Пошук

Як мозок сприймає час

30 Квітень 2020

Дослідники відкрили мережу клітин в енторинальній корі, котрі, як виявилося, відіграють ключову роль у введенні досвіду до часового контексту.

Джерело: Норвезький університет природничих і технічних наук.

Дослідники Інституту системної нейронауки ім. Кавлі в Норвегії виявили мережу мозкових клітин, які відповідають за наше сприйняття часу в межах досвіду та спогадів.

Як мозок сприймає час | ARC.UA

Оригінал статті тут:
https://neurosciencenews.com/time-perception-9771/

Автори статті: Albert Tsao, Jørgen Sugar, Li Lu, Cheng Wang, James J. Knierim, May-Britt Moser & Edvard I. Moser 

 

«Ця мережа впорядковує сприйняття подій у часі і відстежує порядок подій в рамках досвіду», — каже професор Едвард Мозер, лауреат Нобелівської премії та директор Інституту ім. Кавлі, що знаходиться при Норвезькому університеті природничих і технічних наук. Ця область мозку, котра сприймає час, розташована поруч з областю, що розрізняє простір.

Сприйняття часу

Годинник — це пристрій, створений людиною для вимірювання часу. За соціальним договором ми погоджуємося координувати власну діяльність відповідно до часу на годиннику. Проте ваш мозок не сприймає тривалість у часі згідно зі стандартизованими одиницями хвилин і годин на вашому наручному годиннику. Час у нашому досвіді та спогадах належить до іншого роду часосприйняття.

Упродовж еволюції живі організми, зокрема й людина, розробили багато біологічних годинників, які допомагають нам слідкувати за часом. Різниця між численними внутрішніми вартовими часу нашого мозку полягає не тільки в шкалі відліку часу, але й у явищах, на які орієнтуються нейронні годинники. Деякі внутрішні годинники слідкують за зовнішніми процесами, наприклад циркадні годинники, що налаштовані на денне світло. Вони допомагають організму адаптуватися до ритму дня.

Інші внутрішні годинники фіксують явища внутрішнього походження, як-от клітини гіпокампу. Вони утворюють ланцюговий сигнал, подібний до ефекту доміно, який точно відстежує час тривалістю до десяти секунд. Сьогодні нам багато що відомо про механізми мозку, котрі вимірюють невеликі часові проміжки, наприклад секунди. Однак мало що відомо про мірило часу, яким користується мозок для фіксування наших переживань і спогадів, що здатні тривати від секунди чи хвилини до годин.

Нейронний годинник суб’єктивного часу

Альберт Цао та його колеги з Інституту системної нейронауки ім. Кавлі вважають, що виявили нейронний годинник, який відраховує час, коли ми переживаємо певний досвід. Фіксуючи популяцію клітин мозку, дослідники виявили потужний сигнал, що кодує час, глибоко всередині мозку.

«Наше дослідження розкриває, у який спосіб мозок фіксує час, переживаючи певну подію», — зазначає Цао. «Мережа не кодує час чітко. Те, що ми вимірюємо, — це скоріше суб’єктивний час, що випливає з безперервного потоку досвіду».

Нейронний годинник організовує наш досвід в упорядковану послідовність подій. Це стимулює роботу внутрішнього годинника для суб’єктивного сприйняття часу. У такий спосіб, досвід та послідовність подій у межах досвіду є субстанцією, на яку спирається суб’єктивний час та яка вимірюється мозком.

Часопростір та пам’ять у мозку

«На сьогодні ми доволі багато знаємо про те, як наш мозок сприймає простір, тоді як наші знання про час менш структуровані», — говорить професор Мозер.

«Простір у мозку досліджувати порівняно просто. Він складається зі спеціалізованих типів клітин, які відповідають за конкретні функції. Разом вони утворюють технічні деталі системи», — заявляє він.

Мей-Бріт та Едвард Мозери 2005 року відкрили нейрони решітки, які розпізнають наше середовище в різних масштабах, поділяючи простір на шестикутні одиниці. Мозери разом зі своїм колегою та наставником Джоном О’Кіфом з Університетського коледжу Лондона 2014 року отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини за їхнє відкриття клітин, що складають систему в мозку, котра дозволяє орієнтуватися в просторі.

Надихнувшись відкриттям Мозерів нейронів решітки, що кодують простір, тодішній докторант Інституту ім.Кавлі Альберт Цао 2007 року вирішив збагнути принцип роботи загадкової латеральної борозни. Ця ділянка мозку знаходиться поруч з медіальною енторинальною корою, де його наставники — Мозери — відкрили нейрони решітки.

«Я сподівався знайти подібну ключову операційну клітину, яка розкрила б функціональну ідентичність цієї нейронної мережі», — каже Цао. Це завдання виявилося трудомістким проєктом.

«Здавалося, що в активності цих клітин не було ніякого патерну. Сигнал весь час змінювався», — каже професор Мозер.

Ілюстрація демонструє епізодичний час упродовж чотирьох годин катання на лижах вгору та вниз крутим схилом, включно з подіями, що змінюють сприйняття часу лижника. Ідея полягає в тому, що пережитий час залежить від подій і може сприйматися швидше або повільніше за годинниковий.

Нещодавно виявлений нейронний запис пережитого часу в латеральній борозні помічений зеленим кольором. Поруч з латеральною борозною — медіальна енторинальна кора, місце сприймання простору в мозку (не зображено). Поруч з медіальною енторинальною корою розташований гіпокамп, структура, в якій інформація з часових та просторових мереж збирається для формування епізодичних спогадів.

Зображення NeuroscienceNews.com створено Колбйорном Скарпнесом та Рітою Елмквіст Нільсен / Відділ зв’язку Норвезького університету природничих і технічних наук та Інститут системної нейронауки ім. Кавлі.

Лише в останні кілька років дослідники почали підозрювати, що сигнал дійсно змінюється з часом. Несподівано записані дані почали набувати сенсу.

«Час — це незбалансований процес. Він завжди унікальний і мінливий», — каже професор Мозер. «Якби ця мережа справді кодувала час, сигнал мав би змінюватися з часом, щоб записати пережитий досвід як унікальні спогади».

Технологічний прогрес

Мозерам потрібно було лише розшифрувати сигнал одного нейрону решітки, щоб виявити, як саме простір кодується в медіальній енторинальній корі. Розшифровка часу в латеральній борозні виявилася більш складним завданням. Лише переглядаючи активність із сотень клітин, Цао та його колеги змогли побачити, що сигнал кодує час.

«Активність у цих нейронних мережах настільки розподілена, що сам механізм, ймовірно, лежить у структурі зв’язку всередині мереж. Той факт, що він може бути сформований у різні унікальні візерунки, означає високий рівень пластичності», — говорить професор Мозер.

«Я вважаю, що розподілені мережі та поєднання структур діяльності можуть заслужити більше уваги в майбутньому. Завдяки цій роботі ми знайшли ділянку, діяльність якої так сильно пов’язана з часом подій чи досвіду, що може відкрити цілком нове дослідницьке поле».

Форма часу

Структура часу давно є темою для суперечок як у філософів, так і у фізиків.

Що може нещодавно відкритий механізм мозку епізодичного часу розповісти про те, як ми сприймаємо час? Наше сприйняття часу лінійне, подібне до текучої річки, або циклічне, наче колесо чи спіраль?

Дані дослідження з Інституту ім. Кавлі показують, що обидва варіанти є правильними, і що сигнал у мережі, який кодує час, може приймати різні форми залежно від досвіду.

Кандидат наук Йорген Сюгар 2016 року приєднався до проекту Кавлі, щоб здійснити низку нових експериментів, яка дозволила б перевірити гіпотезу про те, що мережа латеральної борозни кодує епізодичний час. В одному експерименті щуру був запропонований широкий вибір дій. Він міг вільно бігати, досліджувати територію та ганяти за шматочками шоколаду, розвідуючи навколишній простір.

«Унікальність сигналу часу під час цього експерименту говорить про те, що щур мав дуже добре відчуття часу та часової послідовності подій протягом двох годин, поки тривав експеримент», — каже Сюгар. «Ми змогли використати сигнал із мережі кодування часу, аби точно відстежити, коли в експерименті сталися певні події».

У другому експерименті завдання було більш структурованим з вужчим спектром досвіду та варіантів дій. Щур був навчений переслідувати шматочки шоколаду під час повороту ліворуч або праворуч у лабіринті-вісімці.

«Завдяки цій діяльності ми побачили, що сигнал кодування часу змінює характер від унікальних послідовностей у часі до повторюваної схеми та такої, що частково накладається на попередню», — говорить Цао.

«З іншого боку, часовий сигнал став більш точним і передбачуваним під час повторюваного завдання. Дані свідчать про те, що щур мав вдосконалене розуміння часу під час проходження кожного кола, але погане розуміння часу від кола до кола та від початку до кінця протягом експерименту».

За словами професора Мозера, це дослідження показує, що, змінюючи діяльність, якою ви займаєтесь, змінюючи зміст вашого досвіду, ви можете фактично змінити хід сигналу часу в латеральній борозні і, у такий спосіб, саме сприйняття часу.

Джерело:
Ріта Елмквіст Нільсен — Норвезький університет природничих і технічних наук

Опубліковано в NeuroscienceNews.com.

Зображення взято з NeuroscienceNews.com, зроблено Колбйорном Скарпнесом і Рітою Елмквіст / Відділ зв’язку Норвезького університету природничих і технічних наук та Інститут системної нейронауки ім. Кавлі.

Оригінальне Дослідження:
Анотація до «Інтеграції часу з досвіду в латеральній борозні» — Альберт Цао, Йорген Сюгар, Лі Лу, Чен Ванг, Джеймс Дж. Кніерім, Мей-Бріт Мозер та Едвард І. Мозер у Nature. Опубліковано 29 серпня 2018 року

Анотація

Інтеграції часу з досвіду в латеральній борозні

Кодування часу та його прив’язка до подій мають вирішальне значення для епізодичної пам’яті, але як ці процеси здійснюються в гіпокампово-енторинальних ланцюгах — нез’ясовано. У цьому дослідженні на щурах, які шукають їжу, ми показуємо, що їхня інформація про час на часових шкалах від секунд до годин стійко закодовується в загальній конфігурації сукупності нейронів латеральної борозни. Аналогічно виражене кодування часу не відбулося в медіальній енторинальній корі або в ділянках гіпокампу CA3-CA1. Коли досвід тварин обмежувався поведінковими завданнями, які були подібними впродовж повторних випробувань, кодування часового потоку під час випробування зменшувалося, тоді як кодування часу відносно початку випробувань було покращено.

Отримані дані свідчать про те, що популяції нейронів латеральної борозни представляють час через кодування досвіду. Таке представлення епізодичного часу може бути інтегровано з просторовими даними з медіальної енторинальної кори в гіпокампі, що дозволяє гіпокампу зберігати єдине уявлення про те, що, де і коли відбувається.

Переклад дозволено

Переклад на українську мову: 
Ольга Мінченко

Вгору

Читати більше: