Учёные обнаружили сеть нейронов, которая играет ведущую роль в формировании временного восприятия опыта. Статья об этом вышла в журнале Nature.
Часы изобрели для измерения времени, и все наши действия совершаются в рамках, координируемых ими. Но мозг не воспринимает течение времени привычными человеку минутами и часами: его отпечаток в нашем опыте и воспоминаниях принадлежит к другому типу времяисчисления.
Эволюция дала нам и другим живым организмам множество биологических механизмов с чрезвычайно разнообразными шкалами. Некоторые хронометры настроены на изменения во внешнем мире, как, например, механизм циркадных ритмов, работающий на смене дня и ночи и помогающий организму адаптироваться к течению суток.
Другие же хронометры ориентированы на внутренние изменения: «клетки времени» гиппокампа запускают сигнальную цепочку, работающую по принципу домино и отмеряющую промежутки времени с точностью до 10 секунд. Известны нам и структуры мозга, шкала которых состоит из секунд. И совсем мало мы знаем о тех часах, по данным которых мозг записывает воспоминания и регистрирует опыт, а ведь длиться эти события могут от нескольких секунд и минут до нескольких часов.
Сеть нейронов, которая формирует наше чувство времени через опыт и воспоминания, открыта исследователями из Института системной неврологии Кавли в Норвегии. Область мозга, в которой она находится, расположена справа от зоны, отвечающей за ориентирование в пространстве.
«Эта сеть формирует хронику событий, основываясь на нашем опыте», — рассказывает профессор Эдвард Мозер (Edvard Moser), нобелевский лауреат и директор Института Кавли, открытого на базе Норвежского университета естественных и технических наук.
Исследователи обнаружили мощный сигнал временного кода в глубоких структурах мозга. Принцип работы нейронных часов состоит в организации беспрерывного потока опыта в чёткую последовательность событий, дающую часам в головном мозге точку отсчёта собственного времени. Опыт и те события, что его составляют – это и есть то, исходя из чего формируется и измеряется мозгом личное времявосприятие.
«Мы хорошо понимаем, как мозг ориентируется в пространстве, но то, как он работает со временем, до сих пор остаётся загадкой», — говорит профессор Мозер. – «Ощущение пространства изучать намного проще: есть группа специализированных нейронов, ответственных за позиционирование себя в пространстве. Конкретные нейроны и конкретные функции – вот и основные элементы системы».
Хакнуть временной код? Возможно!
Май-Бритт (May-Britt) и Эдвард Мозеры в 2005 году открыли клетки координатной сетки (grid cells) в головном мозге, которые «расчерчивают» окружающий мир на шестиугольники. А в 2014 году они совместно со своим наставником и коллегой Джоном О’Кифом (John O’Keefe) из Университетского колледжа Лондона получили Нобелевскую премию за открытие клеток системы позиционирования мозга.
Альберт Тцао (Albert Tsao), вдохновленный открытиями супругов Мозер, решил выяснить, что происходит в загадочной латеральной части энторинальной коры (ЛЭК), которая находится справа от медиальной области, где и были найдены клетки координатной сетки.
Сигнал нейронов ЛЭК менялся постоянно и, казалось, хаотично. Лишь спустя долгое время учёные предположили, что импульсные последовательности видоизменялись с течением времени. И внезапно они смогли зарегистрировать данные, которые прояснили происходящее. Оказалось, что сигнал трансформировался, чтобы записывать опыт в виде уникальных воспоминаний, распределенных по временным точкам. Всё это время сеть кодировала время.
«Активность этих нейронных сетей крайне рассредоточена. Возможно, механизм их работы лежит где-то в связях между ними. Этот механизм можно разложить на отдельные схемы и модели – представьте только, насколько гибкая сама система», — восхищается профессор Мозер. – «Распределённые сети нейронов и взаимосвязи активных структур в будущем заслуживают большего внимания. Мы нашли область, активность которой невероятно сильно связана с временем событий – и это открывает нам новое поле для дальнейших исследований».
Также серию тестов для того, чтобы выяснить, отвечает ли латеральная часть энторинальной коры за кодировку эпизодической временной памяти, провел Йорген Зугар (Jørgen Sugar). В одном из экспериментов крысе предоставили полную свободу действий: перемещаясь по разным открытым зонам, она могла бегать кругами, исследовать местность или искать кусочек шоколада.
Исследователи отметили, что у животного очень хорошо сложились временные последовательности событий и успешно прошла временная запись. Они поняли это по разному временному сигналу в течение всего двухчасового эксперимента, использовав сигнал из сети, кодирующей время, чтобы отследить, когда именно происходили те или иные события в ходе эксперимента.
Второй опыт проходил с меньшим количеством вариантов событий и простором действий: поворачивая направо-налево лабиринт в форме восьмерки, крысу «учили» охотиться за кусочками шоколада.
По словам авторов, им удалось зарегистрировать смену характера сигнала, кодирующего время: от уникальных временных последовательностей до повторяющихся и частично перекрывающихся шаблонов. С другой стороны, временной сигнал стал более точным и предсказуемым из-за повторяющегося задания. Крыса чётко чувствовала время на каждом круге, но плохо понимала временные промежутки между кругами и длительность эксперимента в целом.
«Мы можем изменить наше времявосприятие – то есть изменить направление временных сигналов в ЛЭК, — объясняет профессор Мозер. — Стоит просто получить новый опыт, заняться чем-то новым».
Текст: Анна Морозова