Представьте себе рой светлячков, мерцающих в ночном пространстве. Как человеческий мозг обрабатывает и интегрирует информацию о длительности и пространственном положении, обеспечивая такое видение?
Этим вопросом задались Валерия Чентанино, Джанфранко Фортунато и Доменика Буэти из группы когнитивной нейронауки Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте, Италия. Результаты исследования, опубликованы в журнале Nature Communications.
Исследование подчеркивает существование функциональной иерархии в коре головного мозга человека, где задние области – те, которые первыми получают визуальную информацию, – обрабатывают пространство и время вместе. Напротив, в теменных и тем более в лобных областях, которые участвуют в обработке информации позже, пространство и время постепенно разделяются. Более того, способ кодирования времени в этих областях мозга различается.
В затылочных областях, где пространство и время обрабатываются вместе, время кодируется в активности одной и той же нейронной популяции, которая становится пропорционально тем более активной, чем больше длительность. В теменных и лобных областях, где связь между пространством и временем постепенно ослабевает и в конце концов исчезает, время кодируется разными нейронными популяциями, каждая из которых избирательно реагирует на определенную длительность. В теменных областях, занимающих промежуточное положение в этой иерархии, наблюдается сосуществование механизмов кодирования длительности, а время и пространство обрабатываются либо вместе, либо независимо друг от друга.
«Как человеческий мозг обрабатывает визуальную информацию, изменяющуюся как в пространственном положении, так и по длительности?» Именно этот вопрос лежал в основе исследования. «Мы хотели понять, обрабатываются ли пространство и время независимо друг от друга или нет», – объясняют авторы исследования.
Чтобы смоделировать то, что может происходить в реальности, они попросили молодых здоровых участников оценить продолжительность визуального стимула, представленного в разных позициях на экране в течение разного количества времени. Во время выполнения этого задания нейронные ответы регистрировались с помощью пространственной магнитно-резонансной томографии высокого разрешения (фМРТ).
«Мы обнаружили, что связь между пространством и временем в человеческом мозге не фиксирована, а зависит от задействованных областей мозга. В задней части мозга, в частности в затылочной зрительной коре, эта связь очень сильна, поскольку пространство и время обрабатываются одними и теми же нейронами. Эта область, специализирующаяся на приеме зрительных сигналов, реагировала как на положение, так и на продолжительность стимула: чем дольше было время просмотра, тем выше была активность этих нейронов», – объясняют Чентанино, Фортунато и Буэти.
В передних областях, однако, эта связь исчезает. В лобных премоторных областях, участвующих в подготовке движений, время обрабатывается независимо от положения зрительного стимула. Различные популяции нейронов обрабатывают пространство и время.
Кроме того, авторы добавляют: «Продолжительность кодируется иначе, чем в задних областях. Здесь различные нейронные популяции преимущественно реагируют на определенные длительности, а нейронные популяции, предпочитающие сходные длительности, располагаются рядом на поверхности коры, образуя то, что мы можем назвать «картами времени».
В промежуточной области коры, а именно в теменной коре, которая известна тем, что интегрирует различные источники информации и функционально расположена между затылочной и лобной премоторной корой, отношения между пространством и временем многогранны.
Трое исследователей объясняют: «Некоторые популяции нейронов реагировали как на положение, так и на длительность стимула, в то время как другие реагировали только на одно из этих измерений. Реакция на время в одних случаях была монотонной, как в затылочной коре, а в других избирательной для определенной длительности, как в передних областях».
«Это исследование, – заключают авторы, – углубляет наше понимание того, как пространство и время, два фундаментальных аспекта нашего восприятия мира, обрабатываются и интегрируются в человеческом мозге. Более того, это проливает свет на наличие функциональной иерархии в обработке времени. Существование нескольких профилей реакции на длительность стимула, наряду с их специфической связью с пространственной обработкой, предполагает, что различные области мозга вносят особый вклад в обработку и восприятие времени».
Текст: Диана Галимова