Una nueva investigación encuentra que la experiencia subjetiva del tiempo está relacionada con el aprendizaje, las expectativas frustradas y la fatiga neuronal.
Esta es una traducción del artículo “Reasons Revealed for the Brain’s Elastic Sense of Time”. Quanta Magazine
Nuestro sentido del tiempo puede ser el andamio de toda nuestra experiencia y comportamiento, pero es inestable y subjetivo. Se expande y contrae como un acordeón. Las emociones, la música, los eventos en nuestro entorno y los cambios en nuestra atención tienen el poder de acelerar o ralentizar el tiempo. Cuando se nos presentan imágenes en una pantalla, percibimos que las caras enojadas duran más que las neutrales, que las arañas duran más que las mariposas y que el color rojo dura más que el azul. La olla que vigilamos parecería que nunca hierve y el tiempo vuela cuando nos divertimos.
El mes pasado, en Nature Neuroscience, un trío de investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann, en Israel, presentó algunas ideas nuevas e importantes sobre lo que estira y comprime nuestra experiencia del tiempo. Encontraron evidencia de una conexión, sospechada desde hace mucho tiempo, entre la percepción del tiempo y el mecanismo que nos ayuda a aprender a través de recompensas y castigos. También demostraron que la percepción del tiempo está ligada a las expectativas que se actualizan constantemente en nuestro cerebro sobre lo que sucederá a continuación.
«Todo el mundo conoce el dicho de que ‘el tiempo vuela cuando te diviertes'», dijo Sam Gershman, neurocientífico cognitivo de la Universidad de Harvard y quien no participó en el estudio. «Pero la historia completa podría tener más matices: el tiempo vuela cuando te diviertes más de lo que esperabas».
Tiempo de aprender
«Tiempo» no significa una sola cosa para el cerebro. Las diferentes regiones del cerebro dependen de diversos mecanismos neuronales para rastrear su paso, y los mecanismos que gobiernan nuestra experiencia parecen cambiar de una situación a la siguiente.
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— じゃがりきん (@jagarikin) September 6, 2020
Pero décadas de investigación sugieren que el neurotransmisor dopamina juega un papel crítico en cómo percibimos el tiempo. La dopamina tiene innumerables efectos sobre la cantidad de tiempo que creemos que ha transcurrido en un período determinado, y estos efectos pueden entrar en conflicto de manera confusa. Algunos estudios han encontrado que el aumento de la dopamina acelera el reloj interno de un animal, lo que lo lleva a sobreestimar el paso del tiempo; otros han descubierto que la dopamina comprime los eventos y los hace parecer más fugaces; otros han descubierto ambos efectos, según el contexto.
La asociación de la dopamina con la percepción del tiempo es intrigante, en parte porque el neurotransmisor es más conocido por su función en los procesos de aprendizaje por medio de recompensa y refuerzo. Cuando recibimos una recompensa inesperada, por ejemplo, en lo que se conoce como un error de predicción, experimentamos una avalancha de la sustancia química, lo que nos hace seguir repitiendo ese comportamiento en el futuro.
Es probable que sea más que una coincidencia que la dopamina sea tan fundamental tanto para la percepción del tiempo como para los procesos de aprendizaje. Las drogas como la metanfetamina y los trastornos neurológicos como el de Parkinson alteran ambos procesos y también involucran cambios en la dopamina. Y el aprendizaje en sí mismo —la asociación de un comportamiento con su efecto— requiere la vinculación de un evento con otro en el tiempo. “Realmente, en el núcleo mismo de los algoritmos de aprendizaje por refuerzo está la información sobre el tiempo”, dijo Joseph Paton, neurocientífico de la Fundación Champalimaud en Portugal. (Paton fue investigador de Simons Collaboration on the Global Brain, financiado por la Fundación Simons, que también financia la revista Quanta).
Pero los científicos aún tienen que desentrañar cómo y dónde se integran en el cerebro el aprendizaje reforzado y la percepción del tiempo. En cambio, «los dos campos se han mantenido tradicionalmente bastante separados», dijo Martin Wiener, psicólogo de la Universidad George Mason. «Nadie ha preguntado, ‘¿Cómo el aprendizaje por refuerzo afecta la percepción del tiempo, o viceversa, si ambos usan el mismo sistema de neurotransmisores?'»
El poder del error de predicción
El nuevo artículo de Nature Neuroscience, de Ido Toren, Kristoffer Aberg y Rony Paz, examina esa cuestión más de cerca. Los participantes del estudio veían dos números parpadeando en una pantalla, generalmente un cero seguido de otro cero. El segundo número se mostraba durante un período de tiempo variable, y los participantes tenían que informar qué número duraba más. Pero a veces, al azar, se presentaba un número entero positivo o negativo en lugar de ese segundo cero: si era positivo, los participantes eran recompensados con dinero, pero si era negativo, se les quitaba dinero, como penalización.
Para los participantes, las consecuencias se alineaban con los cambios en la percepción de lo que duraba el segundo estímulo. Cuando sucedía algo inesperado, pero bueno, un «error de predicción positiva», como lo llamaron los investigadores, el estímulo parecía durar más. Las sorpresas desagradables de los errores de predicción negativa hicieron que esas experiencias parecieran más breves. «Básicamente, esto nos dice que nuestra percepción del tiempo estará sesgada sistemáticamente por lo sorprendidos que nos parezcan los resultados», dijo Matthew Matell, psicólogo de la Universidad de Villanova que no participó en el estudio.
La historia completa puede tener más matices: el tiempo vuela cuando te diviertes más de lo que esperabas.
El equipo demostró que este patrón se mantuvo cuantitativamente, con mayores errores de predicción correlacionados con mayores distorsiones del tiempo percibido. Un modelo que construyeron de aprendizaje por refuerzo fue capaz de predecir el desempeño de cada sujeto en la tarea. Los escáneres cerebrales de los participantes del estudio rastrearon este efecto en una región llamada putamen, que participa en el aprendizaje motor y otras funciones.
Aunque se necesitan más experimentos para precisar el mecanismo preciso en cuestión (y el papel de la dopamina), el estudio tiene implicaciones tanto para los modelos de aprendizaje como de percepción del tiempo. El perro babeante de Pavlov aprendió que una campana significaba tener comida y que la comida tendría un sabor determinado, pero también que la comida era inminente. Sin embargo, ese componente temporal generalmente ha sido relegado a la periferia de los modelos de aprendizaje por refuerzo. El momento objetivo de una recompensa a menudo se ha incorporado como una variable, pero no los aspectos subjetivos de la percepción del tiempo al que el nuevo trabajo da énfasis.
El papel de la fatiga neuronal
Puede que sea el momento de empezar a incluir algo de esa subjetividad. Si los humanos estiran o contraen su experiencia del tiempo en respuesta a señales, esto también podría alterar sus percepciones de cuán cercanas o distantes están ciertas acciones y sus resultados, lo que a su vez podría influir en la rapidez con que se aprenden esas asociaciones. Los efectos de sincronización relacionados con los errores de predicción también proporcionan «una característica adicional que los modelos de aprendizaje por refuerzo deben cumplir si van a ser una representación precisa de lo que está sucediendo», dijo Bowen Fung, un exinvestigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California y que ahora trabaja en una organización llamada Behavioural Insights Team, en Australia.
“Desafía a los futuros modeladores, o personas que están tratando de desarrollar una comprensión del cerebro, a tener en cuenta cómo estos dos sistemas se interconectan”, dijo Matell. Gershman y su estudiante de doctorado John Mikhael, quienes han estado desarrollando un modelo de aprendizaje que incorpora estas ideas, en el que se mejoran las predicciones mentales mediante el ajuste adaptativo del flujo del tiempo en el cerebro.
Realmente, en el núcleo mismo de los algoritmos de aprendizaje por refuerzo está la información sobre el tiempo. Joseph Paton, Fundación Champalimaud
Pero los errores de predicción no son los únicos factores que dan forma a nuestra percepción del tiempo. Tomemos un estudio publicado la semana pasada en el Journal of Neuroscience: Los participantes que fueron expuestos repetidamente a un estímulo breve tendieron a sobreestimar la duración de los intervalos de tiempo como ligeramente más largos. Según los investigadores, eso probablemente se deba a que las neuronas que responden a duraciones más cortas se fatigan, lo que da a las neuronas sintonizadas para duraciones más largas una mayor influencia sobre cómo se perciben los estímulos posteriores (de manera similar, después de estar expuestos repetidamente a un estímulo largo, los sujetos que estaban a prueba subestimaron la duración de los intervalos ligeramente más cortos).
«Al cambiar el contexto de la presentación del estímulo, en realidad podemos manipular cómo los participantes perciben esas duraciones», dijo Masamichi Hayashi, neurocientífico cognitivo del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones de Japón, que realizó el trabajo con Richard Ivry de la Universidad. de California, Berkeley. Las exploraciones de la actividad cerebral sugirieron que un área en el lóbulo parietal derecho es responsable de esta experiencia subjetiva del tiempo.
Hayashi e Ivry se centraron en una región y un mecanismo del cerebro completamente diferente del que estudiaron los científicos de Weizmann, y, sin embargo, ambos estudios observaron un efecto bidireccional similar en la percepción del tiempo. Por un lado, esto demuestra cuán distribuidos y diversos están los procesos de cronometraje en el cerebro. Pero el lóbulo parietal derecho tiene conexiones funcionales y anatómicas con el putamen, dijo Hayashi, por lo que quizás las interacciones de los dos produzcan una percepción más cohesiva del tiempo. Cualesquiera que sean las reglas y los cálculos generales que hagan posibles esas interacciones (y otras) pueden ser la base de nuestra experiencia del tiempo, pero hasta que se identifiquen, los científicos solo pueden mirar el reloj, o los relojes, con anticipación.