarzy się cokolwiek – po śmierci. Everett nie sądzi, by ów ograniczony pogląd na kwestie czasu odzwierciedlał u tych Indian jakiś wrodzony deficyt neurologiczny, gdyż cechują się oni inteligencją i wyśmienitymi umiejętnościami przeżycia w dżungli: „Potrafią wkroczyć do dżungli nago, bez broni ani narzędzi, a po trzech dniach wyjść z koszami

pełnymi owoców, orzechów i upolowanej drobnej zwierzyny”243. Uważa raczej, że nastawiona na teraźniejszość egzystencja członków plemienia Pirahã stanowi charakterystyczny rys ich kultury. Takie życie bieżącą chwilą z pewnością jest możliwe dzięki środowisku i mniej lub bardziej bezustannie dostępnej żywności. Obojętność tych Indian wobec przyszłości nie sprzyjałaby przeżyciu w kulturach rdzennych Inuitów, którzy dla wytrwania w warunkach surowych zim muszą wykazywać się znaczną przezornością i podejmować wiele przygotowań.

WYSYŁANIE WIADOMOŚCI W PRZYSZŁOŚĆ Poszczególni ludzie oraz kultury diametralnie się różnią pod względem przemyśleń i starań ukierunkowanych na przyszłość, a także czasowego dystansu, jaki pokonują w umysłowych podróżach w przyszłe czasy. Wszyscy znamy ludzi odrobinę podobnych do członków plemienia Pirahã, sprawiających wrażenie, że żyją z dnia na dzień – na ogół wydają się szczęśliwi, choć los nie szczędzi im trudności finansowych i osobistych. Na drugim zaś końcu spektrum znajdują się ci, których wszystkie myśli i działania mają na celu osiągnięcie jakiegoś celu w odległej przyszłości244. Istnieją także wizjonerzy wybiegający w marzeniach w przyszłość o całe dekady i stulecia. Owa zdolność do podróżowania w czasie poza granice okresu życia danej osoby prawdopodobnie stanowi kamień węgielny ludzkiej kultury. Poprzez podania ludowe, jaskiniowe malowidła naskalne, tabliczki z kamienia i drewna, wreszcie przesłania zapisywane w zwojach papirusu i w księgach przedstawiciele gatunku Homo sapiens podejmowali jednostronne rozmowy z przyszłymi pokoleniami. W 2004 roku fala tsunami na Oceanie Indyjskim uśmierciła 230 000 osób z żyjących na wybrzeżach społeczności w 14 różnych krajach. Jedna z wyspiarskich osad w Tajlandii, zamieszkana przez rdzennych członków ludu Moka (zwanego „morskimi Cyganami”), uległa zniszczeniu, lecz przy niewielkiej liczbie ofiar w ludziach, o ile jakiekolwiek były. Starsi przedstawiciele społeczności znali opowieści o głodnych duchach morza. Wierzyli, że cofnięcie się morza (poprzedzające tsunami) stanowi ostrzeżenie przed głodem oceanu, więc zgodnie z tym wierzeniem lud

Moka uciekł na wyżej położone tereny, zanim olbrzymie fale runęły na wybrzeże. Według nich do tsunami doszło dlatego, że „wielka fala od dawna nikogo nie pożarła, więc znowu zapragnęła ich [ludzi] smaku”245. Opowieści tych, którzy dawniej przetrwali atak tsunami, musiały być przekazywane przez wieki i zapisywane nie jako nudne fakty w pamięci semantycznej („kiedy morze się cofa, uciekajcie na wyższy teren”), lecz jako plastyczne i emocjonujące historie o ludziach pożartych przez morze – a tym samym dobrze nadające się do pośredniego zapisu w zasobach pamięci epizodycznej. Wspomnienia przechowywane w neuronalnych obwodach pamięci semantycznej i epizodycznej stanowią ostatecznie receptę na przeżycie. Jednakże wspomnienia jakiejkolwiek osoby mają ograniczoną objętość i dokładność, a ostatecznie wszystkie ulegają skasowaniu. Dzięki umysłowym podróżom w czasie widzimy, że przyszłe pokolenia mogą odnieść korzyści z tych wspomnień, zatem tworzymy zewnętrzne urządzenia przechowujące ich treść i służące do przekazywania wiedzy pomiędzy osobami, które nigdy nie spotkają się twarzą w twarz. Bez takich podejmowanych z myślą o przyszłości zachowań i przesyłanych między pokoleniami wspomnień nie istniałaby współczesna kultura, technologia ani nauka.

KRÓTKOWZROCZNOŚĆ CZASOWA Ludzie to jedyne istoty na naszej planecie, zdolne do myślenia o odległej przyszłości i jej planowania. Tylko my sadzimy drzewa, żeby po latach wydały owoce, i wznosimy konstrukcje, które przetrwają wieki. Mimo to wiele najpoważniejszych problemów, przed którymi stoi współczesny człowiek (oraz inne gatunki), to następstwa ludzkiej krótkowzroczności. Na poziomie osobistym związek z naszą krótkowzrocznością czasową wykazuje cała plejada problemów finansowych i zdrowotnych. Trudności finansowe, takie jak obciążenie karty kredytowej i brak środków na emeryturę, często bywają konsekwencjami krótkowzrocznych działań: wydawania pieniędzy, których nie mamy, albo nierobienia oszczędności, które – jak wiemy – pewnego dnia będą nam potrzebne246. Ponadto często

ulegamy pokusie gratyfikacji, jaką na krótką metę oferuje nam niezdrowa dieta, albo zaniedbujemy regularne ćwiczenia fizyczne, co w odległej perspektywie przypłacimy gorszym stanem zdrowia. Na poziomie zaś społecznym ekonomiczne perturbacje często bywają następstwem takich samych wad, jakie skutkują osobistymi trudnościami finansowymi. Rządy państw, podobnie jak poszczególne osoby, często nie potrafią odłożyć gratyfikacji w czasie albo ponieść na krótką metę pewnych ofiar, toteż niekiedy wolą brnąć w coraz większe zadłużenie, zamiast zwiększyć podatki lub zredukować koszty. Z kolei niezrównoważone zadłużenie skutkuje krachem ekonomicznym, który pociąga za sobą odległe następstwa, w tym bezrobocie i załamanie się planów zabezpieczenia emerytalnego. Nawet wtedy, gdy nie następuje krach gospodarczy, fundusze emerytalne cierpią na przewlekłe niedofinansowanie; przyczyny tego stanu rzeczy są wielorakie, ale ostatecznie wszystkie podkreślają powiedzenie Marka Twaina: „Nigdy nie odkładaj na jutro tego, co możesz zrobić pojutrze”247. Godnym uwagi objawem krótkowzroczności czasowej na poziomie społecznym mogą być zmiany klimatyczne. Chociaż dostrzegamy odległe następstwa naszego postępowania dla dobrego stanu planety, trudno nam zabrać się do działania. Mimo umiejętności przewidywania przyszłości często nie potrafimy przejąć się perspektywą czasową wykraczającą poza nasz okres życia. Niczym hazardzista, który ciągle uważa, że następny zakład rozwiąże wszystkie jego wieloletnie problemy, rozumujemy na krótką metę, tworząc błędne koło krótkowzrocznych działań, jeszcze bardziej pogłębiających nasze długofalowe problemy. Do najsroższych konsekwencji naszej krótkowzroczności czasowej należy zapewne fakt, że upośledza ona skuteczność samego procesu demokratycznego. Wyobraź sobie, że na stu ekonomistów stu się zgadza, że rozwiązanie służące długoterminowemu dobrobytowi ekonomicznemu polega na niezwłocznym podniesieniu podatków. Nadchodzą wybory i zgadnij, kto ma większe szanse na wygraną: polityk idący za radą ekonomistów czy taki, który opowiada się za obniżeniem podatków? Prawda przedstawia się tak, że choć ludzie są o wiele lepsi od wszystkich pozostałych zwierząt w długofalowym planowaniu, to niezbyt dobrze sobie z tym radzimy. Nie powinno to nas zaskakiwać. Ludzki mózg to produkt

procesu ewolucji trwającego setki milionów lat. Zatem większość naszego neuronalnego bagażu pochodzi od zwierząt, które żyły – by posłużyć się językiem kognitywistyki – w bezpośredniej teraźniejszości. W rezultacie ludzie jako gatunek nadal się uczą i doskonalą nowo nabyte umiejętności trafniejszego odnajdywania równowagi między powabem natychmiastowej gratyfikacji a korzyściami płynącymi z jej opóźniania. Którą z następujących dwóch opcji wolałbyś wybrać: otrzymać 1000 dolarów od razu czy 2000 dolarów za rok? Nie ma tu trafnego lub nietrafnego wyboru, chociaż przeciętny ekonomista musiałby przyznać, że roczny zysk wynoszący 100 procent to oferta, którą trudno przebić. Powyższe pytanie odzwierciedla klasyczny kompromis czasowy: natychmiastowa gratyfikacja w postaci dostępnej od razu nagrody kontra gratyfikacja opóźniona, lecz z nagrodą wyższą. Takie związane z czasem decyzje przenikają nasze życie. Czy powinienem kupić telewizor – ostatni krzyk mody – już dzisiaj i zapłacić odsetki od kredytu, czy pooszczędzać kilka miesięcy do czasu, aż zgromadzę gotówkę? Czy zagrać w jeszcze jedną grę komputerową, czy raczej wrócić do pracy? Czy powinienem wydać więcej pieniędzy na bardziej ekologiczny samochód, żeby wnieść drobny wkład w dobrostan przyszłych pokoleń? Termin „dyskontowanie w czasie” odnosi się do faktu, że subiektywna wartość czegoś zmniejsza się w miarę upływu czasu. Otrzymanie 1000 dolarów dzisiaj jest w pewnym bardzo realnym sensie „cenniejsze” niż otrzymanie tej samej sumy za rok. Istnieje bowiem prawdopodobieństwo, że za rok nie będę żył, toteż otrzymanie 1000 dolarów po roku może mieć dla mnie wartość zerową. Użyjmy bardziej naturalistycznego przykładu: w oczach jednego z naszych zamieszkujących sawannę przodków obietnica skromnego, lecz natychmiastowego posiłku zdecydowanie przeważa nad perspektywą obfitszego posiłku za miesiąc, skoro w międzyczasie może on umrzeć z głodu. Przez większość czasu trwania ewolucji nasi przodkowie żyli w nader niepewnym świecie, w którym głód, drapieżniki i choroby stanowiły stałe zagrożenie. W tak niepewnych okolicznościach przeżycie na krótką metę góruje nad względnym luksusem, jakim jest trapienie się o przyszłość. Nic dziwnego, że ludzie mają wbudowaną silną tendencję do ulegania pokusie natychmiastowej gratyfikacji. Równowagę pomiędzy gratyfikacją natychmiastową i opóźnioną można przedstawić ilościowo, zadając ludziom pytanie jak z powyższego

przykładu i prosząc o dokonanie wyboru między natychmiastową małą nagrodą a nagrodą większą, lecz opóźnioną. Poprzez manipulowanie wielkością nagrody i długością opóźnienia można wyliczyć czyjś indywidualny współczynnik dyskontowania w czasie w określonym kontekście. Nie będzie zaskoczeniem, że ta cecha wykazuje olbrzymią indywidualną zmienność. Na przykład w jednym z badań niektóre osoby wykazały dużą cierpliwość, wolały bowiem zaczekać sześć miesięcy i otrzymać 25 dolarów zamiast 20 dolarów natychmiast; inni badani reagowali znacznie impulsywniej, opowiadając się za natychmiastową wypłatą 20 dolarów jeszcze tego samego dnia zamiast 68 dolarów za miesiąc248. W licznych badaniach wykazano, że wartości współczynnika dyskontowania w czasie, mierzone na podstawie wyborów w takich pieniężnych zadaniach czasowych, łączy odwrotna korelacja ze stanem zdrowia, stabilną sytuacją finansową i skłonnością do nadużywania substancji psychoaktywnych249. To znaczy, że osoby odznaczające się większą skłonnością do wybierania drobnych, natychmiastowych nagród zamiast większych, lecz opóźnionych, są obciążone nieco większym prawdopodobieństwem problemów zdrowotnych lub finansowych. Większość osób stających przed wyborem otrzymania 100 dolarów od razu lub 120 dolarów za miesiąc wybierze opcję natychmiastowej wypłaty. Wiedząc o tym, jak sądzisz, którą możliwość ludzie będą preferować, kiedy obie opcje zostaną odroczone o taki sam okres – czyli będą wybierać między sumą 100 dolarów za miesiąc i 120 dolarów za 2 miesiące? Z logicznego punktu widzenia, jeśli ktoś wybrał niezwłoczną wypłatę 100 dolarów zamiast 120 dolarów za miesiąc, powinien również wybrać 100 dolarów za miesiąc zamiast 120 dolarów za 2 miesiące – w obu przypadkach ma bowiem odczekać dodatkowe 30 dni w zamian za 20 dolarów. Jest jednak inaczej250. Kiedy obie opcje dotyczą przyszłości, ludzie wykazują większą cierpliwość. Jeśli otrzymujemy od razu 100 dolarów, nie warto czekać przez dodatkowe 30 dni na 20 dolarów ekstra, ale warto zaczekać, gdy obie nagrody leżą w sferze przyszłości. Innymi słowy, wolimy natychmiastowe nagrody nie dlatego, że nie mamy ochoty czekać jeszcze 30 dni na dodatkowe 20 dolarów, lecz – co było do przewidzenia – z tego powodu, iż naprawdę lubimy dostawać wszystko od razu! Naszą skłonność do przyjmowania natychmiastowych gratyfikacji często wykorzystują instytucje finansowe i sprzedawcy. Na przykład korzystanie

z kart kredytowych rozpina parawan między aktem kupowania jakiegoś towaru a faktem zrzekania się naszych zarobionych w pocie czoła pieniędzy. Wyniki badań wykazują, że ludzie są skłonni wydawać więcej, gdy płacą kartą kredytową, niż gdy płacą gotówką. W jednym z eksperymentów studenci chcieli płacić dwa razy więcej za bilety na zawody sportowe, gdy musieli uiszczać opłatę kartą kredytową zamiast gotówką251. Co więcej, programy nagród dla posiadaczy kart kredytowych mogą przy każdym zakupie jeszcze silniej nakłaniać nas do zadłużania się poprzez system natychmiastowych „nagród” (dodatkowe mile podróży lotniczych, punkty albo zwrot pieniędzy) – „więcej wydasz, więcej otrzymasz”! Oczywiście to sami konsumenci ostatecznie opłacają te „nagrody”252. Wiele zdumiewających osiągnięć naukowych, technologicznych i kulturowych nasz gatunek uzyskał dzięki zdolności podejmowania umysłowych podróży w czasie i realizowania długofalowych planów. Jednakże wiele naszych osobistych i społecznych niepowodzeń odzwierciedla fakt, że przy podejmowaniu decyzji kierujemy się chęcią otrzymania natychmiastowej gratyfikacji253. Na szczęście sposób wyważania kompromisów między wynikami na krótką i na dłuższą metę nie jest wbudowany w nasze geny. Opóźnianie gratyfikacji i podejmowanie optymalnych decyzji dotyczących czasu to proces, który przynosi olbrzymie korzyści w wyniku praktyki, wykształcenia, zastanowienia i po prostu chwili poświęconej na to, by się zatrzymać i pomyśleć o przyszłości. Na przykład wyniki badań wykazują, że wartość współczynnika dyskontowania w czasie można zwiększyć – przeobrazić decyzje z impulsywnych w wymagające większej cierpliwości – nakłaniając ludzi do umysłowej podróży w czasie w trakcie podejmowania owych decyzji. W jednym z badań proponowano uczestnikom wiele wyborów związanych z czasem (na przykład 20 dolarów od razu lub 60 dolarów za miesiąc). W jednej z prób wyborom towarzyszyło wyrażenie typu „wakacje w Paryżu”, mające na celu uruchomienie umysłowego obrazowania przyszłych wydarzeń. Uczestnicy zachowywali się mniej impulsywnie – czyli częściej wybierali większe, choć opóźnione nagrody – w próbach połączonych z umysłowymi podróżami w czasie w porównaniu z próbami kontrolnymi254. Tak więc umysłowe podróże w czasie same w sobie mogą

stanowić środek eliminujący natychmiastowej gratyfikacji.

naszą

skłonność

do

wybierania

UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE W MÓZGU Co sprawia, że ludzie jako jedyni są zdolni do umysłowych podróży w czasie? Czy ludzkie neurony mają jakąś wyróżniającą je cechę? Czy chodzi o wielkość naszego mózgu? A może w ludzkim mózgu występują jakieś ośrodki nieobecne u innych zwierząt? Neuronaukowcy mieliby twardy orzech do zgryzienia, gdyby musieli odróżnić mysi neuron od ludzkiego na podstawie pomiaru aktywności elektrycznej obu komórek. Tak samo jest pod mikroskopem – neurony wszystkich ssaków wyglądają bardzo podobnie. Oczywiście ludzki mózg rzeczywiście wyróżnia się wielkością, ale w królestwie zwierząt nie jest największy. Nie ma nic dziwnego w tym, że większe zwierzęta przeważnie mają większe mózgi, zatem słonie i wieloryby mają ten narząd większy niż my. Jeśli weźmiemy pod uwagę masę ciała i zbadamy stosunek masy mózgu do masy ciała, ludzie nadal będą się wyróżniać, lecz i w tym przypadku nie nam przypadnie rekord. Małe zwierzęta przeważnie mają większe mózgi w stosunku do rozmiarów ciała, więc nawet myszy cechują się nieco wyższym niż ludzie stosunkiem mas mózg/ciało. Rekordzistką zaś jest drobna ryjówka nadrzewna: masa jej mózgu stanowi około 10 procent jej ważącego niespełna ćwierć kilograma ciała, podczas gdy u ludzi ta wartość wynosi około 2 procent. Jeśli odpowiednio zmodyfikujemy obliczenia, żeby uwzględnić fakt, że stosunek mas mózgu i ciała nie jest liniowy – czyli zastosujemy tak zwany współczynnik encefalizacji – wtedy człowiek zdobywa rekordową pozycję. Jeśli wziąć pod uwagę masę ludzkiego ciała, mózg człowieka jest siedmiokrotnie większy, niż należałoby oczekiwać na podstawie stosunku mas mózgu i ciała u wszystkich kręgowców. Delfiny odznaczają się współczynnikiem encefalizacji nieco większym od 5. Szympansy zostają daleko w tyle z wartością około 2,5, u myszy zaś wynosi ona zaledwie 0,5255. Nie można mieć większych wątpliwości, że wielkość mózgu, określona ilościowo za pomocą współczynnika encefalizacji, ma swój udział

w kształtowaniu unikatowych ludzkich możliwości poznawczych. Jednak ważną rolę odgrywa również stosunkowa wielkość określonych obszarów mózgu, czyli specjalizacja jego konkretnych ośrodków. Na przykład kora słuchowa w stosunku do całego mózgu ma u naczelnych i u gryzoni podobne rozmiary, natomiast inne ośrodki są u naczelnych proporcjonalnie bardziej rozwinięte. Jednym z takich obszarów jest kora przedczołowa. Kora przedczołowa, znajdująca się zaraz za kością czołową, to obszar mózgu o bardzo dobrze rozwiniętych połączeniach – ten stan rzeczy sprawia, że może ona wsłuchiwać się w aktywność wielu różnych okolic mózgu oraz wywierać na nią wpływ. Chociaż u naczelnych kora przedczołowa uległa wybiórczemu rozrostowi, jej względne rozmiary u ludzi nie są proporcjonalnie większe niż u wielkich małp256. Istnieją jednak pewne dane wyróżniające w inny sposób ludzką korę przedczołową – na przykład to, że jej neurony wydają się odbierać sygnały z większej liczby synaps257. Czym więc zajmuje się kora przedczołowa? Ludzie, którzy doznali uszkodzeń kory przedczołowej, na pierwszy rzut oka mogą sprawiać wrażenie całkowicie zdrowych. Mają zupełnie nienaruszone funkcje motoryczne, normalnie mówią i rozumieją mowę, ale w zależności od dokładnej lokalizacji oraz rozległości uszkodzeń wykazują wyraźne ubytki wyższych funkcji poznawczych. Obejmują one zmiany dotyczące pamięci krótkotrwałej, osobowości, uwagi, podejmowania decyzji oraz powstrzymywania się od zachowań uznawanych w społeczeństwie za nieodpowiednie. Osoby z uszkodzeniami kory przedczołowej potrafią wprawdzie normalnie wykonywać polecenia i rozliczne zadania, ale z trudem przychodzi im realizowanie wieloetapowych planów, wymagających elastycznego przystosowywania się do zmiennych okoliczności258. Kora przedczołowa ma również swój udział w kształtowaniu zdolności tworzenia długofalowych planów, opóźniania gratyfikacji i podejmowania umysłowych podróży w czasie, toteż osoby z uszkodzeniami mózgu w okolicy przedczołowej nie należą do ludzi zbyt skrzętnie oszczędzających na starość. W jednym z badań wykorzystano zadanie związane z dyskontowaniem w czasie, żeby ocenić zdolność osób z uszkodzoną korą przedczołową do kalkulowania między nagrodami natychmiastowymi a odległymi. Pacjenci z uszkodzeniem kory

przedczołowej w porównaniu ze zdrowymi członkami grupy kontrolnej oraz osobami, które doznały uszkodzeń innych części mózgu, odznaczali się znacznie większą skłonnością do wyboru mniejszych, lecz szybciej otrzymywanych nagród zamiast większych, lecz opóźnionych259. Podobnie wyniki pewnej liczby badań obrazowych mózgu wskazują na istnienie korelacji między stopniem aktywności niektórych części kory przedczołowej a długością okresu, o jaki badani są skłonni odroczyć gratyfikację w zadaniach związanych z dyskontowaniem w czasie260. Badania obrazowe mózgu zdrowych osób również sugerują, że kora przedczołowa bierze udział w kształtowaniu naszej zdolności odbywania umysłowych podróży w czasie. Na przykład kiedy badanych proszono o wyobrażenie sobie przyszłego scenariusza wydarzeń na podstawie nazwiska znanej osoby oraz nazwy znanego miejsca, aktywność kory przedczołowej była większa niż wtedy, gdy uczestników proszono po prostu o układanie zdań z tymi samymi słowami. Ponadto wyniki badań również sugerują większą aktywność kory przedczołowej, gdy badanych prosi się o wyobrażenie sobie przyszłych wydarzeń w porównaniu z przypominaniem sobie przeżytych dawniej w życiu epizodów261. Kora przedczołowa jest wprawdzie ośrodkiem ważnym dla umysłowej podróży w czasie, ale naiwnością byłoby stwierdzenie, że właśnie tam owa podróż się odbywa. Przypisywanie konkretnego zadania określonemu obszarowi mózgu przypominałoby trochę pytanie w trakcie meczu piłki nożnej o to, czyim zadaniem jest strzelanie bramek – oczywiście zawodnicy grający w obronie lub ataku mają odmienne role, lecz zdobywanie goli to wysiłek zespołowy i ostatecznie każdy może strzelić bramkę. Umysłowa podróż w przyszłość to skomplikowane zadanie wymagające zorganizowanego współdziałania wielu funkcji poznawczych, w tym dostępu do wspomnień z przeszłości, zapisanych w pamięci epizodycznej i semantycznej, wykorzystania tych wspomnień do stworzenia przyszłych scenariuszy, zrozumienia różnicy między przeszłością a przyszłością, a także zdolności ocenienia, czy symulowany rezultat jest wynikiem pożądanym, czy nie. W dodatku nie wystarczy po prostu wyobrazić sobie przyszłych scenariuszy: musimy zapamiętywać to, co sobie wyobraziliśmy; innymi słowy, musimy wyciągać nauki z naszych umysłowych symulacji. Jeśli planujesz wyjazd na biwak, zechcesz zaczerpnąć ze swoich wspomnień z poprzednich wypadów, żeby zdecydować, jaki sprzęt należy

zabrać. Zapewne zechcesz również na podstawie tych wspomnień przewidzieć nowe scenariusze uwzględniające najgorszy przebieg wypadków: „Co by się stało, gdybym skręcił nogę w kostce albo gdyby ukąsił mnie wąż?”. Jeśli przeprowadzisz symulacje tych scenariuszy, to – zakładając, że nadal masz zamiar wybrać się na biwak – ważne będzie wyciągnięcie nauki z tych symulacji i podjęcie właściwych przygotowań na wypadek, gdyby któryś z tych scenariuszy miał się ziścić. Zważywszy na poznawczą złożoność umysłowej podróży w czasie, należy się spodziewać, że opiera się ona na zespole rozmaitych ośrodków mózgowych, współdziałających ze sobą. Rzeczywiście, ocena skutków uszkodzeń oraz badania obrazowe mózgu sugerują udział w umysłowej podróży w czasie wielu różnych obszarów mózgu. Jak wspomniałem wyżej, cierpiący na amnezję pacjent K.C. nie tylko z trudem przypominał sobie przeżyte w przeszłości wydarzenia, lecz także miał problemy z myśleniem o tym, co może robić w przyszłości. Głównym miejscem uszkodzenia mózgu K.C. były płaty skroniowe, czyli struktury, gdzie znajdują się hipokampy (płaty te leżą w pobliżu kości skroniowych czaszki, obok uszu). W jednym z badań proszono uczestników z uszkodzeniami środkowych części płatów skroniowych o wyobrażenie sobie, a następnie opisanie rozmaitych możliwych scenariuszy z przyszłości, na przykład wygranej na loterii. W porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej cierpiący na amnezję po uszkodzeniu płatów skroniowych pacjenci przedstawili zubożone opisy, zawierające stosunkowo mało szczegółów o takim przeżyciu262. Jak to często bywa, złożone zadania poznawcze, takie jak umysłowe podróże w czasie, nie są zależne od pojedynczego obszaru mózgu, tylko są realizowane przy wsparciu sieci rozmaitych licznych ośrodków, z których każdy wnosi swój własny wkład. W przypadku umysłowej podróży w czasie środkowa część płata skroniowego może udostępniać jej fundament w postaci doświadczeń z przeszłości, podczas gdy kora przedczołowa może w elastyczny sposób manipulować tymi wspomnieniami, by wymyślać i poddawać ocenie nowe scenariusze. Co ciekawe, z umysłową podróżą w czasie może nie wiązać się wyraźna potrzeba korzystania z jednej funkcji – odmierzania czasu. Podobnie jak kalendarz odzwierciedla czas, ale go w rzeczywistości nie odmierza (nie jest bowiem zegarem), obwody neuronalne odpowiadające za umysłową

podróż w czasie muszą zawierać reprezentacje przeszłości, teraźniejszości i przyszłości, lecz niekoniecznie muszą odznaczać się zdolnością czynnego pomiaru upływu czasu. * Zdolność zwierząt do przewidywania cykli w przyrodzie oraz zachowań drapieżników, ofiar i partnerów rozrodu stanowiła w ewolucji potężną cechę przystosowawczą. Następnym etapem była umysłowa podróż w czasie, która uczyniła zdolność samego przewidywania zdarzeń funkcją przestarzałą. Umożliwiła bowiem ludziom przejście od biernego przewidywania przyszłości do czynnego jej kreowania. Nie wystarcza żywności? Stwórzmy dzięki rolnictwu taką przyszłość, w której żywności będzie pod dostatkiem. Nie starcza wody dla rolnictwa? Zbudujmy tamy, kanały i systemy nawadniające. Jak nasi przodkowie zyskali zdolność umysłowej projekcji samych siebie w przeszłość i przyszłość? Czy rozumiemy pojęcie czasu, gdyż jesteśmy zdolni do umysłowych podróży w czasie, czy odbywamy takie podróże dlatego, że rozumiemy pojęcia przestrzeni, teraźniejszości i przyszłości? Odpowiedzi na te pytania nie udzielą nam badania na zwierzętach. Bez względu na to, czy nazwiemy to umysłową podróżą w czasie, czy nie, modrowronki zaroślowe i wielkie małpy potrafią ukierunkowywać teraźniejsze działania na osiąganie pożądanych przyszłych rezultatów, choć między nimi a ludźmi niewątpliwie zieje ogromna przepaść, jeśli chodzi o możliwości przyszłościowego rozumowania. Jeśli nie z innych powodów, to dlatego, że trudno planować na wiele dni, miesięcy i lat naprzód bez zrozumienia znaczenia nazw tych jednostek czasu albo samego pojęcia czasu. Umysłowa podróż w czasie jest wielowymiarową cechą poznawczą. Stanowi ona prawdopodobnie produkt rozlicznych zbieżnych etapów ewolucyjnych, w tym pamięci semantycznej i epizodycznej, języka, pojęcia o liczbach oraz spacjalizacji czasu w tworzoną w umyśle linię czasu. Jak już wspomniałem, umysłowa podróż w czasie jest zarazem darem i przekleństwem. W podróżach w przyszłość na ogół udajemy się w miejsca uważane przez nas za lepsze w porównaniu z obecnymi okolicznościami; często takie podróże służą nam wręcz jako środek ucieczki od teraźniejszości. Filozofie Wschodu podkreślają jednak, że podróżowanie

w przeszłość lub przyszłość może nam uniemożliwiać przyjęcie tego, co dzieje się tu i teraz, za główne źródło szczęścia i radości263. Daniel Everett nawiązuje do tego poglądu: „Członkowie szczepu Pirahã w centrum uwagi umieszczają to, co jest bezpośrednio dostępne, i tym samym za jednym zamachem eliminują źródła olbrzymich zmartwień, obaw i trosk, dręczących tylu z nas, członków społeczeństw Zachodu”. Ale jeśli życie teraźniejszością jest bardziej beztroskie, to również trwa znacznie krócej (przeciętna długość życia członków plemienia Pirahã wynosi około 45 lat, jeśli nie brać pod uwagę umieralności niemowląt)264. Zapewnienie sobie ciągłego zaopatrzenia w żywność i stałego schronienia, angażowanie się w przedsięwzięcia naukowe i artystyczne, zapobieganie chorobom i leczenie ich – to wszystko wymaga dużego wkładu w postaci przewidywania i planowania. Tu właśnie tkwi paradoks umysłowej podróży w czasie: wydaje się ona zarazem rozwiązaniem i przyczyną wszystkich naszych kłopotów.

231 http://www.nytimes.com/2011/04/21/world/asia/21stones.html (15.05.2015). 232 Suddendorf i Corballis, 1997, 2007. 233 Tulving, 2005. 234 Taylor et al., 1994. 235 Hassabis et al., 2007; Race et al., 2011; Kwan et al., 2012. 236 Tulving, 1985. 237 Gilbert, 2007. 238 Clayton i Dickinson, 1999; Raby et al., 2007; Clayton et al., 2009. 239 Osvath i Persson, 2013; Bourjade et al., 2014; Scarf et al., 2014. Dwie popularnonaukowe książki, w których omówiono zagadnienie umysłowych podróży w czasie u zwierząt, to: Corballis, 2011; Suddendorf, 2013. 240 http://www.spectator.co.uk/features/5896113/if-we-have-souls-then-so-do-chimps/ (15.05.2015). 241 Gordon, 2004. „Członkowie plemienia Pirahã nie mają pojęcia o własnym wieku ani nie pojmują dotyczących czasu informacji, takich jak w pytaniu «od jak dawna wiesz…»” (z kontaktu osobistego z Danielem Everettem, 4.03.2009). 242 Everett, 2008, s. 132. 243 Colapinto, 2007. 244 Psycholodzy starają się opracować taksonomię ludzkich poglądów na kwestię czasu. Na przykład kwestionariusz Zimbardo do oceny perspektywy czasowej zawiera polecenia dla badanych, by wskazali według pięciopunktowej skali, w jakim stopniu zgadzają się ze stwierdzeniami w rodzaju: „Nie można naprawdę planować przyszłości, gdy wszystko tak bardzo się zmienia”; „Myślenie o przeszłości sprawia mi przyjemność”; „Różne sprawy rzadko układają się zgodnie z moimi oczekiwaniami”. W zależności od odpowiedzi badanym przypisuje się perspektywy czasowe: przeszłości negatywnej, przeszłości pozytywnej, teraźniejszości fatalistycznej, teraźniejszości hedonistycznej i przyszłości (Zimbardo i Boyd, 2009). 245 http://www.cbsnews.com/news/sea-gypsies-saw-signs-in-the-waves/ (15.05.2015). 246 http://money.usnews.com/money/blogs/the-best-life/2013/06/20/retirement-shortfallmay-top-14-trillion (9.12.2015). 247 James Surowiecki pokrótce omawia chroniczne problemy z funduszami emerytalnymi w swojej publikacji (Surowiecki, 2013). Pochodzi z niej również

zamieszczony cytat z Marka Twaina. 248 Kable i Glimcher, 2007. 249 Critchfield i Kollins, 2001; Wittmann i Paulus, 2007; Seeyave et al., 2009; MacKillop et al., 2011. 250 Frederick et al., 2002. 251 Prelec i Simester, 2001; Raghubir i Srivastava, 2008. 252 Twierdzę tak, ponieważ takie nagrody ostatecznie są opłacane z taryf za korzystanie z systemów płatności kartami kredytowymi, którymi obciąża się sprzedawców detalicznych, oni zaś muszą przy ustalaniu cen uwzględniać owe taryfy w kalkulacjach. 253 Buonomano, 2011, rozdział 4. 254 Peters i Büchel, 2010. Patrz także: Hakimi i Hare, 2015. 255 Herculano-Houzel, 2009; Fox, 2011. 256 Purves et al., 2008. 257 Jacobs et al., 2001; Wood i Grafman, 2003; Wise, 2008; Fuster i Bressler, 2014. 258 Atance i O’Neill, 2001; Fuster i Bressler, 2014. 259 Sellitto et al., 2010; Peters, 2011. Trochę upraszczam tu zagadnienie, gdyż w rzeczywistości kora przedczołowa dzieli się na wiele odrębnych obszarów i według stawianych hipotez niektóre z nich częściowo odpowiadają za skłonność do wybierania szybko przydzielanych nagród. 260 McClure et al., 2004. 261 Botzung et al., 2008; Benoit i Schacter, 2015. 262 Hassabis et al., 2007; Race et al., 2011; Kwan et al., 2012. 263 Gilbert, 2007; Killingsworth i Gilbert, 2010. 264 Everett, 2008, s. 273

12:00 Świadomość: więź przeszłości z przyszłością Istnieje teoria, która głosi, że jeśli ktoś kiedykolwiek dokładnie ustali, po co i dlaczego jest tu Wszechświat, ten natychmiast zniknie i zostanie zastąpiony czymś jeszcze bardziej dziwacznym i niewytłumaczalnym. Jest też jeszcze inna, według której to już nastąpiło. Douglas Adams

Co widzi dziecko, kiedy po raz pierwszy otworzy oczy? O ile widzi cokolwiek, jest to na pewno bezład nieostro postrzeganych wzorów, linii i świetlistych obwódek, pozbawionych znaczenia i niemożliwych do zinterpretowania. W przeciwieństwie do niego ty i ja widzimy spójną i olśniewającą rekonstrukcję otaczającego nas świata: fale załamujące się na piaszczystej plaży, zimorodka nurkującego w wodzie, a nawet nasze własne odbicie w jej tafli. Na ogół błędnie bierzemy tę rekonstrukcję za rzeczywistość. Nasze doznania w najlepszym razie wykazują korelację z zewnętrznym, materialnym światem. Na przykład widziane przez nas barwy to po prostu sposób interpretacji długości fali promieniowania elektromagnetycznego, tak samo arbitralny, jak związek między literami alfabetu a przypisywanymi im dźwiękami. W najgorszym zaś razie widzimy fikcję narzuconą umysłowi od wewnątrz: od wizji chorego na schizofrenię przez omamy pod wpływem narkotyku aż po marzenia senne, przeżywane przez nas każdej nocy. A tylu rzeczy nie widzimy: bytujących na skórze bakterii, niewidocznych galaktyk w przestworzach nieba, tworzących się w atmosferze cząstek zwanych mionami oraz widocznych w podczerwieni cieplnych śladów wokół nas.

Poczucie upływu czasu – postrzegana przez nas zmiana – to także umysłowy konstrukt. Neuronaukowiec zdaje sobie sprawę, że ów konstrukt koreluje z rzeczywistością: widzimy łamiące się fale i nurkujące w wodzie ptaki, gdyż czas naprawdę płynie – te wydarzenia rozgrywają się we wszechświecie, w którym tylko teraźniejszość jest realna. Dla wielu fizyków i filozofów upływ czasu to także umysłowy konstrukt, lecz oznaczający coś niemającego odpowiednika w świecie materialnym. We wszechświecie blokowym eternalizmu nasze poczucie upływu czasu bardziej przypomina wizje schizofrenika, coś istniejącego tylko w umyśle danej osoby. Te dwa punkty widzenia oferują nam nieprzystające do siebie pojęcia istoty czasu, ale w świetle obu nasze poczucie upływu czasu stanowi fundamentalny problem. Rozwiązanie tej zagadki okaże się jednak tytaniczną pracą, gdyż nasze subiektywne poczucie czasu tkwi w centrum istnego wiru nierozwiązanych tajemnic naukowych: świadomości, wolnej woli, względności, mechaniki kwantowej oraz natury czasu.

OKRUCHY CZASU Załóżmy na chwilę, że żyjemy we wszechświecie prezentystycznym, w którym rzeczywista jest tylko teraźniejszość. Nasza świadoma percepcja czasu pobrzmiewa prezentyzmem, gdyż świadomość wydaje się zdawać nam relację na żywo z rozgrywających się wokół nas wydarzeń. Jednak i to jest złudzeniem w tym sensie, że podczas gdy nieświadomy mózg bezustannie pobiera próbki informacji o przebiegu zachodzących w czasie wydarzeń i przetwarza je, sama świadomość tworzy się w sposób wysoce nieciągły. Nieświadomy mózg zrywami dostarcza historie świadomemu umysłowi. Kiedy słuchasz monologu aktorki w sztuce teatralnej, nie odbierasz świadomie ciągłego strumienia wszystkich sylab jej roli. Znaczenie słów i zwrotów raczej materializuje się w umyśle w postaci całkowicie ukształtowanej. Z łatwością identyfikujesz usłyszaną osobno sylabę „po”, ale nie odbierasz jej świadomie w usłyszanym słowie „hipokamp” ani nie zdajesz sobie świadomie sprawy, że w tym wyrazie jest osadzony człon

„kamp”. Mózg najwyraźniej nie zdaje nam liniowej relacji na żywo, zawierającej surowe bodźce słuchowe, wchodzące w skład rozgrywających się w zewnętrznym świecie wydarzeń. Struktura czasowa świadomości jest naprawdę wysoce zredagowaną wersją rzeczywistości. Jeśli wpatrujesz się w oczy przyjaciółki, którą poprosiłeś, by poruszała gałkami ocznymi tam i z powrotem, z łatwością obserwujesz te zachodzące w czasie ruchy. Kiedy natomiast wpatrujesz się uważnie we własne oczy w lustrze, a następnie zaczniesz nimi poruszać, przekonasz się, że nie jesteś w stanie obserwować ruchów własnych gałek ocznych. Takie szybkie, zależne od woli ruchy gałek ocznych noszą nazwę ruchów sakkadowych; wyniki eksperymentów dokładniejszych niż te polegające na próbach obserwowania własnych gałek ocznych wykazują, że w trakcie ruchów sakkadowych widzenie zostaje częściowo zahamowane265. Na przykład jeśli obraz zostanie migawkowo wyświetlony na ekranie w momencie, gdy przemieszczasz gałki oczne w nowe położenie, a przed zakończeniem tego ruchu zniknie, to prawdopodobnie nie spostrzeżesz go świadomie. Jeśli chodzi o świadomy odbiór, mózg często kasuje „klatki” przypadające na momenty ruchu gałek ocznych. Podobnie każde mrugnięcie wymazuje surowe dane wejściowe z układu wzrokowego, choć świadomie tego nie odbieramy, ponieważ mózg wypełnia odstępy, zespalając „klatki” zarejestrowane przed mrugnięciem i po nim. Według wyników szacunkowych obliczeń w trakcie ruchów sakkadowych i mrugnięć przez cały dzień tracimy pełną godzinę danych wzrokowych, choć świadomie nie zauważamy przerw w strumieniu informacji wizualnych266.

PONOWNE SKALOWANIE CZASU Błyskawica i grzmot powstają wskutek tego samego zdarzenia, lecz jeśli mamy szczęście, odbieramy je oddzielnie, gdyż prędkość światła jest prawie milion razy większa niż prędkość dźwięku. Dźwięk grzmotu dociera do naszych uszu znacznie później niż do oczu docierają fotony wytworzone przez błyskawicę. W innych jednak przypadkach mózg musi nie tylko równocześnie przetwarzać strumienie sygnałów wejściowych z oczu i uszu,

lecz także starać się wyrównywać i synchronizować ze sobą dane z obu tych modalności zmysłowych. Jak już wspomniałem, przy zderzeniu się ze sobą talerzy podczas gry orkiestry fale świetlne i dźwiękowe docierają do oczu i uszu w różnych momentach, ale nie są odbierane w postaci odrębnych zdarzeń. Widok i dźwięk uderzających o siebie talerzy raczej ulega zintegrowaniu w jednolite, multimedialne doznanie, zanim zostanie „dostarczone” do świadomości. To samo dotyczy też mowy. Kiedy ktoś wypowiada słowo „baba”, widzimy wargi tej osoby, jak się łączą, a następnie otwierają przy wypowiadaniu dwóch sylab „ba”. Także w tym wypadku widok otwierających się ust dotrze do naszych oczu odrobinę wcześniej niż dźwięk do naszych uszu. Opóźnienie może być znaczne: w dużej sali wykładowej dotarcie głosu wykładowcy do jej tylnej części może trwać 50 milisekund. Podobnie odgłos kija bejsbolowego uderzającego piłkę zostanie odebrany przez zawodnika grającego na pozycji łapacza z opóźnieniem nieco większym niż 100 milisekund. Mimo to na ogół postrzegamy ruchy ust mówiącego i mowę (albo widok i odgłos uderzenia kija w piłkę) jako pojedyncze zdarzenia. Można by podejrzewać, że na ogół nie rejestrujemy opóźnienia między sygnałami wzrokowymi i słuchowymi, ponieważ mózg nie ma aż takiej rozdzielczości czasowej, żeby móc wykrywać różnice rzędu 50 czy 100 milisekund. Tak jednak nie jest. Doświadczone osoby potrafią wykrywać opóźnienia między początkiem dwóch dźwięków o różnych częstotliwościach trwające około 20 milisekund267. Przyczyna, dla której nie rejestrujemy świadomie opóźnienia między sygnałami wzrokowymi i słuchowymi, polega na tym, że nieświadomy mózg robi, co może, żeby dostarczać zintegrowaną interpretację wydarzeń. Czas, w którym mózg scala informacje wzrokowe i słuchowe w pojedyncze, zintegrowane spostrzeżenie, nosi dość trafną nazwę okna czasowego integracji. W obrębie tego okna mózg uznaje bodźce słuchowe i wzrokowe za jednoczesne. W przypadku mowy okna mogą przekraczać 100 milisekund – jeśli na przykład między ścieżką dźwięku i obrazu w filmie istnieje niezgodność mniejsza niż 100 milisekund, rzadko zwracamy na nią uwagę. Jednakże okno jest asymetryczne – jeśli sygnał dźwiękowy poprzedza wzrokowy o 50 milisekund, widzowie mogą zauważyć, że coś jest nie w porządku, ale nie wtedy, gdy sygnał dźwiękowy następuje po wzrokowym z opóźnieniem 50 milisekund268. Kolejną wskazówką, że mózg

aktywnie stara się wyrównywać w czasie sygnały modalności słuchowej i wzrokowej, jest fakt, iż okno czasowe integracji nie jest czymś niewzruszonym – nie powstaje w następstwie stałego opóźnienia układu wzrokowego (choć sygnałom wzrokowym więcej czasu zabiera dotarcie do kory mózgowej, gdyż oko działa wolniej niż ucho269), stanowi raczej cechę adaptacyjną. Wyniki badań wykazują, że po obejrzeniu kilkuset błysków światła, po których 200 milisekund później następował sygnał dźwiękowy, badani mogą oceniać emitowane później błysk i dźwięk rozdzielone odstępem 20 milisekund jako jednoczesne. Jednak taką samą parę błysk– dźwięk mogą uznawać za bodźce niejednoczesne, jeśli właśnie obejrzeli kilkaset błysków poprzedzonych dźwiękami. Innymi słowy, poprzez ciągłą ekspozycję badanych na działanie sztucznie wydłużonych opóźnień bodźców wzrokowych i słuchowych można przesunąć albo wydłużyć czasowe okno integracji – zatem subiektywna jednoczesność to cecha względna. Na podstawie przeżytych w przeszłości doświadczeń mózg usłużnie tworzy narrację, w której sygnały wzrokowe i słuchowe są zintegrowane w jedno zdarzenie270. Zapewne najbardziej frapującym przykładem tego, jak świadomość odzwierciedla relację z rzeczywistości z poprawkami czasowymi, jest fakt, że późniejsze doznania zmysłowe mogą naprawdę zmieniać naszą świadomą percepcję wcześniejszych zdarzeń. Także to można dobrze wykazać za pomocą mowy. Weźmy dwa zdania: „Mysz się zepsuła” i „Mysz padła”. Znaczenie słowa „mysz” można ustalić dopiero na podstawie zakończenia obu zdań. Jednak nie zawsze musi być tak, że słuchacz świadomie zdaje sobie sprawę, że chodzi o urządzenie komputerowe albo o zwierzę zaliczane do gryzoni, po czym czeka na ostatnie słowo, żeby zinterpretować zdanie. Standardowy przykład wstecznego redagowania czasowego stanowi tak zwane skórne złudzenie królika. Wyobraź sobie, że ktoś dwukrotnie klepnie cię w przedramię przy nadgarstku, a po króciutkiej chwili zrobi to samo przy łokciu. To, co zwykle relacjonują potraktowane tak osoby, często nie odpowiada rzeczywistemu zdarzeniu. Percepcja nie informuje bowiem o dwóch klepnięciach przy nadgarstku i dwóch dalszych przy łokciu, lecz raczej o czterech klepnięciach, jakby coś skakało wzdłuż przedramienia od nadgarstka do łokcia z dwoma punktami między nimi271. Jeśli ktoś klepnie cię dwukrotnie w nadgarstek i na tym poprzestanie, poprawnie opiszesz to

jako odczucie dwukrotnego klepnięcia w nadgarstek. Jednak w przypadku „złudzenia królika” trzecie i czwarte klepnięcie zmieniają postrzegane miejsce drugiego klepnięcia. Esencja tej informacji polega na tym, że miejsce późniejszych bodźców zmienia świadomą percepcję lokalizacji bodźców wcześniejszych, zatem świadomość nie może być jednolitą i ciągłą relacją z upływu czasu. Wydaje się raczej, że nieświadomy mózg ciągle przetwarza strumień sygnałów wejściowych, ale czeka na ich kluczowe punkty, zanim wyśle wygładzoną narrację do świadomości272.

KORELATY ŚWIADOMOŚCI Nie wiemy, jak mózg dokonuje tych czasowych wyczynów, a jeszcze mniej orientujemy się, w jaki sposób mózg zabiera się do tworzenia świadomości. Poczyniono jednak niejakie postępy w próbach ustalenia pewnych neuronalnych korelatów świadomości – wzorców aktywności neuronalnej, które mogą leżeć u podstaw świadomej percepcji273. W typowych eksperymentach wykorzystuje się zapisy elektroencefalografii (EEG) – badania, w którym umieszczone na skórze głowy elektrody rejestrują słabe sygnały elektryczne z kory mózgowej. Jedna ze strategii poszukiwania neuronalnych korelatów świadomości polega na porównywaniu aktywności elektrycznej wytwarzanej przez bodziec świadomie postrzegany z sygnałami wytwarzanymi wtedy, gdy taki sam bodziec jest rejestrowany tylko podprogowo – mózg wykrywa bodziec, ale nie przedostaje się on do świadomości. W warunkach laboratoryjnych badacze mogą balansować na progu świadomej percepcji bodźca, wyświetlając go migawkowo – na przykład w postaci ukośnej linii – w jednym z kwadrantów ekranu komputera przez niespełna 100 milisekund. W jednym z badań uczestników proszono o szybkie zasygnalizowanie, w którym kwadrancie ich zdaniem zaprezentowano bodziec (w razie konieczności mogli zgadywać) i czy naprawdę widzieli linię – czy świadomie ją postrzegali, czy tylko zgadywali. W tych próbach, w których badani zgłaszali, że zgadują, powinni byli udzielać trafnych odpowiedzi mniej więcej w 25 procent przypadków. Jednakże, co ciekawe, uczestnicy odpowiadali prawidłowo

znacznie częściej. To wskazywało, że badani podprogowo wykrywali bodziec – innymi słowy, nieświadomy mózg wiedział, gdzie znajduje się bodziec, ale nie zadawał sobie trudu przekazywania tej informacji świadomemu umysłowi. Pytanie brzmi: czym się różnią zachodzące w mózgu procesy w próbach zakończonych trafną odpowiedzią, w których badani podali, że widzieli bodziec (odpowiedzi poprawne/świadome), od tych w próbach również z odpowiedziami trafnymi, lecz w wyniku „zgadywania” (odpowiedzi poprawne/nieświadome)? Aktywność elektryczna w próbach z odpowiedziami poprawnymi/świadomymi i poprawnymi/nieświadomymi przez pierwsze 250 milisekund po zadziałaniu bodźca była w zasadzie identyczna – bez względu na to, czy badani świadomie widzieli bodziec, czy nie, aktywność ich mózgu nie wykazywała wykrywalnych różnic. Jednak po upływie około 300 milisekund w próbach z odpowiedziami świadomymi następowało wyraźne wzmożenie aktywności korowej, obserwowane w całym mózgu274. Wyniki tego badania oraz wielu innych sugerują, że mechanizmy neuronalne leżące u podstaw świadomej percepcji bodźca pojawiają się dopiero znacznie później po wykryciu bodźca przez mózg. Francuski neuronaukowiec Stanislas Dehaene wyjaśnia: „Nie tylko postrzegamy świadomie bardzo mały odsetek bombardujących nas sygnałów zmysłowych, lecz nawet wtedy, gdy je postrzegamy, to z opóźnieniem wynoszącym co najmniej 1/3 sekundy. (…) Informacje, które zaliczamy do postrzeganej świadomie «teraźniejszości», są nieaktualne co najmniej od 1/3 sekundy. Czas trwania tego ślepego okresu może nawet przekraczać pół sekundy, gdy sygnał wejściowy jest tak słaby, że dane muszą się powoli kumulować, zanim nastąpi przekroczenie progu świadomej percepcji”275. Wynika z tego nie tylko ta nauka, że świadomość dostarcza nam po prostu opóźnionej relacji z wydarzeń rozgrywających się w świecie na zewnątrz czaszki, lecz również taka, iż wspomniane opóźnienie jest zmienne. Jeśli ktoś wrzaśnie: „Pali się!”, to prawdopodobnie dotarcie tego komunikatu do świadomości zajmie stosunkowo niewiele czasu, gdyż nieświadomy mózg może szybko znaleźć odpowiedni sposób narracji, by przekazać ją do świadomości. Jeśli jednak usłyszymy „To szczyt wszystkiego” albo „To szczyt góry”, nieświadomy mózg przypuszczalnie odczeka na interpretację dwuznacznego słowa „szczyt”, zanim opracuje świadome spostrzeżenie.

Mózg tnie, wprowadza pauzy i skleja na nowo nawinięty na rolkę film o rzeczywistości, zanim przedstawi umysłowi spójną narrację na temat rozgrywających się w świecie wokół nas wydarzeń. Dopóki jednak nie zastanowimy się nad tym, dopóty pozostanie nam wrażenie, że nasze świadome przeżycia odzwierciedlają zdawaną na żywo relację.

CZAS A WOLNA WOLA Podobnie jak słowo „czas”, określenie „wolna wola” należy do tych pojęć, do których pasuje cytat ze św. Augustyna: „Jeśli nikt mnie o to nie pyta, wiem. Jeśli pytającemu usiłuję wytłumaczyć, nie wiem”. Jeśli w lesie runie drzewo i nikt w pobliżu nie słucha, czy upadek drzewa wydaje dźwięk? Zagadka tkwi tutaj w dwuznaczności słowa „dźwięk”: jeżeli ktoś trafnie zdefiniuje „dźwięk” jako drgania cząsteczek powietrza, to padające drzewo wydaje dźwięk, ale jeśli ktoś miałby zdefiniować ten termin jako świadomą percepcję owych drgań przez człowieka, wówczas odpowiedź będzie przecząca. Zagadka istnienia wolnej woli również polega na niejednoznaczności definicji tego określenia276. Jedna z definicji wolnej woli, zaczerpnięta z Oxford English Dictionary, brzmi: „Zdolność danej osoby do dokonywania nieskrępowanych wyborów, nieokreślonych boskim przeznaczeniem, prawami fizycznej przyczynowości, losem itp.”277. Większość osób prawdopodobnie właśnie tak pojmuje wolną wolę, lecz z naukowego punktu widzenia to niezbyt fortunna definicja, bo jeśli przez pojęcie „fizycznej przyczynowości” rozumie się prawa fizyki, pozostaje tylko jedna możliwość – że wolna wola jest wytworem jakiejś nieopisanej substancji bądź bytu pokrewnego duszy. Rzeczywiście, jak to ujął neuronaukowiec Read Montague: „Wolna wola jest bliskim krewnym idei duszy – koncepcji, według której «ty» wraz z twoimi myślami i uczuciami pochodzisz od bytu oddzielnego i odrębnego od fizycznych mechanizmów składających się na twoje ciało”278. Dobrą zaś stroną jest fakt, że posłużenie się tą definicją umożliwi nam w istocie udzielenie odpowiedzi na to pytanie: nie, wolna wola nie istnieje, bowiem pojęcie duszy jest wytworem ludzkiego umysłu, a nie jego źródłem.

Mniej restrykcyjne definicje wolnej woli formułuje się w następujący sposób: „zdolność dokonywania wyboru spośród różnych możliwych kierunków działania” albo „możliwość działania bez sugestii bądź przymusu”. Jednakże są to beznadziejnie mgliste definicje, nie zawierają bowiem ograniczenia, czy owe wybory muszą być dokonywane świadomie, czy nie, wydają się też dopuszczać możliwość, że komputerowy program do gry w szachy wykorzystuje swoją wolną wolę za każdym razem, kiedy daje mi mata. Bardziej pomocne są definicje stawiające znak równości między wolną wolą a nieprzewidywalnością. Na przykład Stephen Hawking mówi: „Powodem, dla którego twierdzimy, iż ludzie są obdarzeni wolną wolą, jest to, że nie potrafimy przewidywać, co zrobią”279. Podobnie Roger Penrose uważa, że „zagadnienie wolnej woli łączy się z kwestią determinizmu (…)”280. Innymi słowy, jeśli prawa fizyki stanowią, że można przewidzieć stan jakiegoś układu (w tym ludzkiego mózgu) w czasie t na podstawie wcześniejszych momentów, to wolna wola nie istnieje. Filozof Michael Lockwood wyjaśnia: „Uniwersalny determinizm powszechnie uważa się za niezgodny z istnieniem wolnej woli. Opiera się on bowiem na tezie, że wszechświat podlega zbiorowi nienaruszalnych praw, które w połączeniu ze stanem wszechświata w dowolnym momencie dokładnie określają jego stan w jakiejkolwiek późniejszej chwili. Jeśli zaś Wszechświat naprawdę jest w tym sensie deterministyczny, to z tego wynika (…) że wszystkie przyszłe rezultaty – a tym samym i wszystkie nasze przyszłe decyzje oraz działania – są już ustalone”281. W tym kontekście mechanika kwantowa jest teorią kontrowersyjną, bowiem w odróżnieniu od pozostałej części fizyki, zajmującej się pewnikami, operuje prawdopodobieństwami. Wiemy, że na jakimś poziomie zdarzenia kwantowe muszą wpływać na stan mózgu – bądź co bądź każdy foton wykryty (lub nie) przez siatkówkę działa według probabilistycznych reguł mechaniki kwantowej. Tak więc nawet w teorii nie da się przewidzieć zachowania człowieka ze stuprocentową dokładnością. Niemniej mechanika kwantowa tworzy pewną formę determinizmu probabilistycznego: ustala jakąś domenę możliwości oraz odpowiadających im prawdopodobieństw, pozostawiając – zdaniem filozofów – niewielki margines dla wolnej woli. Dla ludzi przekonanych, że żyjemy w czterowymiarowym wszechświecie, pytanie o to, czy prawa fizyki są deterministyczne, czy nie, ma jednak

raczej drugorzędne znaczenie, gdyż wszechświat blokowy sam w sobie nie pozostawia miejsca na wolną wolę. Jeśli przeszłość, teraźniejszość i przyszłość współistnieją razem we wszechświecie blokowym, to wszystkie decyzje, jakie trzeba podjąć, zostały „już” podjęte. Wszystkie powyższe definicje nie odnoszą się do jednego fundamentalnego aspektu wolnej woli: niepowstrzymanego uczucia, że sprawujemy kontrolę nad wszystkimi naszymi wyborami. Możemy debatować nad tym, czy naprawdę mamy „swobodę wyboru”, lecz zgadzamy się, że na pewno odnosimy takie wrażenie282. Wobec tego powinniśmy chyba zdefiniować wolną wolę dokładnie w taki sposób: jako wrażenie. Psycholog Daniel Wegner w jednej z wczesnych prac stwierdził, że wolna wola „jest tylko wrażeniem, odczuwanym przez daną osobę. Ma się ono do działania tak, jak odczucie bólu ma się do zmian w organizmie, wynikających z bodźca bólowego”283. Prawie 300 lat temu filozof David Hume twierdził: „(…) przez wolę nie rozumiem nic innego niż impresję wewnętrzną, którą czujemy i której jesteśmy świadomi, gdy z rozmysłem dajemy początek jakiemuś nowemu ruchowi naszego ciała albo nowej percepcji naszego umysłu”284. Thomas Huxley również argumentował, że jest to „odczucie, które nazywamy wolą, które nie jest przyczyną działania, a jedynie symbolem tego stanu mózgu, który jest bezpośrednią przyczyną działania. Jesteśmy świadomymi automatami, obdarzeni wolną wolą w jedynie zrozumiałym sensie tego mocno nadużywanego pojęcia (…)”285.

CZY LUDZIE SĄ PRZEWIDYWALNI? Jeśli postanowimy zdefiniować wolną wolę jako wrażenie doświadczane po tym, jak mózg podejmie decyzję – czyli po jej podjęciu przez nieświadome procesy neuronalne w mózgu – powinna istnieć możliwość wykrycia charakterystycznych wzorców neuronalnych owych decyzji, zanim dana osoba je sobie uświadomi. Wyniki licznych badań wskazują, że w istocie jest to możliwe. Tego rodzaju eksperymenty można przeprowadzać wyłącznie w następstwie jednej ze standardowych metod leczenia ciężkiej padaczki. Chorych cierpiących na trudną do leczenia padaczkę poddaje się niekiedy zabiegowi chirurgicznemu mającemu na celu usunięcie części

mózgu odpowiedzialnej za wyzwalanie napadów drgawek. Żeby precyzyjnie zlokalizować ognisko padaczkorodne, neurochirurdzy wszczepiają do mózgu elektrody i czekają, aż u chorego wystąpi napad drgawkowy. Na podstawie zapisu aktywności neuronów w trakcie drgawek lekarze mogą dokładnie wytyczyć patologiczny obszar przeznaczony do operacyjnego usunięcia. W imię rozwoju nauki pacjenci często zgadzają się na udział w eksperymentach, gdy elektrody są już wszczepione, a lekarze oczekują na aktywność drgawkową. W badaniu przeprowadzonym w University of California w Los Angeles (UCLA) pod kierunkiem neurochirurga Itzhaka Frieda elektrody wszczepiano do regionu płata czołowego, nazywanego dodatkowym polem ruchowym. Pacjentów proszono o wykonywanie bardzo prostego zadania: o wyrażenie „wolnej woli” poprzez naciśnięcie klawisza komputerowego w momencie, który dowolnie wybiorą. Liczne neurony zmieniały poziom aktywności w chwili wyraźnie poprzedzającej naciśnięcie przycisku. W istocie można było przewidzieć na podstawie aktywności populacji neuronów z dokładnością przekraczającą 80 procent, że pacjent za moment poruszy palcem – całe 900 milisekund przed naciśnięciem klawisza (i 700 milisekund, zanim badany zgłosi świadomość podjęcia decyzji o wykonaniu ruchu)286. Zauważmy, że 900 milisekund to aż nadto, by mózg miał czas spowodować ruch palca; gdyby cię na przykład poproszono o naciśnięcie klawisza komputerowego zaraz po zauważeniu błysku światła, opóźnienie między błyskiem a naciśnięciem klawisza wyniosłoby około 300 milisekund. To zdumiewające, ale wyniki tych badań sugerują, że eksperymentatorzy mogli wiedzieć o zamiarze naciśnięcia przez daną osobę klawisza, zanim uświadamiał to sobie sam badany ochotnik. Wyniki wielu badań potwierdziły, że – przynajmniej w pewnych okolicznościach – można ustalić działania podejmowane przez ludzi i zwierzęta z wyprzedzeniem wynoszącym kilkaset milisekund lub nawet kilka całych sekund287. Te wyniki nie muszą jednak oznaczać możliwości dokładnego przewidywania zachowania człowieka na podstawie wzorców aktywności neuronalnej ani tego, że świadomość nie uczestniczy w podejmowaniu przez nas decyzji. Decyzje podejmowane w trakcie wspomnianych badań były bardzo proste. Postanowienia, kiedy przesunąć palec, nie można porównywać z decyzją, czy przyjąć propozycję pracy, czy nie. Choć więc wybór momentu zgięcia palca determinują nieświadome

procesy wyzwalające świadome poczucie wolnej woli, sama decyzja danej osoby o wzięciu udziału w eksperymencie prawdopodobnie zależy od konglomeratu nieświadomych i świadomych procesów neuronalnych. W jaki sposób następuje naciśnięcie klawisza komputerowego? Zależne od woli naciśnięcie klawisza wymaga skurczu mięśni poruszających palec, to zaś wiąże się z koniecznością przesłania wzdłuż nerwu pośrodkowego lawiny potencjałów czynnościowych, a do tego jest konieczne uaktywnienie neuronów ruchowych w szyjnym odcinku rdzenia kręgowego, tę zaś wyzwala aktywność w obszarze kory ruchowej, odpowiadającej na mapie unerwienia lokalizacji ręki. A co sprawia, że sygnały „odpalają” korowe neurony ruchowe? Cóż, teraz zagadnienie zaczyna się bardzo komplikować, ale kwestia zasadnicza polega na tym, że uaktywnienie dowolnego neuronu wymaga powodzi aktywności neuronów tworzących z nim synapsy (czyli jego presynaptycznych partnerów). W potocznym opisie ta powódź może przybrać formę impulsów wysyłanych przez wiele neuronów presynaptycznych w krótkim czasie kilku milisekund (nazywa się to sumacją przestrzenną, przypominającą trochę szybkie napełnianie balii poprzez jednoczesne opróżnienie do niej wielu wiader z wodą) albo impulsów bezustannie odpalanych przez kilka neuronów presynaptycznych w ciągu czasu wynoszącego kilkadziesiąt milisekund lub więcej (nosi to nazwę sumacji czasowej i przypomina napełnianie balii za pomocą jednego kranu). Tak czy inaczej, możemy o tym myśleć jak o stopniowym kumulowaniu się popędu bądź danych, skłaniających do podjęcia określonej decyzji – możesz postanowić, żeby obejrzeć jakiś film, gdyż raz poleciło ci go wielu przyjaciół (sumacja przestrzenna) albo ponieważ jeden bardzo uparty przyjaciel wielokrotnie cię do tego namawiał (sumacja czasowa). Kolejnym istotnym dla tej dyskusji faktem jest skłonność neuronów do „szumu”: ich aktywność podlega samoistnym fluktuacjom, nasila się i słabnie bez wyraźnej przyczyny (oczywiście przyczyny tych fluktuacji istnieją, lecz my po prostu przypiszemy je przypadkowym szumom tła). Możemy sobie wyobrazić elementarną decyzję o naciśnięciu lub nienaciśnięciu klawisza jako „wyścig” dwóch grup neuronów – powiedzmy, motoneuronów korowych odpowiedzialnych za opuszczenie palca na klawisz komputerowy oraz tych odpowiedzialnych za uniesienie palca. Jedna grupa neuronów może mieć na starcie przewagę wskutek przypadkowych fluktuacji i przy którejś określonej próbie może dojść do

wyzwolenia „zgodnej z wolą” decyzji o naciśnięciu klawisza przez nieświadome i losowe fluktuacje w konkretnych obwodach mózgu, a z chwilą zwycięstwa w wyścigu jednej grupy neuronów dochodzi do wytworzenia ruchu oraz świadomego poczucia wolnej woli. Jedno z wyjaśnień przyczyny, dla której neuronaukowcy potrafią przewidywać ruch palca pacjenta z wyprzedzeniem rzędu setek milisekund, jest takie, że naukowcy wykrywają, która grupa neuronów zrywa się do wyścigu z przewagą na starcie. Jeszcze za wcześnie na wyciąganie rozstrzygających wniosków z neurofizjologicznych badań nad wolną wolą, ale w dziedzinie słynącej z braku danych eksperymentalnych służą one jako filar wszystkich dyskusji nad tym zagadnieniem. Neuronaukowiec Patrick Haggard podsumował rzecz następująco: „Chociaż możemy odczuwać, że to nasze świadome decyzje i myśli stanowią przyczynę naszych działań, faktycznie te odczucia opierają się na odczytach aktywności mózgu w sieci mózgowych ośrodków sterujących działaniami dowolnymi”288. To, co świadomie postrzegamy jako wolną wolę, przypuszczalnie poprzedzają nieświadome neuronalne obliczenia odpowiedzialne za podejmowanie decyzji. Rzeczywiście, trudno dociec, jak mogłoby być inaczej. Wszystko, co wiemy o mózgu, zgadza się z faktem, że wszelkie stany umysłowe są produktami wzorców aktywności neuronalnej w mózgu, a każdy wzorzec neuronalny powstaje w wyniku interakcji między poprzednim stanem neuronalnym (a raczej stanami aktywnymi i ukrytymi, które omówiłem w rozdziale 6), bieżącymi sygnałami wejściowymi z zewnątrz oraz stochastycznymi fluktuacjami zachodzącymi na poziomach termodynamicznym i kwantowym. Pogląd, że wolna wola jest tylko wrażeniem powstającym już po tym, jak niedostępne dla świadomości obwody podejmą decyzję, może niepokoić. W rzeczy samej, słyszy się argumenty, że gdyby tak to wyglądało, to świadomość byłaby bezużyteczna jako „anegdotyczny kierowca na tylnym siedzeniu, zbędny obserwator działań leżących zawsze poza zasięgiem jego kontroli”289. Jednak nawet jeśli świadomość wraz z poczuciem wolnej woli są powstającymi po fakcie wytworami umysłu, nie wynika z tego, że świadomość nie odgrywa żadnej roli w podejmowaniu decyzji! Jeśli na randce w ciemno twoja towarzyszka przy kolacji znienacka podnosi widelec i wbija ci go w rękę, błyskawiczne cofnięcie ręki prawdopodobnie odbywa się za szybko, by można było przypisać ten fakt świadomości,

zatem to działanie prawdopodobnie odbywa się niezależnie od świadomej percepcji bólu. Jednakże świadoma percepcja bólu prawdopodobnie ma wpływ na późniejsze decyzje, na przykład tę, czy umówić się z tą osobą na drugą randkę. Z ewolucyjnego punktu widzenia subiektywne doświadczenia i wolna wola mogą być zjawiskami ukierunkowanymi przede wszystkim na przyszłość. Na przykład to poczucie wolnej woli zaszczepia w nas być może przekonanie, że sami kierujemy naszym przeznaczeniem, a tym samym daje nam impuls, by wziąć za siebie odpowiedzialność i podejmować długofalowe, nakierowane na przyszłość działania niezbędne do przeżycia.

ZBRODNIA I KARA Debata nad istnieniem bądź nieistnieniem wolnej woli ma podstawowe znaczenie dla kwestii dotyczących moralnej odpowiedzialności i funkcjonowania systemu sprawiedliwości290. Niektórzy argumentują, że jeśli decyzje biorą swój początek z deterministycznych i nieświadomych procesów w obwodach neuronalnych, nie powinniśmy ponosić odpowiedzialności na nasze działania – innymi słowy, że determinizm jest niezgodny z moralną odpowiedzialnością. Na przykład fizyk George Ellis, zwolennik koncepcji rozwijającego się wszechświata blokowego (w którym przeszłość tworzy zastygły, czterowymiarowy blok czasoprzestrzeni, a przyszłość jeszcze nie istnieje), uważa, że eternalizm wyklucza odpowiedzialność moralną: „Jeśli jesteśmy tylko maszynami dożywającymi przyszłości, która już została ustalona, wówczas Adolf Hitler nie miał wyboru i nie mógł postąpić inaczej, niż postąpił. (…) Według mnie to pogląd niemożliwy do obrony, który doprowadzi do wielkiego zła, bowiem ludzie w obliczu zła będą po prostu stać bezczynnie”291. Zgodnie z niepokojem wyrażanym przez Ellisa wyniki sondaży sugerują, że gdy badanych informuje się, iż wszystkie nasze decyzje są następstwem deterministycznych i nieświadomych zdarzeń, wykazują oni mniejszą skłonność do obarczania innych odpowiedzialnością za ich uczynki292. Rozważmy trzy przypadki, w których kierowca potrącił pieszego: (1) kierowca starannie uknuł plan mający na celu potrącenie pieszego; (2)

kierowca stracił kontrolę nad autem w trakcie odczytywania SMS-ów; (3) kierowca stracił kontrolę nad autem w trakcie pierwszego w życiu napadu padaczki293. Ponieważ wszystkie trzy scenariusze można ostatecznie sprowadzić do niejasnych, wewnętrznych działań mózgu kierowcy, niektórzy czytelnicy mogą się zaniepokoić, że wobec braku tego, co większość ludzi uważa za wolną wolę, we wszystkich scenariuszach użytkownik auta „nie miał wyboru i nie mógł postąpić inaczej, niż postąpił”. Jednakże ów niepokój częściowo wynika z atawistycznej wiary w istnienie duszy, pewnej postaci kryptodualizmu, w którym kryje się założenie, że umysł jest niezależny od mózgu. Jeśli postanawiam, że w trakcie jazdy będę sprawdzać SMS-y, czy to ma znaczenie, że kluczowe obwody neuronalne, które wyzwoliły tę decyzję, były nieświadome lub świadome, przewidywalne bądź nieprzewidywalne, ustalone z góry albo nie? Taką decyzję podjął mój mózg, czyli ja – nie ma rozgraniczenia między mną a mózgiem! Nie chcę przez to powiedzieć, że trzy powyższe scenariusze są w jakikolwiek sposób równoważne albo że stan umysłu kierowcy nie liczy się przy wymiarze kary. Jednak nie powinniśmy mylić kwestii kary z odpowiedzialnością. We wszystkich powyższych scenariuszach kierowca ponosi odpowiedzialność bez względu na to, czy decyzje podejmował świadomie, czy nieświadomie. W istocie odzwierciedla to obecny system sprawiedliwości: kierowca poniesie odpowiedzialność we wszystkich trzech przypadkach (na przykład finansową w postaci kosztów leczenia pieszego). Jednakże we wszystkich trzech opisanych przypadkach kary słusznie będą się różnić, gdyż przy ich wymierzaniu trzeba brać pod uwagę złożony zestaw czynników, w tym zbrodnię z premedytacją (czyli orzeczenie zamiaru zrobienia komuś krzywdy, bez względu na to, czy wynika on z procesu nieświadomego, czy świadomego) oraz prawdopodobieństwo przyszłych występków i rehabilitację. Neuronaukowcy, fizycy, filozofowie i znawcy prawa będą nadal wieść spory o kwestie dotyczące moralnej odpowiedzialności, determinizmu oraz roli świadomych i nieświadomych procesów w podejmowaniu decyzji. Czas chyba jednak, żebyśmy dali wyraz naszej „wolnej woli” i przyjęli pogląd, że wolna wola jest świadomym wrażeniem związanym z neuronalnymi procesami leżącymi u podstaw naszych decyzji, za które

ponosimy pełną odpowiedzialność, gdyż każdy z nas jest sumą wszystkich naszych nieświadomych i świadomych jaźni. * Mało jest doświadczeń bardziej przekonujących niż wrażenie, że każde ulotne „teraz” niknie w przeszłości, jednocześnie uchylając wrota do nieskończonej liczby potencjalnych wersji przyszłości. Dlatego że to wrażenie jest tak przemożne, koncepcję eternalizmu odbieramy jako atak na nasze pojęcie rzeczywistości. Chociaż może to przeczyć podszeptom intuicji, pogląd, że przeszłość i przyszłość są równie realne jak teraźniejszość, stanowi faworyzowaną teorię istoty czasu. Mimo to model wszechświata blokowego nie jest pozbawiony wad. Nie istnieje jednolite stanowisko w kwestii istoty czasu, gdyż powszechnie uznaje się czas za czynnik odgrywający w prawach fizyki różne role. Na przykład w dziedzinie fizyki stale trwają prace nad rozwiązaniem tak zwanego problemu czasu – sprzeczności jego roli w ogólnej teorii względności i mechanice kwantowej. W ogólnej teorii względności czas (jako składnik czasoprzestrzeni) można uważać za element tkaniny wszechświata, podczas gdy w mechanice kwantowej czas jest parametrem rządzącym ewolucją układu kwantowego. Zdumiewa jednak to, że niektóre matematyczne próby scalenia ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej kończą się tym, iż wyniki nie przewidują dla czasu w ogóle żadnej roli. Parametr czasu po prostu znika z równań294, co budzi wrażenie, że naprawdę żyjemy we wszechświecie blokowym o trzech zaledwie wymiarach przestrzennych. Argumenty podważające eternalizm i hipotezę wszechświata blokowego pochodzą nie tylko z fizyki, lecz także z neuronauki. Koncepcja wszechświata blokowego nie wyjaśnia zwłaszcza faktu, że postrzegamy czas jako coś, co płynie; w związku z tym pojawiły się sugestie, iż subiektywne doświadczanie upływu czasu jest tylko umysłowym artefaktem. Czy jedno z najistotniejszych i uniwersalnych doświadczeń może być złudzeniem w najgłębszym sensie tego słowa? Genetyk Theodosius Dobzhansky wygłosił słynną uwagę, że „nic w biologii nie ma sensu, jeśli jest rozpatrywane w oderwaniu od ewolucji”. Jeśli potraktować to stwierdzenie poważnie, to rozumie się samo przez się, że wszystko, czego jesteśmy świadomi bądź nieświadomi, jest produktem presji

ewolucyjnej295. Wobec tego niektóre funkcje mózgu stają się źródłem subiektywnych odczuć przypuszczalnie dlatego, że świadomość zapewnia tym procesom przewagę w trakcie doboru naturalnego. Świadomie odczuwamy bodźce bólowe, gdyż subiektywne doświadczanie bólu musi zapewniać w doborze naturalnym przewagę nad reagowaniem na zranienia niczym zombi (prawdopodobnie sedno tej przewagi polega na chronieniu się przed przyszłymi urazami). Jeśli rozumować w ten sposób, dochodzi się do wniosku, że poczucie upływu czasu również powinno dawać przewagę w doborze naturalnym. Jak jednak mogłaby się ta przewaga wyrażać, gdybyśmy żyli w zastygłym wszechświecie blokowym eternalizmu? Kolejna sprzeczność między fizyką a neuronauką polega na tym, że gdyby upływ czasu był tylko wytworzonym przez umysł złudzeniem, to chwilowe przekroje wszechświata blokowego musiałyby mieć zdolność podtrzymywania zjawiska świadomości. Nie przeżywamy jednak świadomie trwających przez chwilę momentów, raczej odcinki czasowe, zawierające zdarzenia, które mają jakieś znaczenie i dają się interpretować – „zwodniczą teraźniejszość”. Jeszcze bardziej dokuczliwe jest pytanie, czy samo zjawisko świadomości wymaga odcinka czasowego o pewnej minimalnej długości. Prawdopodobnie świadomość bardziej przypomina ewolucję, proces z natury rzeczy czasowy, o którego istnieniu naprawdę nie da się mówić w statycznej klatce czasu. Skoro fizycy i filozofowie nadal borykają się ze związanymi z czasem problemami w fizyce, częścią tej debaty powinny się stać odkrycia neuronauki dotyczące naszej percepcji upływu czasu. Musimy ustalić, czy subiektywne poczucie upływu czasu odzwierciedla materialne zjawisko, które wymaga wyjaśnienia na gruncie fizyki, czy raczej jest rzadkim, subiektywnym doświadczeniem, które w żaden sposób nie wiąże się z rzeczywistością. Z kolei neuronaukowcy i psycholodzy muszą przyjąć do wiadomości fakt, że mózg jest w istocie narządem związanym z czasem. Gdyby przyszło komuś podjąć nierozsądną próbę podsumowania funkcji mózgu w dwóch słowach, musiałyby one brzmieć „przewidywanie przyszłości”. Mózg odmierza czas, tworzy wzorce czasowe, zapamiętuje przeszłość, obdarza nas zdolnością umysłowej projekcji nas samych w czasie – a wszystko to w celu przewidywania przyszłości i przygotowywania się na nią.

Ponieważ czas ma dla funkcjonowania mózgu znaczenie tak fundamentalne, odmierzanie czasu jest wbudowane w neuronalny system operacyjny na najgłębszych poziomach: w synapsach, neuronach i obwodach. Pytanie o to, która część mózgu odmierza czas, nie ma sensu, ponieważ większość dróg nerwowych w mózgu w takiej lub innej formie odmierza czas. Zasada wielu zegarów mówi nam, że w przeciwieństwie do ręcznego zegarka śledzącego czas w zakresie od milisekund do lat mózg dysponuje całym zestawem odrębnych mechanizmów do odmierzania czasu w różnych skalach, a nawet w danym zakresie czasowym odpowiadają za to rozmaite obwody w zależności od aktualnego zadania. Dlaczego zegary w ludzkim mózgu tak radykalnie różnią się od tych, które on sam stworzył? Odpowiedź częściowo kryje się w elementach składowych zegarów będących dziełami człowieka oraz neuronalnych. Zegary stworzone przez człowieka opierają się na mechanizmie zliczania wszystkich kolejnych „tyknięć” oscylatora – im mniejszy okres oscylatora, tym więcej „tyknięć” do liczenia. Elementy składowe mózgu nie dorównują dokładnością oraz zakresem przetwarzania danych liczbowych elektronicznym częściom nowoczesnych zegarów – neurony nie potrafią liczyć do 32 768, a tym bardziej do 9 192 631 770. Umiejętność odmierzania czasu dzielimy ze wszystkimi zwierzętami, ale niepowtarzalną cechą Homo sapiens jest zdolność przekraczania barier stawianych przez kapryśne mechanizmy natury, spoglądania w przyszłość i kształtowania jej w taki sposób, by zaspokajała nasze potrzeby. Umysłowa podróż w czasie to jednak zarazem dar i przekleństwo. Nasi przodkowie, spoglądając w przyszłość, musieli przewidywać więcej, niż byli w stanie znieść: własną nieuchronną śmierć. Prawdopodobnie ta niepokojąca wizja powiodła ich jeszcze dalej w przyszłość i popchnęła do wymyślenia skrajnej formy umysłowej podróży w czasie: wyobrazili sobie życie pozagrobowe. Umysłowa podróż w czasie wymaga zachowania kruchej równowagi między nauką a sztuką: rygorystycznej ekstrapolacji zapamiętanej przeszłości i stworzenia w marzeniach tego, co niewyobrażalne. Ta równowaga może ulec naruszeniu. Niekiedy za dużo czasu trwonimy na marzenia, nie zajmując się scenariuszami, które śmiało moglibyśmy przewidzieć, po czym im zapobiec. Z trudem dziś identyfikujemy i rozwiązujemy długofalowe problemy ekonomiczne, zdrowotne

i środowiskowe, przed którymi stoi nasz gatunek. Taka krótkowzroczność czasowa jest zrozumiała – w kategoriach ewolucyjnych umysłowa podróż w czasie to nowo nabyta umiejętność. Na szczęście, podobnie jak inne funkcje poznawcze, niezmiernie zyskuje dzięki praktyce i edukacji. Może żyjemy we wszechświecie, w którym realne jest tylko „teraz”, a może „teraz” jest czymś równie dowolnym, jak „tutaj”. A może istota czasu to coś jeszcze dziwaczniejszego i trudniejszego do wyjaśnienia niż wszystko, co dotychczas zdołaliśmy sobie wyobrazić. Mimo to bez względu na prawdziwą istotę czasu nie mamy wymówki, by stale nie doskonalić naszych umiejętności umysłowej podróży w czasie. Musimy uczyć się lepiej odróżniać rzeczy mało prawdopodobne od niemożliwych, przedkładać odległe nagrody nad doraźne gratyfikacje i działać teraz na rzecz stworzenia takiej przyszłości, którą chcielibyśmy zamieszkiwać, gdy w końcu stanie się ona teraźniejszością.

265 Burr et al., 1994; Yarrow et al., 2001. 266 Koch, 2008. 267 Kanabus et al., 2002; Alais i Cass, 2010. 268 Van Wassenhove et al., 2007; Mégevand et al., 2013. Istnieje jeszcze jeden czynnik związany z opóźnieniem, z jakim ucho i oko przetwarza sygnały słuchowe i wzrokowe, ale nie będę się tu nad nim rozwodził. Zmysł wzroku działa naprawdę dość powoli w porównaniu ze słuchem. 269 Trochę upraszczam tu narrację; w rzeczywistości układ wzrokowy ma praktycznie wbudowane opóźnienie. Sygnały wzrokowe z siatkówki oka mogą dotrzeć do kory wzrokowej całe 50 milisekund po tym, jak informacje ze ślimaka w uchu wewnętrznym dotrą do kory słuchowej. To wbudowane opóźnienie powstaje głównie w wyniku faktu, że zachodząca w siatkówce fototransdukcja przebiega znacznie wolniej niż transdukcja mechaniczna w ślimaku. 270 Fujisaki et al., 2004; Toida et al., 2014; Van der Burg et al., 2015. 271 Geldard i Sherrick, 1972; Kilgard i Merzenich, 1995; Goldreich i Tong, 2013. 272 Dennett, 1991; Buonomano, 2011; Herzog et al., 2016. 273 Na przykład patrz: Dehaene i Changeux, 2011; Kandel, 2013. 274 Lamy et al., 2009. Patrz także: Salti et al., 2015. 275 Dehaene, 2014, s. 126. Kolejny przykład świadczący o tym, że późne manipulacje – 400 milisekund od zadziałania bodźca – mogą zmieniać jego świadomą percepcję, patrz: Scharnowski et al., 2009; Sergent et al., 2013. 276 Zagadnienie wolnej woli ma długą i szacowną historię w filozofii, a od niedawna także w neuronauce. Na początek polecam następujące artykuły: Montague, 2008; Haggard, 2011; Nichols, 2011; Smith, 2011, oraz książki: Dennett, 2003; Harris, 2012. 277 Definicja nr 2, http://www.oed.com/view/Entry/74438 (30.12.2015). 278 Montague, 2008. 279 Hawking, 1996. Tego zdania nie ma w dostępnych na polskim rynku wydaniach Krótkiej historii czasu w przekładzie Piotra Amsterdamskiego, opartych na pierwszym wydaniu oryginału z 1988 roku. Zamieszczony tu cytat znalazł się w wydaniach późniejszych, dostępnych także w archiwach internetowych, np. https://archive.org (przyp. tłum.). 280 Penrose, 2000, s. 472.

281 Lockwood, 2005. 282 Jednakże argumentowano, że to wrażenie swobody wyboru jest złudzeniem, które rozwiewa się w wyniku dokładniejszej analizy (Harris, 2012). 283 Wegner, 2002. 284 Hume, 1739/1951. 285 Cytat w: W. Duch, Czy jesteśmy automatami? Mózgi, wolna wola i odpowiedzialność, w: P. Francuz (red.), Na ścieżkach neuronauki, Wydawnictwo KUL, Lublin 2010 (przyp. tłum.). Huxley, 1894/1911, s. 244. 286 Fried et al., 2011. 287 Libet et al., 1983; Lau et al., 2007; Haggard, 2008; Soon et al., 2008; Murakami et al., 2014. 288 Haggard, 2011. 289 Dehaene, 2014, s. 91. Pisarz Adam Gopnik wyraził ten pogląd, używając metafory rzecznika prasowego: „To, co zwiemy świadomością, jest tylko złudzeniem tak samo odnoszącym się do działania naszych rzeczywistych umysłów, jak wypowiedzi rzecznika prasowego Białego Domu mają się do działań Białego Domu pod rządami Busha: zadaniem urzędnika jest wynajdywanie racjonalizacji i systematycznych uzasadnień dla opinii i decyzji niejasnych, ukrytych sił, których chimeryczne i irracjonalne cele on sam poznaje dopiero długo po fakcie” („The New Yorker”, 4 lipca 2005). 290 Gazzaniga i Steven, 2005; Gazzaniga, 2011. 291 Cytat w: Zeeya Merali, Tomorrow never was („Discover”, czerwiec 2015). 292 Nichols, 2011; Shariff i Vohs, 2014. 293 W kontekście modelowego kodeksu karnego te trzy scenariusze z grubsza odpowiadałyby następującym stanom umysłu: postępek rozmyślny, lekkomyślność/zaniedbanie, odpowiedzialność całkowita. 294 Mam tu na myśli równanie Wheelera-DeWitta, mające na celu scalenie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej. Ku zdumieniu wielu naukowców ta próba zaowocowała równaniem, w którym nie ma parametru czasu, co na pozór prowadzi do wniosku, że sam czas nie istnieje – ten pogląd popierają fizycy tacy jak Julian Barbour i Carlos Rovelli. Znakomita prezentacja czasu w mechanice kwantowej i równaniu Wheelera-DeWitta, patrz: Barbour, 1999; Rovelli, 2004; Lockwood, 2005; Callender, 2010a; Smolin, 2015. 295 Koch, 2004; Dehaene, 2014.

Podziękowania Czas zegarowy to najważniejszy czynnik stawiający nas wszystkich na równej płaszczyźnie. Każdy z nas otrzymuje codziennie 86 400 sekund. Powstały niezliczone książki, które napisano po to, by nam pomóc w wykorzystywaniu owego codziennego przydziału sekund. Psycholog Phil Zimbardo twierdzi, że traktujemy pakiety naszego czasu, szczególnie tego, który nazywamy „czasem wolnym”, jak paczki z prezentami – pakujemy je i wręczamy w podarunku najcenniejszym dla nas osobom bądź działaniom. Jestem wdzięczny licznym przyjaciołom i kolegom, którzy obdarowali mnie swoim czasem, bez nich bowiem nie powstałaby ta książka. Jest ona wytworem długotrwałego zainteresowania mechanizmem odmierzania czasu przez mózg – zagadnieniem, któremu poświęciłem znaczną część kariery naukowej. W tej drodze olbrzymią korzyść przyniosły mi prace i zachęty wielu czołowych przedstawicieli nauki zajmującej się problemem czasu. Jestem szczególnie wdzięczny za wsparcie Richardowi Ivry’emu, Michaelowi Maukowi i Warrenowi Meckowi. Na moją wdzięczność za nauki i mądrość zasłużyli również inni przyjaciele z tej dziedziny nauki: Domenica Bueti, Catalin Buhusi, Jenny Coull, Mehrdad Jazayeri, Hugo Merchant, Matt Matell, Kia Nobre, Virginie van Wassenhove i Beverly Wright. Częścią nagrody za napisanie książki jest radość płynąca ze zgłębiania zagadnień spoza własnej wąskiej niszy naukowej. Podczas pracy nad niniejszą pozycją postanowiłem zagłębić się odrobinę w fizykę czasu. Zaciągnąłem przez to dług wdzięczności u wielu fizyków i filozofów, którzy cierpliwie odpowiadali na moje naiwne pytania o czas, teorię

względności i mechanikę kwantową; należą do nich między innymi: Richard Arthur, Vincent Buonomano, Sean Carroll, Craig Callender, Per Kraus, Dennis Lehmkuhl, Terry Sejnowski, Lee Smolin, a zwłaszcza Harvey Brown. Niewątpliwie ponoszę winę za okrojenie i nadmierne uproszczenie wkładu licznych kolegów naukowców w imię zwięzłości narracji, choć starałem się przystępnie zrelacjonować stan badań w obszernej dziedzinie nauki. Ostatecznie te niedociągnięcia prawdopodobnie świadczą o moich mankamentach w roli naukowca i pisarza. Z góry przepraszam zatem tych naukowców, których prace pominąłem bądź nieodpowiednio je oceniłem. Wielu przyjaciół, kolegów i współpracowników przeczytało poszczególne rozdziały lub objaśniało mi niektóre zagadnienia z opisanego w książce materiału. Na moje szczególne podziękowania zasłużyli: Judy Buonomano, Chris Colwell, Jack Feldman, Dan Goldreich, Jason Goldsmith, Vishwa Goudar, Sam Harris, Nicholas Hardy, Rodrigo Laje, Michael Long, Hakwan Lau, Helen Motanis, Joe Pieroni, Carlos Portera-Cailliau, Rafael Núñez i Alcino Silva. Nie mógłbym prowadzić własnych badań nad sposobami odmierzania czasu przez mózg bez wsparcia National Institute of Mental Health oraz National Science Foundation, a także wydziałów neurobiologii i psychologii UCLA. Proszę o przyjęcie wyrazów wdzięczności Annakę Harris i mojego redaktora w wydawnictwie W.W. Norton, Toma Mayera, za wskazówki i doświadczenie w pracy redakcyjnej. Na koniec chciałbym podziękować mojej żonie Anie za szczodry dar w postaci mnóstwa jej czasu.

Bibliografia Aasland W.A., Baum S.R., Temporal parameters as cues to phrasal boundaries: A comparison of processing by left- and right-hemisphere brain-damaged individuals, „Brain and Language”, 87 (2003), 385–399. Abbott L.F., Nelson S.B., Synaptic plasticity: Taming the beast, „Nature Neuroscience”, 3 (2000), 1178–1183. Alais D., Cass J., Multisensory perceptual learning of temporal order: Audiovisual learning transfers to vision but not audition, „PLoS ONE”, 5 (2010), e11283. Arstila V., Time slows down during accidents, „Frontiers in Psychology”, 3 (2012), 196. Aschoff J., On the perception of time during prolonged temporal isolation, „Human Neurobiology”, 4 (1985), 41–52. Atakan Z., Morrison P., Bossong M.G., Martin-Santos R., Crippa, J.A., The effect of cannabis on perception of time: A critical review, „Current Pharmaceutical Design”, 18 (2012), 4915–4922. Atance C.M., O’Neill D.K., Episodic future thinking, „Trends in Cognitive Sciences”, 5 (2001), 533–539. Baker R., Gent T.C., Yang Q., Parker S., Vyssotski A.L., Wisden W., Brickley S.G., Franks N.P., Altered activity in the central medial thalamus precedes changes in the neocortex during transitions into both sleep and propofol anesthesia, „Journal of Neuroscience”, 34 (2014), 13326–13335. Barbour J., The end of time: The next revolution in physics, Oxford University Press, Nowy Jork 1999. Bargiello T.A., Jackson F.R., Young M.W., Restoration of circadian behavioural rhythms by gene transfer in Drosophila, „Nature”, 312 (1984), 752–754.

Beaulieu C., Kisvarday Z., Somogyi P., Cynader M., Cowey A., Quantitative distribution of GABA-immunopositive and -immunonegative neurons and synapses in the monkey striate cortex (area 17), „Cerebral Cortex”, 2 (1992), 295–309. Bender A., Beller S., Mapping spatial frames of reference onto time: A review of theoretical accounts and empirical findings, „Cognition”, 132 (2014), 342–382. Benoit R.G., Schacter D.L., Specifying the core network supporting episodic simulation and episodic memory by activation likelihood estimation, „Neuropsychologia”, 75 (2015), 450–457. Bhardwaj R.D., Curtis M.A., Spalding K.L., Buchholz B.A., Fink D., Björk-Eriksson T., Nordborg C., Gage F.H., Druid H., Eriksson P.S., Frisén J., Neocortical neurogenesis in humans is restricted to development, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 103 (2006), 12564–12568. Bi G.Q., Poo M.M., Synaptic modifications in cultured hippocampal neurons: dependence on spike timing, synaptic strength, and postsynaptic cell type, „Journal of Neuroscience”, 18 (1998), 10464–10472. Block R.A., Hancock P.A., Zakay D., How cognitive load affects duration judgments: A meta-analytic review, „Acta Psychologica”, 134 (2010), 330–343. Bloom B.J., Nicholson T.L., Williams J.R., Campbell S.L., Bishof M., Zhang X., Zhang W., Bromley S.L., Ye J., An optical lattice clock with accuracy and stability at the 10– 18 level, „Nature” (2014), wcześniejsza publikacja internetowa. Born J., Hansen K., Marshall L., Molle M., Fehm H.L., Timing the end of nocturnal sleep, „Nature”, 397 (1999), 29–30. Boroditsky L., Ramscar M., The roles of body and mind in abstract thought, „Psychological Science”, 13 (2002), 185–189. Botzung A., Denkova E., Manning L., Experiencing past and future personal events: Functional neuroimaging evidence on the neural bases of mental time travel, „Brain and Cognition”, 66 (2008), 202–212. Bourjade M., Call J., Pele M., Maumy M., Dufour V., Bonobos and orangutans, but not chimpanzees, flexibly plan for the future in a token-exchange task, „Animal Cognition”, 17 (2014), 1329–1340. Bray S., Rangel A., Shimojo S., Balleine B., O’Doherty J.P., The neural mechanisms underlying the influence of pavlovian cues on human decision making, „Journal of Neuroscience”, 28 (2008), 5861–5866.

Bregman A.S., Auditory scene analysis: The perceptual organization of sound, MIT Press, Cambridge 1990. Breitenstein C., Van Lancker D., Daum I., The contribution of speech rate and pitch variation to the perception of vocal emotions in a German and an American sample, „Cognition and Emotion”, 15 (2001a), 57–79. Breitenstein C., Van Lancker D., Daum I., Waters C.H., Impaired perception of vocal emotions in Parkinson’s disease: influence of speech time processing and executive functioning, „Brain and Cognition”, 45 (2001b), 277–314. Brown H., Physical relativity: space-time structure from a dynamical perspective, Oxford University Press, Oksford 2005. Brownell H.H., Gardner H., Neuropsychological insights into humour, w: Laughing matters: A serious look at humour, (red. J. Durant, J. Miller), Longman Scientific & Technical, Essex 1988. Buckhout R., Fox P., Rabinowitz M., Estimating the duration of an earthquake: Some shaky field observations, „Bulletin of the Psychonomic Society”, 27 (1989), 375–378. Buckley R., Slow time perception can be learned, „Frontiers in Psychology”, 5 (2014). Bueti D., Walsh V., The parietal cortex and the representation of time, space, number and other magnitudes, „Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences”, 364 (2009), 1831–1840. Bueti D., Buonomano D.V., Temporal perceptual learning, „Timing and Time Perception”, 2 (2014), 261–289. Bueti D., Lasaponara S., Cercignani M., Macaluso E., Learning about time: Plastic changes and interindividual brain differences, „Neuron”, 75 (2012), 725–737. Buhusi C.V., Meck W.H., What makes us tick? Functional and neural mechanisms of interval timing, „Nature Reviews Neuroscience”, 6 (2005), 755–765. Buhusi C.V., Meck W.H., Decoding temporal information: a model based on short-term synaptic plasticity, „Journal of Neuroscience”, 20 (2000), 1129–1141. Buonomano D. V., Brain bugs: How the brain’s flaws shape our lives, W. W. Norton, Nowy Jork 2011. Buonomano D.V., Mauk M.D., Neural network model of the cerebellum: temporal discrimination and the timing of motor responses, „Neural Computation”, 6 (1994), 38–55. Buonomano D.V., Merzenich M.M., Temporal information transformed into a spatial code by a neural network with realistic properties, „Science”, 267 (1995), 1028–1030.

Buonomano D.V., Maass W., State-dependent computations: Spatiotemporal processing in cortical networks, „Nature Reviews Neuroscience”, 10 (2009), 113–125. Burr D.C., Morrone M.C., Ross J., Selective suppression of the magnocellular visual pathway during saccadic eye movements, „Nature”, 371 (1994), 511–513. Cahill L., McGaugh J.L., Modulation of memory storage, „Current Opinion in Neurobiology”, 6 (1996), 237–242. Cai Z.G., Wang R., Numerical magnitude affects temporal memories but not time encoding, „PLoS ONE”, 9 (2014), e83159. Cajochen C., Altanay-Ekici S., Münch M., Frey S., Knoblauch V., Wirz-Justice A., Evidence that the lunar cycle influences human sleep, „Current Biology”, 23 (2013), 1485–1488. Calaprice A., Einstein w cytatach. Pełne wydanie, przeł. M. Krośniak, Wydawnictwo Poltext, Warszawa 2014. Callender C., Is time an illusion?, „Scientific American”, czerwiec (2010a), 59–65. Callender C., Edney R., Introducing time: A graphic guide, Icon Books, Londyn 2010b. Campbell L.A., Bryant R.A., How time flies: A study of novice skydivers, „Behaviour Research and Therapy”, 45 (2007), 1389–1392. Carlson B.A., Temporal-pattern recognition by single neurons in a sensory pathway devoted to social communication behavior, „Journal of Neuroscience”, 29 (2009), 9417–9428. Carnevale F., de Lafuente V., Romo R., Barak O., Parga N., Dynamic control of response criterion in premotor cortex during perceptual detection under temporal uncertainty, „Neuron”, 86 (2015), 1067–1077. Carroll S., Stąd do wieczności i z powrotem: poszukiwanie ostatecznej teorii czasu, przeł. T. Krzysztoń, Prószyński Media, Warszawa 2011. Chang A.Y.-C., Tzeng O.J.L., Hung D.L., Wu D.H., Big time is not always long: Numerical magnitude automatically affects time reproduction, „Psychological Science”, 22 (2011), 1567–1573. Chubykin A.A., Roach E.B., Bear M.F., Shuler M.G.H., A cholinergic mechanism for reward timing within primary visual cortex, „Neuron”, 77 (2013), 723–735. Cicchini G.M., Arrighi R., Cecchetti L., Giusti M., Burr D.C., Optimal encoding of interval timing in expert percussionists, „Journal of Neuroscience”, 32 (2012), 1056–1060. Clark A., Whatever next? Predictive brains, situated agents, and the future of cognitive science, „Behavioral and Brain Sciences”, 36 (2013), 181–204.

Clayton N.S., Dickinson A., Scrub jays (Aphelocoma coerulescens) remember the relative time of caching as well as the location and content of their caches, „Journal of Comparative Psychology”, 113 (1999), 403–416. Clayton N.S., Russell J., Dickinson A., Are animals stuck in time or are they chronesthetic creatures?, „Topics in Cognitive Science”, 1 (2009), 59–71. Cohen J., Hansel C.E., Sylvester J.D., A new phenomenon in time judgment, „Nature”, 172 (1953), 901. Colapinto J., The interpreter, „The New Yorker”, 16 kwietnia 2007, 118–137. Collyer C.E., The induced asynchrony effect: Its role in visual judgments of temporal order and its relation to other dynamic perceptual phenomena, „Perception & Psychophysics”, 19 (1976), 47–54. Colwell C.S., Linking neural activity and molecular oscillations in the SCN, „Nature Reviews Neuroscience”, 12 (2011), 553–569. Corballis M.C., The recursive mind: the origins of human language thought and civilization, Princeton University Press, Princeton, NJ 2011. Cordes S., Gallistel C.R., Intact interval timing in circadian CLOCK mutants, „Brain Research”, 1227 (2008), 120–127. Coull J.T., Cheng R.-K., Meck W.H., Neuroanatomical and neurochemical substrates of timing, „Neuropsychopharmacology”, 36 (2011), 3–25. Coull J.T., Charras P., Donadieu M., Droit-Volet S., Vidal F., SMA selectively codes the active accumulation of temporal, not spatial, magnitude, „Journal of Cognitive Neuroscience”, 27 (2015), 2281–2298. Creelman C.D., Human discrimination of auditory duration, „Journal of the Acoustical Society of America”, 34 (1962), 582–593. Critchfield T.S., Kollins S.H., Temporal discounting: basic research and the analysis of socially important behavior, „Journal of Applied Behavior Analysis”, 34 (2001), 101– 122. Crowe D.A., Averbeck B.B., Chafee M.V., Rapid sequences of population activity patterns dynamically encode task-critical spatial information in parietal cortex, „Journal of Neuroscience”, 30 (2010), 11640–11653. Crowe D.A., Zarco W., Bartolo R., Merchant H., Dynamic representation of the temporal and sequential structure of rhythmic movements in the primate medial premotor cortex, „Journal of Neuroscience”, 34 (2014), 11972–11983.

Czeisler C., Weitzman E., Moore-Ede M., Zimmerman J., Knauer R., Human sleep: its duration and organization depend on its circadian phase, „Science”, 210 (1980), 1264–1267. Davidson A.J., Sellix M.T., Daniel J., Yamazaki S., Menaker M., Block G.D., Chronic jetlag increases mortality in aged mice, „Current Biology”, 16 (2006), R914–916. Davies P., Czas: niedokończona rewolucja Einsteina, przeł. L. Kallas, Prószyński i S-ka, Warszawa 2002. Davies P., That mysterious flow, „Scientific American”, 21 (2012), 8–13. Debanne D., Gahwiler B.H., Thompson S.M., Asynchronous pre- and postsynaptic activity induces associative long-term depression in area CA1 of the rat hippocampus in vitro, „Proceedings of the National Academy of Science USA”, 91 (1994), 1148–1152. Dehaene S., Consciousness and the brain: Deciphering how the brain codes our thoughts, Viking, Nowy Jork 2014. Dehaene S., Changeux J.-P., Experimental and theoretical approaches to conscious processing, „Neuron”, 70 (2011), 200–227. Dennett D.C., Consciousness explained, Little, Brown and Company, Nowy Jork 1991. Dennett D.C., Freedom evolves, Penguin Books, Nowy Jork 2003. DiCarlo J.J., Cox D.D., Untangling invariant object recognition, „Trends in Cognitive Sciences”, 11 (2007), 333–341. Doupe A.J., Kuhl P.K., Birdsong and human speech: common themes and mechanisms, „Annual Review of Neuroscience”, 22 (1999), 567–631. Droit-Volet S., Temporal experience and timing in children, w: Functional and neural mechanisms of interval timing (red. W.H. Meck), 183–288, CRC Press, Boca Raton 2003. Dudai Y., Carruthers M., The Janus face of Mnemosyne, „Nature”, 434 (2005), 567. Duncan D.E., Calendar: humanity’s epic struggle to determine a true and accurate year, Avon Books, Nowy Jork 1999. Eichenbaum H., Time cells in the hippocampus: a new dimension for mapping memories, „National Review of Neuroscience”, 15 (2014), 732–744. Einstein A., Zur Elektrodynamik bewegter Körper, „Annalen der Physik”, 17 (1905), 891– 921. Einstein A., Infeld L., Ewolucja fizyki: rozwój poglądów od najdawniejszych pojęć do teorii względności i kwantów, przeł. R. Gajewski, Prószyński i S-ka, Warszawa 1998.

Ellis G.F.R., On the flow of time, „FXQi Essay”, http://fqxiorg/data/essay-contestfiles/Ellis_Fqxi_essay_contest__Epdf, 2008. Ellis G.F.R., The evolving block universe and the meshing together of times, „Annals of the New York Academy of Sciences”, 1326 (2014), 26–41. Eriksson P.S., Perfilieva E., Björk-Eriksson T., Alborn A.M., Nordborg C., Peterson D.A., Gage F.H., Neurogenesis in the adult human hippocampus, „Nature Medicine”, 4 (1998), 1313–1317. Everett D., Don’t sleep, there are snakes, Pantheon, Nowy Jork 2008. Feldman J.L., Del Negro C.A., Looking for inspiration: new perspectives on respiratory rhythm, „National Review of Neuroscience”, 7 (2006), 232–241. Feldmeyer D., Lubke J., Silver R.A., Sakmann B., Synaptic connections between layer 4 spiny neurone-layer 2/3 pyramidal cell pairs in juvenile rat barrel cortex: physiology and anatomy of interlaminar signalling within a cortical column, „Journal of Physiology”, 538 (2002), 803–822. Földiák P., Learning invariance from transformation sequences, „Neural Computation”, 3 (1991), 194–200. Fortune E.S., Rose G.J., Short-term synaptic plasticity as a temporal filter, „Trends in Neurosciences”, 24 (2001), 381–385. Foster K.R., Kokko H., The evolution of superstitious and superstition-like behaviour, „Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences”, 276 (2009), 31–37. Foster R.G., Wulff K., The rhythm of rest and excess, „National Review of Neuroscience”, 6 (2005), 407–414. Foster R.G., Roenneberg T., Human responses to the geophysical daily, annual and lunar cycles, „Current Biology”, 18 (2008), R784–R794. Fox D., The limits of intelligence, „Scientific American”, lipiec (2011), 36–43. Fraisse P., The psychology of time, Harper & Row, Nowy Jork 1963. Fraps T., Time and magic-manipulating subjective temporality, w: Subjective time: the philosophy, psychology, and neuroscience of temporality (red. V. Arstila, D. Lloyd), 263–285, MIT Press, Cambridge, MA 2014. Frederick S., Loewenstein G., O’Donoghue T., Time discounting and time preference: a critical review, „Journal of Economic Literature”, 45 (2002), 351–401. Fried I., Mukamel R., Kreiman G., Internally generated preactivation of single neurons in human medial frontal cortex predicts volition, „Neuron”, 69 (2011), 548–562.

Fujisaki W., Shimojo S., Kashino M., Nishida S., Recalibration of audiovisual simultaneity, „Nature Neuroscience”, 7 (2004), 773–778. Fuster J.M., Bressler S.L., Past makes future: Role of pFC in prediction, „Journal of Cognitive Neuroscience”, 27 (2014), 639–654. Galison P., Einstein’s clocks and Poincaré’s maps: Empires of time, W.W. Norton, Nowy Jork 2003. Garcia K.S., Mauk M.D., Pharmacological analysis of cerebellar contributions to the timing and expression of conditioned eyelid responses, „Neuropharmacology”, 37 (1998), 471–480. Gazzaniga M.S., Neuroscience in the courtroom, „Scientific American”, kwiecień (2011), 54–59. Gazzaniga M.S., Steven M.S., Neuroscience and the law, „Scientific American Mind”, 16 (2005), 42–49. Geldard F.A., Sherrick C.E., The cutaneous „rabbit”: A perceptual illusion, „Science”, 178 (1972), 178–179. Genovesio A., Tsujimoto S., From duration and distance comparisons to goal encoding in prefrontal cortex, w: Neurobiology of Interval Timing (red. H. Merchant, V. de Lafuente), 167–186, Springer, Nowy Jork 2014. Gibbon J., Scalar expectancy theory and Weber’s law in animal timing, „Psychological Review”, 84 (1977), 279–325. Gibbon J., Church R.M., Meck W.H., Scalar timing in memory, „Annals of the New York Academy of Science”, 423 (1984), 52–77. Gilbert D., Na tropie szczęścia, przeł. E. Rajewska, Harbor Point Media Rodzina, Poznań 2007. Goel A., Buonomano D.V., Timing as an intrinsic property of neural networks: evidence from in vivo and in vitro experiments, „Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Science”, 369 (2014), 20120460. Goel A., Buonomano D.V., Temporal interval learning in cortical cultures is encoded in intrinsic network dynamics, „Neuron”, 91 (2016), 320–327. Goldreich D., A Bayesian perceptual model replicates the cutaneous rabbit and other tactile spatiotemporal illusions, „PLoS ONE”, 2 (2007), e333. Goldreich D., Tong J., Prediction, postdiction, and perceptual length contraction: a Bayesian low-speed prior captures the cutaneous rabbit and related illusions, „Frontiers in Psychology”, 4 (2013), 579.

Golombek D.A., Bussi I.L., Agostino P.V., Minutes, days and years: molecular interactions among different scales of biological timing, „Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences”, 369 (2014), 20120465. Gordon P., Numerical cognition without words: evidence from Amazonia, „Science”, 306 (2004), 496–499. Greene B., Struktura Kosmosu: przestrzeń, czas i struktura rzeczywistości, przeł. E.L. Łokas, B. Bieniok, Prószyński i S-ka, Warszawa 2006. Grondin S., Kuroda T., Mitsudo T., Spatial effects on tactile duration categorization, „Canadian Journal of Experimental Psychology/Revue canadienne de psychologie expérimentale”, 65 (2011), 163–167. Gutierrez E., A rat in the labyrinth of anorexia nervosa: Contributions of the activity-based anorexia rodent model to the understanding of anorexia nervosa, „International Journal of Eating Disorders”, 46 (2013), 289–301. Haeusler S., Maass W., A statistical analysis of information-processing properties of lamina-specific cortical microcircuit models, „Cerebral Cortex”, 17 (2007), 149–162. Hafele J.C., Keating R.E., Around-the-world atomic clocks: Observed relativistic time gains, „Science”, 177 (1972a), 168–170. Hafele J.C., Keating R.E., Around-the-world atomic clocks: Predicted relativistic time gains, „Science”, 177 (1972b), 166–168. Haggard P., Human volition: towards a neuroscience of will, „National Review of Neuroscience”, 9 (2008), 934–946. Haggard P., Decision time for free will, „Neuron”, 69 (2011), 404–406. Hahnloser R.H.R., Kozhevnikov A.A., Fee M.S., An ultra-sparse code underlies the generation of neural sequence in a songbird, „Nature”, 419 (2002), 65–70. Hakimi S., Hare T.A., Enhanced neural responses to imagined primary rewards predict reduced monetary temporal discounting, „Journal of Neuroscience”, 35 (2015), 13103–13109. Hammond C., 70 minut na godzinę: fenomen czasu, przeł. E. Kleszcz, Carta Blanca, Warszawa 2013. Han C.J., Robinson J.K., Cannabinoid modulation of time estimation in the rat, „Behavioral Neuroscience” 115 (2001), 243–246. Harrington D.L., Castillo G.N., Reed J.D., Song D.D., Litvan I., Lee R.R., Dissociation of neural mechanisms for intersensory timing deficits in Parkinson’s disease, „Timing & Time Perception”, 2 (2014), 145–168.

Harris S., Free will, Free Press, Nowy Jork 2012. Hassabis D., Kumaran D., Vann S.D., Maguire E.A., Patients with hippocampal amnesia cannot imagine new experiences, „Proceedings of the National Academy of Sciences USA”, 104 (2007), 1726–1731. Hawking S., A brief history of time, Bantam Books, Nowy Jork 1996. Hawking S., Krótka historia czasu: od wielkiego wybuchu do czarnych dziur, przeł. P. Amsterdamski, Wydawnictwo Zysk i S-ka, Poznań 2015. Hayashi M.J., Kanai R., Tanabe H.C., Yoshida Y., Carlson S., Walsh V., Sadato N., Interaction of numerosity and time in prefrontal and parietal cortex, „Journal of Neuroscience”, 33 (2013), 883–893. Helson H., King S.M., The tau effect: an example of psychological relativity, „Journal of Experimental Psychology”, 14 (1931), 202–217. Henderson J., Hurly T.A., Bateson M., Healy S.D., Timing in free-living rufous hummingbirds, Selasphorus rufus, „Current Biology”, 16 (2006), 512–515. Herculano-Houzel S., The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain, „Frontiers in Human Neuroscience”, 3 (2009). Herzog E.D., Aton S.J., Numano R., Sakaki Y., Tei H., Temporal precision in the mammalian circadian system: A reliable clock from less reliable neurons, „Journal of Biological Rhythms”, 19 (2004), 35–46. Herzog M. H., Kammer T., Scharnowski F., Time slices: What is the duration of a percept?, „PLoS Biol”, 14 (2016), e1002433. Hicks R.E., Miller G.W., Kinsbourne M., Prospective and retrospective judgments of time as a function of amount of information processed, „American Journal of Psychology”, 89 (1976), 719–730. Hinkley N., Sherman J.A., Phillips N.B., Schioppo M., Lemke N.D., Beloy K., Pizzocaro M., Oates C.W., Ludlow A.D., An atomic clock with 10–18 instability, „Science”, 341 (2013), 1215–1218. Honing H., Merchant H., Háden G.P., Prado L., Bartolo R., Rhesus monkeys (Macaca mulatta) detect rhythmic groups in music, but not the beat, „PLoS ONE”, 7 (2012), e51369. Hoskins J., The play of time: Kodi perspectives on calendars, history, and exchange, University of California Press, Berkeley 1993. Huang Y., Jones B., On the interdependence of temporal and spatial judgments, „Perception & Psychophysics”, 32 (1982), 7–14.

Hume D., Traktat o naturze ludzkiej, t. 1: O umyśle, przeł. C. Znamierowski, Polska Akademia Umiejętności, Kraków 1951. Hussain F., Gupta C., Hirning A.J., Ott W., Matthews K.S., Josić K., Bennett M.R., Engineered temperature compensation in a synthetic genetic clock, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 111 (2014), 972–977. Huxley T.H., Collected essays: Method and results, D. Appleton, Nowy Jork 1894/1911. Ikeda H., Kubo T., Kuriyama K., Takahashi M., Self-awakening improves alertness in the morning and during the day after partial sleep deprivation, „Journal of Sleep Research”, 23 (2014), 673–680. Ishihara M., Keller P.E., Rossetti Y., Prinz W., Horizontal spatial representations of time: Evidence for the STEARC effect, „Cortex”, 44 (2008), 454–461. Ishizawa Y., Ahmed O.J., Patel S.R., Gale J.T., Sierra-Mercado D., Brown E.N., Eskandar E.N., Dynamics of propofol-induced loss of consciousness across primate neocortex, „Journal of Neuroscience”, 36 (2016), 7718–7726. Ivry R.B., Schlerf J.E., Dedicated and intrinsic models of time perception, „Trends in Cognitive Sciences”, 12 (2008), 273–280. Jacobs B., Schall M., Prather M., Kapler E., Driscoll L., Baca S., Jacobs J., Ford K., Wainwright M., Treml M., Regional dendritic and spine variation in human cerebral cortex: A quantitative golgi study, „Cerebral Cortex”, 11 (2001), 558–571. James W., The principles of psychology, Dover Publications, Nowy Jork 1890. Janssen P., Shadlen M.N., A representation of the hazard rate of elapsed time in the macaque area LIP, „Nature Neuroscience”, 8 (2005), 234–241. Jazayeri M., Shadlen M.N., Temporal context calibrates interval timing, „Nature Neuroscience”, 13 (2010), 1020–1026. Jazayeri M., Shadlen M.N., A neural mechanism for sensing and reproducing a time interval, „Current Biology”, 25 (2015), 2599–2609. Jin D.Z., Fujii N., Graybiel A.M., Neural representation of time in cortico-basal ganglia circuits, „Proceedings of the National Academy of Science USA”, 106 (2009), 19156– 19161. Johnson C.H., Golden S.S., Kondo T., Adaptive significance of circadian programs in cyanobacteria, „Trends in Microbiology”, 6 (1998), 407–410. Johnson H.A., Goel A., Buonomano D.V., Neural dynamics of in vitro cortical networks reflects experienced temporal patterns, „Nature Neuroscience”, 13 (2010), 917–919.

Jones C.R., Campbell S.S., Zone S.E., Cooper F., DeSano A., Murphy P.J., Jones B., Czajkowski L., Ptáček L.J., Familial advanced sleep-phase syndrome: A short-period circadian rhythm variant in humans, „Nature Medicine”, 5 (1999), 1062–1065. Jones C.R., Huang A.L., Ptáček L.J., Fu Y.-H., Genetic basis of human circadian rhythm disorders, „Experimental Neurology”, 243 (2013), 28–33. Kable J.W., Glimcher P.W., The neural correlates of subjective value during intertemporal choice, „Nature Neuroscience”, 10 (2007), 1625–1633. Kanabus M., Szelag E., Rojek E., Poppel E., Temporal order judgment for auditory and visual stimuli, „Acta Neurobiologiae Experimentalis”, 62 (2002), 263–270. Kandel E., The new science of mind and the future of knowledge, „Neuron”, 80 (2013), 546–560. Kandel E.R., Schartz J., Jessel T., Siegelbaum SA, Hudspeth A.J., Principles of neural science, wyd. 5, McGraw-Hill Medical, Nowy Jork 2013. Karlsson M.P., Frank L.M., Awake replay of remote experiences in the hippocampus, „Nature Neuroscience”, 12 (2009), 913–918. Karmarkar U.R., Najarian M.T., Buonomano D.V., Mechanisms and significance of spiketiming dependent plasticity, „Biological Cybernetics”, 87 (2002), 373–382. Keele S.W., Pokorny R.A., Corcos D.M., Ivry R., Do perception and motor production share common timing mechanisms: a correctional analysis, „Acta Psychologica (Amst.)”, 60 (1985), 173–191. Kiesel A., Vierck E., SNARC-like congruency based on number magnitude and response duration, „Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition”, 35 (2009), 275–279. Kilgard M.P., Merzenich M.M., Anticipated stimuli across skin, „Nature”, 373 (1995), 663. Kilgard M.P., Merzenich M.M., Order-sensitive plasticity in adult primary auditory cortex, „Proceedings of the National Academy of Science USA”, 99 (2002), 3205–3209. Killingsworth M.A., Gilbert D.T., A wandering mind is an unhappy mind, „Science”, 330 (2010), 932. Kim J., Ghim J.-W., Lee J.H., Jung M.W., Neural correlates of interval timing in rodent prefrontal cortex, „Journal of Neuroscience”, 33 (2013), 13834–13847. Kivimäki M., Batty G.D., Hublin C., Shift work as a risk factor for future type 2 diabetes: evidence, mechanisms, implications, and future research directions, „PLoS Med”, 8 (2011), e1001138.

Klampfl S., David S.V., Yin P., Shamma SA, Maass W., A quantitative analysis of information about past and present stimuli encoded by spikes of A1 neurons, „Journal of Neurophysiology”, 108 (2012), 1366–1380. Knutsson A., Health disorders of shift workers, „Occupational Medicine”, 53 (2003), 103– 108. Koch C., Neurobiologia na tropie świadomości, przeł. G. Hess, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2008. Konopka R.J., Benzer S., Clock mutants of Drosophila melanogaster, „Proceedings of the National Academy of Science USA”, 68 (1971), 2112–2116. Kording K., Decision theory: What „should” the nervous system do?, „Science”, 318 (2007), 606–610. Kostarakos K., Hedwig B., Calling song recognition in female crickets: Temporal tuning of identified brain neurons matches behavior, „Journal of Neuroscience”, 32 (2012), 9601–9612. Kraus B.J., Robinson R.J., White J.A., Eichenbaum H., Hasselmo M.E., Hippocampal „time cells”: Time versus path integration, „Neuron”, 78 (2013), 1090–1101. Kwan D., Craver C.F., Green L., Myerson J., Boyer P., Rosenbaum R.S., Future decisionmaking without episodic mental time travel, „Hippocampus”, 22 (2012), 1215–1219. Kyriacou C.P., Hall J.C., Circadian rhythm mutations in Drosophila melanogaster affect short-term fluctuations in the male’s courtship song, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA”, 77 (1980), 6729–6733. Laje R., Buonomano D.V., Robust timing and motor patterns by taming chaos in recurrent neural networks, „Nature Neuroscience”, 16 (2013), 925–933. Lakoff G., Johnson M., Metafory w naszym życiu, przeł. T. Krzeszowski, Państwowy Instytut Wydawniczy, Warszawa 1988. Lamy D., Salti M., Bar-Haim Y., Neural correlates of subjective awareness and unconscious processing: an ERP study, „Journal of Cognitive Neuroscience”, 21 (2009), 1435–1446. Landes D.S., Revolution in time: Clocks and the making of the modern world, Barnes & Noble, Nowy Jork 1983. Lashley K.S. (red.), The problem of serial order in behavior, Wiley, Nowy Jork 1951. Lasky R., Time and the twin paradox, „Scientific American”, 21 (2012), 30–33. Lau H.C., Rogers R.D., Passingham R.E., Manipulating the experienced onset of intention after action execution, „Journal of Cognitive Neuroscience”, 19 (2007), 81–90.

Lavie P., Sleep-wake as a biological rhythm, „Annual Review of Psychology”, 52 (2001), 277–303. Lebedev M.A., O’Doherty J.E., Nicolelis M.A.L., Decoding of temporal intervals from cortical ensemble activity, „Journal of Neurophysiology”, 99 (2008), 166–186. Lee T.P., Buonomano D.V., Unsupervised formation of vocalization-sensitive neurons: a cortical model based on short-term and homeostatic plasticity, „Neural Computation”, 24 (2012), 2579–2603. Lehiste I., An acoustic–phonetic study of internal open juncture, „Phonetica”, 5 (supl. 1) (1960), 5–54. Lehiste I., Olive J.P., Streeter L.A., Role of duration in disambiguating syntactically ambiguous sentences, „Journal of the Acoustical Society of America”, 60 (1976), 1199–1202. Leon M.I., Shadlen M.N., Representation of time by neurons in the posterior parietal cortex of the macaque, „Neuron”, 38 (2003), 317–327. Levine R., The geography of time, Basic Books, Nowy Jork 1996. Levy W.B., Steward O., Temporal contiguity requirements for longterm associative potentiation/depression in the hippocampus, „Neuroscience”, 8 (1983), 791–797. Lewis P.A., Miall R.C., Daan S., Kacelnik A., Interval timing in mice does not rely upon the circadian pacemaker, „Neuroscience Letters”, 348 (2003), 131–134. Libet B., Gleason C.A., Wright E.W., Pearl D.K., Time of conscious intention to act in relation to onset of cerebral activity (readiness-potential). The unconscious initiation of a freely voluntary act, „Brain”, 106 (cz. 3) (1983), 623–642. Lieving L.M., Lane S.D., Cherek D.R., Tcheremissine O.V., Effects of marijuana on temporal discriminations in humans, „Behavioral Pharmacology”, 17 (2006), 173–183. Livesey A.C., Wall M.B., Smith A.T., Time perception: Manipulation of task difficulty dissociates clock functions from other cognitive demands, „Neuropsychologia”, 45 (2007), 321–331. Lockwood M., The labyrinth of time: Introducing the universe, Oxford University Press, Oksford 2005. Loftus E.F., Eyewitness testimony, Harvard University Press, Cambridge, MA 1996. Loftus E.F., Schooler J.W., Boone S.M., Kline D., Time went by so slowly: overestimation of event duration by males and females, „Applied Cognitive Psychology”, 1 (1987), 3– 13.

Loh D.H., Navarro J., Hagopian A., Wang L.M., Deboer T., Colwell C.S., Rapid changes in the light/dark cycle disrupt memory of conditioned fear in mice, „PLoS ONE”, 5 (2010), e12546. Lombardi M.A., Fundamentals of time and frequency, w: Mechanotronics handbook (red. R.H. Bishop), CRC Press, Nowy Jork 2002. Long M.A., Fee M.S., Using temperature to analyse temporal dynamics in the songbird motor pathway, „Nature”, 456 (2008), 189–194. Long M.A., Jin D.Z., Fee M.S., Support for a synaptic chain model of neuronal sequence generation, „Nature”, 468 (2010), 394–399. Maass W., Natschläger T., Markram H., Real-time computing without stable states: A new framework for neural computation based on perturbations, „Neural Computation”, 14 (2002), 2531–2560. MacDonald C.J., Lepage K.Q., Eden U.T., Eichenbaum H., Hippocampal „time cells” bridge the gap in memory for discontiguous events, „Neuron”, 71 (2011), 737–749. MacDonald C.J., Carrow S., Place R., Eichenbaum H., Distinct hippocampal time cell sequences represent odor memories in immobilized rats, „Journal of Neuroscience”, 33 (2013), 14607–14616. MacKillop J., Amlung M.T., Few L.R., Ray L.A., Sweet L.H., Munafo M.R., Delayed reward discounting and addictive behavior: a meta-analysis, „Psychopharmacology (Berl.)”, 216 (2011), 305–321. Mante V., Sussillo D., Shenoy K.V., Newsome W.T., Context-dependent computation by recurrent dynamics in prefrontal cortex, „Nature”, 503 (2013), 78–84. Markram H., Lubke J., Frotscher M., Sakmann B., Regulation of synaptic efficacy by coincidence of postsynaptic APs and EPSPs, „Science”, 275 (1997), 213–215. Martin F.H., Garfield J., Combined effects of alcohol and caffeine on the late components of the event-related potential and on reaction time, „Biological Psychology”, 71 (2006), 63–73. Matell M.S., Meck W.H., Cortico-striatal circuits and interval timing: coincidence detection of oscillatory processes, „Cognitive Brain Research” 21 (2004), 139–170. Matsuda F., Duration, distance, and speed judgments of two moving objects by 4- to 11year olds, „Journal of Experimental Child Psychology”, 63 (1996), 286–311. Matthews M.R., Time for science education: how teaching the history and philosophy of pendulum motion can contribute to science literacy, Kluwer Academic, Nowy Jork 2000.

Matthews W.J., Time perception: The surprising effects of surprising stimuli, „Journal of Experimental Psychology: General”, 144 (2015), 172–197. Matthews W.J., Meck W.H., Temporal cognition: Connecting subjective time to perception, attention, and memory, „Psychological Bulletin”, 142 (2016), 865–890. Mauk M.D., Donegan N.H., A model of Pavlovian eyelid conditioning based on the synaptic organization of the cerebellum, „Learning & Memory”, 3 (1997), 130–158. Mauk M.D., Buonomano D.V., The neural basis of temporal processing, „Annual Review of Neuroscience”, 27 (2004), 307–340. McClure G.Y., McMillan D.E., Effects of drugs on response duration differentiation. VI: differential effects under differential reinforcement of low rates of responding schedules, „Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics”, 281 (1997), 1368–1380. McClure S.M., Laibson D.I., Loewenstein G., Cohen J.D., Separate neural systems value immediate and delayed monetary rewards, „Science”, 306 (2004), 503–507. McGlone M.S., Harding J.L., Back (or forward?) to the future: The role of perspective in temporal language comprehension, „Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition”, 24 (1998), 1211–1223. Meck W.H., Neuropharmacology of timing and time perception, „Cognitive Brain Research”, 3 (1996), 227–242. Medina J.F., Garcia K.S., Nores W.L., Taylor N.M., Mauk M.D., Timing mechanisms in the cerebellum: testing predictions of a large-scale computer simulation, „Journal of Neuroscience”, 20 (2000), 5516–5525. Mégevand P., Molholm S., Nayak A., Foxe J.J., Recalibration of the multisensory temporal window of integration results from changing task demands, „PLoS ONE”, 8 (2013), e71608. Meijer J.H., Robbers Y., Wheel running in the wild, „Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences”, 281 (2014), 20140210. Mello G.B.M., Soares S., Paton J.J., A scalable population code for time in the striatum, „Current Biology”, 9 (2015), 1113–1122. Merchant H., Harrington D.L., Meck W.H., Neural basis of the perception and estimation of time, „Annual Review of Neuroscience”, 36 (2013), 313–336. Meyer L., Emocja i znaczenie w muzyce, przeł. A. Buchner, K. Berger, Polskie Wydawnictwo Muzyczne, Kraków 1974.

Miall C., The storage of time intervals using oscillating neurons, „Neural Computation”, 1 (1989), 359–371. Milham W.I., Time & timekeepers: Including the history, construction, care, and accuracy of clocks and watches, Macmillan, Londyn 1941. Mita A., Mushiake H., Shima K., Matsuzaka Y., Tanji J., Interval time coding by neurons in the presupplementary and supplementary motor areas, „Nature Neuroscience”, 12 (2009), 502–507. Modi M.N., Dhawale A.K., Bhalla U.S., CA1 cell activity sequences emerge after reorganization of network correlation structure during associative learning, „Elife”, 3 (2014), e01982. Montague P.R., Free will, „Current Biology”, 18 (2008), R584–R585. Moorcroft W.H., Kayser K.H., Griggs A.J., Subjective and objective confirmation of the ability to self-awaken at a self-predetermined time without using external means, „Sleep”, 20 (1997), 40–45. Morrone M.C., Ross J., Burr D., Saccadic eye movements cause compression of time as well as space, „Nature Neuroscience”, 8 (2005), 950–954. Morrow N.S., Schall M., Grijalva C.V., Geiselman P.J., Garrick T., Nuccion S., Novin D., Body temperature and wheel running predict survival times in rats exposed to activitystress, „Physiology & Behavior”, 62 (1997), 815–825. Muller T., Nobre A.C., Perceiving the passage of time: neural possibilities, „Annals of the New York Academy of Sciences”, 1326 (2014), 60–71. Mumford L., Technika a cywilizacja: historia rozwoju maszyny i jej wpływ na cywilizację, przeł. E. Danecka, W. Adamiecki, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1966. Murakami M., Vicente M.I., Costa G.M., Mainen Z.F., Neural antecedents of self-initiated actions in secondary motor cortex, „Nature Neuroscience”, 17 (2014), 1574–1582. Nagarajan S.S., Blake D.T., Wright B.A., Byl N., Merzenich M.M., Practice-related improvements in somatosensory interval discrimination are temporally specific but generalize across skin location, hemisphere, and modality, „Journal of Neuroscience”, 18 (1998), 1559–1570. Nichols S., Experimental philosophy and the problem of free will, „Science”, 331 (2011), 1401–1403. Nikolić D., Häusler S., Singer W., Maass W., Distributed fading memory for stimulus properties in the primary visual cortex, „PLoS Biol”, 7 (2009), e1000260.

Noyes R., Kletti R., The experience of dying from falls, „Omega”, 3 (1972), 45–52. Noyes R., Kletti R., Depersonalization in face of life-threatening danger, „PsychiatryInterpersonal and Biological Processes”, 39 (1976), 19–27. Núñez R., Cooperrider K., The tangle of space and time in human cognition, „Trends in Cognitive Science”, 17 (2013), 220–229. Núñez R.E., Sweetser E., With the future behind them: convergent evidence from Aymara language and gesture in the crosslinguistic comparison of spatial construals of time, „Cognitive Science”, 30 (2006), 401–450. Ohyama T., Nores W.L., Murphy M., Mauk M.D., What the cerebellum computes, „Trends in Neurosciences”, 26 (2003), 222–227. Oliveri M., Vicario C.M., Salerno S., Koch G., Turriziani P., Mangano R., Chillemi G., Caltagirone C., Perceiving numbers alters time perception, „Neuroscience Letters”, 438 (2008), 308–311. Ornstein R. E., On the experience of time, Penguin, Harmondsworth 1969. Osvath M., Persson T., Great apes can defer exchange: a replication with different results suggesting future oriented behavior, „Frontiers in Psychology”, 4 (2013), 698. Ouyang Y., Andersson C.R., Kondo T., Golden S.S., Johnson C.H., Resonating circadian clocks enhance fitness in cyanobacteria, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 95 (1998), 8660–8664. Panagiotaropoulos T.I., Deco G., Kapoor V., Logothetis N.K., Neuronal discharges and gamma oscillations explicitly reflect visual consciousness in the lateral prefrontal cortex, „Neuron”, 74 (2012), 924–935. Papachristos E.B., Jacobs E.H., Elgersma Y., Interval timing is intact in arrhythmic Cry1/Cry2-deficient mice, „Journal of Biological Rhythms”, 26 (2011), 305–313. Papert S., Child psychologist Jean Piaget, „Time”, 29 marca 1999. Pariyadath V., Eagleman D.M., The effect of predictability on subjective duration, „PLoS ONE”, 2 (2007), e1264. Park J., Schlag-Rey M., Schlag J., Voluntary action expands perceived duration of its sensory consequence, „Experimental Brain Research”, 149 (2003), 527–529. Pastalkova E., Itskov V., Amarasingham A., Buzsaki G., Internally generated cell assembly sequences in the rat hippocampus, „Science”, 321 (2008), 1322–1327. Patel A.B., Loerwald K.W., Huber K.M., Gibson J.R., Postsynaptic FMRP promotes the pruning of cell-to-cell connections among pyramidal neurons in the L5A neocortical network, „Journal of Neuroscience”, 34 (2014), 3413–3418.

Patel A.D., Musical rhythm, linguistic rhythm, and human evolution, „Music Perception”, 24 (2006), 99–104. Patel A.D., Iversen J.R., Bregman M.R., Schulz I., Studying synchronization to a musical beat in nonhuman animals, „Annals of the New York Academy of Sciences”, 1169 (2009), 459–469. Penrose R., Nowy umysł cesarza: o komputerach, umyśle i prawach fizyki, przeł. P. Amsterdamski, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 2000. Perrett S.P., Ruiz B.P., Mauk M.D., Cerebellar cortex lesions disrupt learning-dependent timing of conditioned eyelid responses, „Journal of Neuroscience”, 13 (1993), 1708– 1718. Peters J., The role of the medial orbitofrontal cortex in intertemporal choice: Prospection or valuation?, „Journal of Neuroscience”, 31 (2011), 5889–5890. Peters J., Büchel C., Episodic future thinking reduces reward delay discounting through an enhancement of prefrontal-mediotemporal interactions, „Neuron”, 66 (2010), 138– 148. Piaget J., The child’s conception of time, Basic Books, Nowy Jork 1946/1969. Piaget J., Psychologia i epistemologia, przeł. Z. Zakrzewska, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1977. Pierce W.D., Epling W.F., Boer D.P., Deprivation and satiation: The interrelations between food and wheel running, „Journal of the Experimental Analysis of Behavior”, 46 (1986), 199–210. Pinker S., The stuff of thought: Language as a window into human nature, Penguin Books, Nowy Jork 2007. Pinker S., Piękny styl, przeł. A. Nowak-Młynikowska, Wydawnictwo Smak Słowa, Sopot 2016. Popper K., Nieustanne poszukiwania: autobiografia intelektualna, przeł. A. Chmielewski, Znak, Kraków 1997. Prelec D., Simester D., Always leave home without it: A further investigation of the creditcard effect on willingness to pay, „Marketing Letters”, 12 (2001), 5–12. Price-Williams D.R., The kappa effect, „Nature”, 173 (1954), 363–364. Prigogine I., Stengers I., Z chaosu ku porządkowi: nowy dialog człowieka z przyrodą, przeł. K. Lipszyc, Państwowy Instytut Wydawniczy, Warszawa 1990. Purdon P.L., Pierce E.T., Mukamel E.A., Prerau M.J., Walsh J.L., Wong K.F.K., SalazarGomez A.F., Harrell P.G., Sampson A.L., Cimenser A., Ching S., Kopell N.J., Tavares-

Stoeckel C., Habeeb K., Merhar R., Brown E.N., Electroencephalogram signatures of loss and recovery of consciousness from propofol, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 110 (2013), E1142–E1151. Purves D., Brannon E.M., Cabeza R., Huettel SA, LaBar K.S., Platt M.L., Woldorff M.G., Principles of Cognitive Neuroscience, Sinauer, Sunderland, MA 2008. Putnam H., Time and physical geometry, „Journal of Philosophy”, 64 (1967), 240–247. Quintana J., Fuster J.M., Mnemonic and predictive functions of cortical neurons in a memory task, „Neuroreport”, 3 (1992), 721–724. Raby C.R., Alexis D.M., Dickinson A., Clayton N.S., Planning for the future by western scrub-jays, „Nature”, 445 (2007), 919–921. Race E., Keane M.M., Verfaellie M., Medial temporal lobe damage causes deficits in episodic memory and episodic future thinking not attributable to deficits in narrative construction, „Journal of Neuroscience”, 31 (2011), 10262–10269. Rae A., Quantum physics: illusion or reality?, Cambridge University Press, Cambridge 1986. Raghubir P., Srivastava J., Monopoly money: the effect of payment coupling and form on spending behavior, „Journal of Experimental Psychology Applied”, 14 (2008), 213– 225. Ralph M.R., Foster R.G., Davis F.C., Menaker M., Transplanted suprachiasmatic nucleus determines circadian period, „Science”, 247 (1990), 975–978. Rammsayer T., Effects of benzodiazepine-induced sedation on temporal processing, „Human Psychopharmacology”, 7 (1992), 311–318. Rammsayer T.H., Neuropharmacological evidence for different timing mechanisms in humans, „Quarterly Journal of Experimental Psychology B”, 52 (1999), 273–286. Rammsayer T.H., Vogel W.H., Pharmacological properties of the internal clock underlying time perception in humans, „Neuropsychobiology”, 26 (1992), 71–80. Rammsayer T.H., Buttkus F., Altenmuller E., Musicians do better than nonmusicians in both auditory and visual timing tasks, „Music Perception”, 30 (2012), 85–96. Raymond J., Lisberger S.G., Mauk M.D., The cerebellum: a neuronal learning machine?, „Science”, 272 (1996), 1126–1132. Reddy P., Zehring W.A., Wheeler D.A., Pirrotta V., Hadfield C., Hall J.C., Rosbash M., Molecular analysis of the period locus in Drosophila melanogaster and identification of a transcript involved in biological rhythms, „Cell”, 38 (1984), 701–710.

Rennaker R.L., Carey H.L., Anderson S.E., Sloan A.M., Kilgard M.P., Anesthesia suppresses nonsynchronous responses to repetitive broadband stimuli, „Neuroscience”, 145 (2007), 357–369. Reyes A., Sakmann B., Developmental switch in the short-term modification of unitary EPSPs evoked in layer 2/3/ and layer 5 pyramidal neurons of rat neocortex, „Journal of Neuroscience” 19 (1999), 3827–3835. Richards W., Time reproductions by H.M., „Acta Psychologica”, 37 (1973), 279–282. Rietdijk C.W., A rigorous proof of determinism derived from the special theory of relativity, „Philosophy of Science”, 33 (1966), 341–344. Rigotti M., Barak O., Warden M.R., Wang X.-J., Daw N.D., Miller E.K., Fusi S., The importance of mixed selectivity in complex cognitive tasks, „Nature”, 497 (2013), 585– 590. Rose G., Leary C., Edwards C., Interval-counting neurons in the anuran auditory midbrain: factors underlying diversity of interval tuning, „Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology”, 197 (2011), 97–108. Routtenberg A., Kuznesof A.W., Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule, „Journal of Comparative and Physiological Psychology”, 64 (1967), 414–421. Rovelli C., Quantum gravity, Cambridge University Press, Cambridge 2004. Sacks O., Speed, „The New Yorker”, 23 sierpnia 2004, 60–69. Sadagopan S., Wang X., Nonlinear spectrotemporal interactions underlying selectivity for complex sounds in auditory cortex, „Journal of Neuroscience”, 29 (2009), 11192– 11202. Saj A., Fuhrman O., Vuilleumier P., Boroditsky L., Patients with left spatial neglect also neglect the „left side” of time, „Psychological Science”, 25 (2014), 207–214. Salti M., Monto S., Charles L., King J.-R., Parkkonen L., Dehaene S., Distinct cortical codes and temporal dynamics for conscious and unconscious percepts, „eLife”, 4 (2015), e05652. Sarrazin J.C., Giraudo M.D., Pailhous J., Bootsma R.J., Dynamics of balancing space and time in memory: tau and kappa effects revisited, „Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance”, 30 (2004), 411–430. Sauer T. (red.), Piaget, Einstein, and the concept of time, Edition Open Access, Berlin 2014.

Scarf D., Smith C., Stuart M., A spoon full of studies helps the comparison go down: a comparative analysis of Tulving’s spoon test, „Frontiers in Psychology”, 5 (2014), 893. Schacter D.L., Searching for memory, Basic Books, Nowy Jork 1996. Schacter D.L., Addis D.R., Constructive memory: The ghosts of past and future, „Nature”, 445 (2007), 27. Schacter D.L., Addis D.R., Buckner R.L., Remembering the past to imagine the future: the prospective brain, „Nature Reviews Neuroscience”, 8 (2007), 657–661. Scharnowski F., Rüter J., Jolij J., Hermens F., Kammer T., Herzog M.H., Long-lasting modulation of feature integration by transcranial magnetic stimulation, „Journal of Vision”, 9 (2009), 1–10. Schuster S., Rossel S., Schmidtmann A., Jäger I., Poralla J., Archer fish learn to compensate for complex optical distortions to determine the absolute size of their aerial prey, „Current Biology”, 14 (2004), 1565–1568. Schwab S., Miller J.L., Grosjean F., Mondini M., Effect of speaking rate on the identification of word boundaries, „Phonetica”, 65 (2008), 173–186. Seeyave D.M., Coleman S., Appugliese D., Corwyn R.F., Bradley R.H., Davidson N.S., Kaciroti N., Lumeng J.C., Ability to delay gratification at age 4 years and risk of overweight at age 11 years, „Archives of Pediatric & Adolescent Medicine”, 163 (2009), 303–308. Sellitto M., Ciaramelli E., di Pellegrino G., Myopic discounting of future rewards after medial orbitofrontal damage in humans, „Journal of Neuroscience”, 30 (2010), 16429– 16436. Sergent C., Wyart V., Babo-Rebelo M., Cohen L., Naccache L., Tallon-Baudry C., Cueing attention after the stimulus is gone can retrospectively trigger conscious perception, „Current Biology”, 23 (2013), 150–155. Sewell R.A., Schnakenberg A., Elander J., Radhakrishnan R., Williams A., Skosnik P.D., Pittman B., Ranganathan M., D’Souza D.C., Acute effects of THC on time perception in frequent and infrequent cannabis users, „Psychopharmacology”, 226 (2013), 401– 413. Shariff A.F., Vohs K.D., The world without free will, „Scientific American”, czerwiec (2014), 77–79. Sharma V.K., Adaptive significance of circadian clocks, „Chronobiology International”, 20 (2003), 901–919.

Shepherd G.M., The synaptic organization of the brain, Oxford University, Nowy Jork 1998. Shuler M.G., Bear M.F., Reward timing in the primary visual cortex, „Science”, 311 (2006), 1606–1609. Siegler R.S., Richards D.D., Development of time, speed, and distance concepts, „Developmental Psychology”, 15 (1979), 288–298. Smart J.J.C. (red.), Problems of space and time, Macmillan, Nowy Jork 1964. Smith K., Neuroscience vs philosophy: taking aim at free will, „Nature”, 477 (2011), 23– 25. Smolen P., Hardin P.E., Lo B.S., Baxter D.A., Byrne J.H., Simulation of Drosophila circadian oscillations, mutations, and light responses by a model with VRI, PDP-1, and CLK, „Biophysical Journal”, 86 (2004), 2786–2802. Smolin L., Czas odrodzony: od kryzysu w fizyce do przyszłości Wszechświata, przeł. T. Krzysztoń, Prószyński Media, Warszawa 2015. Sompolinsky H., Crisanti A., Sommers H.J., Chaos in random neural networks, „Physical Review Letters”, 61 (1988), 259–262. Soon C.S., Brass M., Heinze H.-J., Haynes J.-D., Unconscious determinants of free decisions in the human brain, „Nature Neuroscience”, 11 (2008), 543–545. Spalding K.L., Bergmann O., Alkass K., Bernard S., Salehpour M., Huttner H.B., Boström E., Westerlund I., Vial C., Buchholz B.A., Possnert G., Mash D.C., Druid H., Frisén J., Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans, „Cell”, 153 (2013), 1219– 1227. Stern D.L., Reported Drosophila courtship song rhythms are artifacts of data analysis, „BMC Biology”, 12 (2014), 38. Stetson C., Fiesta M.P., Eagleman D.M., Does time really slow down during a frightening event?, „PLoS ONE”, 2 (2007), e1295. Stokes M.G., Kusunoki M., Sigala N., Nili H., Gaffan D., Duncan J., Dynamic coding for cognitive control in prefrontal cortex, „Neuron”, 78 (2013), 364–375. Suddendorf T., The gap: the science of what separates us from other animals, Basic Books, Nowy Jork 2013. Suddendorf T., Mental time travel and the evolution of the human mind, „Genetic, Social, and General Psychology Monographs”, 123 (1997), 133–167. Suddendorf T., Corballis M.C., The evolution of foresight: What is mental time travel, and is it unique to humans?, „Behavior and Brain Sciences”, 30 (2007), 299–313; dyskusja

313–351. Summa K.C., Turek F.W., The clocks within us, „Scientific American”, styczeń (2015), 50– 55. Surowiecki J., Deadbeat governments, „The New Yorker”, 23 grudnia 2013, 46. Sussillo D., Barak O., Opening the black box: Low-dimensional dynamics in highdimensional recurrent neural networks, „Neural Computation”, 25 (2013), 626–649. Swann A.C., Lijffijt M., Lane S.D., Cox B., Steinberg J.L., Moeller F.G., Norepinephrine and impulsivity: effects of acute yohimbine, „Psychopharmacology”, 229 (2013), 83– 94. Taler V., Baum S.R., Chertkow H., Saumier D., Comprehension of grammatical and emotional prosody is impaired in Alzheimer’s disease, „Neuropsychology”, 22 (2008), 188–195. Taylor M., Esbensen B.M., Bennett R.T., Children’s understanding of knowledge acquisition: the tendency for children to report that they have always known what they have just learned, „Child Development”, 65 (1994), 1581–1604. Terry P., Doumas M., Desai R.I., Wing A.M., Dissociations between motor timing, motor coordination, and time perception after the administration of alcohol or caffeine, „Psychopharmacology (Berl.)” (2008). Tessmar-Raible K., Raible F., Arboleda E., Another place, another timer: Marine species and the rhythms of life, „BioEssays”, 33 (2011), 165–172. Thorne K.S., Black holes and time warps: Einstein’s outrageus legacy, W.W. Norton, Nowy Jork 1995. Tinklenberg J.R., Roth W.T., Kopell B.S., Marijuana and ethanol: Differential effects on time perception, heart rate, and subjective response, „Psychopharmacology”, 49 (1976), 275–279. Toh K.L., Jones C.R., He Y., Eide E.J., Hinz W.A., Virshup D.M., Ptáček L.J., Fu Y.-H., An hPer2 phosphorylation site mutation in familial advanced sleep phase syndrome, „Science”, 291 (2001), 1040–1043. Toida K., Ueno K., Shimada S., Recalibration of subjective simultaneity between selfgenerated movement and delayed auditory feedback, „Neuroreport”, 25 (2014), 284– 288. Tom G., Burns M., Zeng Y., Your life on hold: The effect of telephone waiting time on customer perception, „Journal of Interactive Marketing”, 11 (1997), 25–31.

Treisman M., Temporal discrimination and the indifference interval: implications for a model of the ‘internal clock’, „Psychological Monographs”, 77 (1963), 1–31. Tse P.U., Intriligator J., Rivest J., Cavanagh P., Attention and the subjective expansion of time, „Perception & Psychophysics”, 66 (2004), 1171–1189. Tulving E., Memory and consciousness, „Canadian Psychologist”, 26 (1985), 1–12. Tulving E. (red.), Episodic memory and autonoesis: Uniquely human?, Oxford University Press, Nowy Jork 2005. Van der Burg E., Alais D., Cass J., Audiovisual temporal recalibration occurs independently at two different time scales, „Scientific Reports”, 5 (2015), 14526. Van Wassenhove V., Minding time in an amodal representational space, „Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Science”, 364 (2009), 1815–1830. Van Wassenhove V., Grant K.W., Poeppel D., Temporal window of integration in auditoryvisual speech perception, „Neuropsychologia”, 45 (2007), 598–607. Vitaterna M.H., King D.P., Chang A.-M., Kornhauser J.M., Lowrey P.L., McDonald J.D., Dove W.F., Pinto L.H., Turek F.W., Takahashi J.S., Mutagenesis and mapping of a mouse gene, clock, essential for circadian behavior, „Science” (Nowy Jork), 264 (1994), 719–725. Walsh V., A theory of magnitude: common cortical metrics of time, space and quantity, „Trends in Cognitive Sciences”, 7 (2003), 483–488. Wearden J.H., Passage of time judgments, „Consciousness and Cognition”, 38 (2015), 165–171. Wearden J.H., Edwards H., Fakhri M., Percival A., Why „sounds are judged longer than lights”: Application of a model of the internal clock in humans, „Quarterly Journal of Experimental Psychology Section B”, 51 (1998), 97–120. Wearden J.H., O’Donoghue A., Ogden R., Montgomery C., Subjective duration in the laboratory and the world outside, w: Subjective time: The philosophy, psychology, and neuroscience of temporality (red. V. Arstila, D. Lloyd), 287–306, MIT Press, Cambridge, MA 2014. Weaver D.R., The suprachiasmatic nucleus: A 25-year retrospective, „Journal of Biological Rhythms”, 13 (1998), 100–112. Wegner D.M., The illusion of conscious will, MIT Press, Cambridge, MA 2002. Weiner J., Time, love, memory: A great biologist and his quest for the origins of behavior, Vintage Books, Nowy Jork 1999.

Wells R.B.D., Illustrated hand-book of phrenology, physiology, and physiognomy, H. Vickers, Londyn 1860. Welsh D., Engle E.R.A., Richardson G., Dement W., Precision of circadian wake and activity onset timing in the mouse, „Journal of Comparative Physiology A”, 158 (1986), 827–834. Weyl H., Philosophy of mathematics and natural science, Princeton University Press, Princeton 1949/2009. Whiting A., Donthu N., Closing the gap between perceived and actual waiting times in a call center: Results from a field study, „Journal of Services Marketing”, 23 (2009), 279–288. Wiener M., Turkeltaub P., Coslett H.B., The image of time: A voxelwise meta-analysis, „Neuroimage”, 49 (2010), 1728–1740. Wilson M.A., McNaughton B.L., Reactivation of hippocampal ensemble memories during sleep, „Science”, 265 (1994), 676–679. Wise S.P., Forward frontal fields: phylogeny and fundamental function, „Trends in Neurosciences”, 31 (2008), 599–608. Wiskott L., Sejnowski T.J., Slow feature analysis: unsupervised learning of invariances, „Neural Computation”, 14 (2002), 715–770. Wittmann M., Paulus M.P., Decision making, impulsivity and time perception, „Trends Cognitive Sciences”, 12 (2007), 7–12. Wood J.N., Grafman J., Human prefrontal cortex: processing and representational perspectives, „Nature Reviews Neuroscience”, 4 (2003), 139–147. Wright B.A., Buonomano D.V., Mahncke H.W., Merzenich M.M., Learning and generalization of auditory temporal-interval discrimination in humans, „Journal of Neuroscience”, 17 (1997), 3956–3963. Wright B.A., Wilson R.M., Sabin A.T., Generalization lags behind learning on an auditory perceptual task, „Journal of Neuroscience”, 30 (2010), 11635–11639. Xuan B., Zhang D., He S., Chen X., Larger stimuli are judged to last longer, „Journal of Vision”, 7 (2007), 1–5. Yang Y., Duguay D., Bédard N., Rachalski A., Baquiran G., Na C.H., Fahrenkrug J., Storch K.-F., Peng J., Wing S.S., Cermakian N., Regulation of behavioral circadian rhythms and clock protein PER1 by the deubiquitinating enzyme USP2, „Biology Open” 1 (2012), 789–801.

Yarrow K., Haggard P., Heal R., Brown P., Rothwell J.C., Illusory perceptions of space and time preserve cross-saccadic perceptual continuity, „Nature”, 414 (2001), 302–305. Zakay D., Block R.A., Temporal cognition, „Current Directions in Psychological Science”, 6 (1997), 12–16. Zantke J., Ishikawa-Fujiwara T., Arboleda E., Lohs C., Schipany K., Hallay N., Straw A.D., Todo T., Tessmar-Raible K., Circadian and circalunar clock interactions in a marine annelid, „Cell Reports” (2013). Zarco W., Merchant H., Prado L., Mendez J.C., Subsecond timing in primates: comparison of interval production between human subjects and rhesus monkeys, „Journal of Neurophysiology”, 102 (2009), 3191–3202. Zeh H.D., The physical basis of the direction of time, Springer, Berlin 1989/2007. Zhou X., de Villers-Sidani É., Panizzutti R., Merzenich M.M., Successive-signal biasing for a learned sound sequence, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 107 (2010), 14839–14844. Zimbardo P., Boyd J., Paradoks czasu, przeł. A. Cybulko, M. Zieliński, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 2009. Zucker R.S., Short-term synaptic plasticity, „Annual Review of Neuroscience”, 12 (1989), 13–31. Zucker R.S., Regehr W.G., Short-term synaptic plasticity, „Annual Review of Physiology”, 64 (2002), 355–405.

Spis treści Część I. Czas mózgu 1:00 Różne smaki czasu ODKRYCIE CZASU CZAS A NEURONAUKA PREZENTYZM KONTRA ETERNALIZM LICZBA MNOGA CZASU 2:00 Najlepszy wehikuł czasu, jaki kiedykolwiek posiądziesz MÓZG JEST WEHIKUŁEM CZASU CZAS JAKO NAUCZYCIEL KIERUNEK I MYLNY KIERUNEK CZASU SYNAPTYCZNY ZWIĄZEK PRZYCZYNOWO-SKUTKOWY ODMIERZANIE CZASU W RÓŻNYCH SKALACH 3:00 Dzień i noc EKSPERYMENTY ZWIĄZANE Z IZOLACJĄ JĄDRO NADSKRZYŻOWANIOWE KOMÓRKI ODMIERZAJĄCE CZAS PIERWSZY ZEGAR MECHANIKA ZEGARA OKOŁODOBOWEGO ZESPÓŁ NAGŁEJ ZMIANY STREFY CZASOWEJ WALKA Z ZEGAREM ZASADA WIELU ZEGARÓW 4:00 Szósty zmysł PROSPEKTYWNE I RETROSPEKTYWNE ODMIERZANIE CZASU KOMPRESJA I DYLATACJA CZASU CHRONOFARMAKOLOGIA PRZYCZYNY EFEKTU ZWOLNIONEGO TEMPA KOMPRESJA CZASU W MÓZGU 5:00 Wzorce czasu ODMIERZANIE CZASU JEST ZABAWNE MOWA MATCZYNA ALFABET MORSE’A NAUKA ODMIERZANIA CZASU

UTRZYMYWANIE RYTMU PTAKI ŚPIEWAJĄCE NEUROANATOMIA CZASU 6:00 Czas, dynamika neuronalna i chaos SUPRA- ORAZ INFRAPERIODYCZNE ODMIERZANIE CZASU ZMARSZCZKI NA WODZIE KRÓTKOTRWAŁA PLASTYCZNOŚĆ SYNAPTYCZNA SIECI ZALEŻNE OD STANU ZEGARY POPULACYJNE ZEGARY DLA KONKRETNYCH ZDARZEŃ DYNAMIKA MÓZGU CHAOS Część II. Fizyczna i umysłowa natura czasu 7:00 Mierzenie czasu O NEURONACH I ROZPRZESTRZENIANIU MATERIAŁÓW JĄDROWYCH KALENDARZE PIERWSZE ZEGARY WAHADŁA KWARC I CEZ HANDEL CZASEM 8:00 Czas: co to, do diabła, jest? NOWE SPOJRZENIE NA PREZENTYZM I ETERNALIZM CZAS – KOMU ON JEST POTRZEBNY? AGNOSTYCYZM W KWESTII TERAŹNIEJSZOŚCI UPARTA STRZAŁKA CZASU STRZAŁKA O DWÓCH GROTACH 9:00 Spacjalizacja czasu w fizyce SZCZEGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI UTRATA JEDNOCZESNOŚCI CZASOPRZESTRZEŃ CZY MOŻEMY POGODZIĆ FIZYKĘ I NEURONAUKĘ CZASU? CZY WSZECHŚWIAT BLOKOWY JEST ZGODNY Z NEURONAUKĄ? 10:00 Spacjalizacja czasu w neuronauce

DZIECI A CZAS PRZESTRZEŃ, CZAS I JĘZYK ŚRODA KAPPA ZEGAR CZY PAMIĘĆ? WZGLĘDNOŚĆ W FIZYCE I NEURONAUCE 11:00 Umysłowa podróż w czasie WIZYTY W PRZESZŁOŚCI I W PRZYSZŁOŚCI UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE U ZWIERZĄT ŻYCIE W TERAŹNIEJSZOŚCI WYSYŁANIE WIADOMOŚCI W PRZYSZŁOŚĆ KRÓTKOWZROCZNOŚĆ CZASOWA UMYSŁOWE PODRÓŻE W CZASIE W MÓZGU 12:00 Świadomość: więź przeszłości z przyszłością OKRUCHY CZASU PONOWNE SKALOWANIE CZASU KORELATY ŚWIADOMOŚCI CZAS A WOLNA WOLA CZY LUDZIE SĄ PRZEWIDYWALNI? ZBRODNIA I KARA Podziękowania Bibliografia