Как мозг создает субъективный опыт времени

Каждый чувствовал, в какой-то момент, что время действительно «летит», когда мы веселимся. Почему это зависит от того, что мы делаем с ним? В новом исследовании исследуются неврологические механизмы, которые формируют субъективный опыт времени.

Пространство и время тесно связаны – не только в физике, но и в мозге.

Эта близкая связь становится яснее, когда мы смотрим, как наши мозги формируют эпизодические воспоминания.

Эпизодические воспоминания – это автобиографические воспоминания, то есть воспоминания о конкретных событиях, которые произошли с кем-то в определенный момент времени (и пространстве).

Память о первом поцелуе или о бокале вина, который вы делили с вашим другом на прошлой неделе, являются примерами эпизодических воспоминаний. Напротив, семантические воспоминания относятся к общей информации и фактам, которые наш мозг способен хранить.

Эпизодические воспоминания имеют ярко выраженный компонент «где» и «когда», и нейрофизиологические исследования показывают, что область мозга, которая обрабатывает пространственную информацию, близка к той, которая отвечает за опыт времени.

В частности, в новом исследовании раскрывается сеть клеток мозга, которые кодируют субъективный опыт времени, и эти нейроны расположены в области мозга рядом с той, в которой другие нейроны кодируют пространство.

Новое исследование было проведено исследователями Института системной неврологии им. Кавли в Тронхейме, Норвегия. Альберт Цао является ведущим автором статьи, которая теперь опубликована в журнале Nature.

Как мозг создает субъективный опыт времени

Нейроны которые меняются вместе с временем

Более десяти лет назад двое из исследователей, которые работали над недавним исследованием – Май-Бриттом Мозером и Эдвардом Мозером, обнаружили сеть нейронов, называемых ячейками сетки, которые отвечали за кодирование пространства.

Эта область называется медиальной энторинальной корой. В новом исследовании, Цао и его коллеги надеялись, что они найдут аналогичную сеть клеток мозга, которая кодирует время.

Таким образом, они намеревались исследовать нейроны в области мозга, которая находится рядом с медиальной энторинальной корой (в которой были обнаружены ячейки сетки). Эта область называется боковой энторинальной корой (БЭК).

Первоначально исследователи искали образец, и изо всех сил пытались найти его. «Сигнал все время менялся» говорит соавтор исследования Эдвард Мозер, профессор Норвежского университета науки и технологий, также в Тронхейме, Норвегия.

Таким образом, исследователи предположили, что возможно сигнал не просто менялся со временем, но и вместе с временем.

«Время всегда уникально и меняется» – говорит профессор Мозер. «Если бы эта сеть действительно кодировала время, сигнал должен был бы со временем меняться, чтобы записывать впечатления как уникальные воспоминания».

Итак, исследователи приступили к изучению активности сотен нейронов БЭК в мозгах грызунов.

Опыт влияет на сигналы времени БЭК

Для этого Цао и его коллеги регистрировали нейронную активность крыс в течение нескольких часов, в течение которых грызуны подвергались ряду экспериментов.

В одном эксперименте крысы побежали в ящик, стены которого изменили цвет. Это повторялось 12 раз, чтобы животные могли определять «множественные временные контексты» на протяжении всего эксперимента.

Команда исследовала активность нейронов в БЭК, различая активность мозга, которая зафиксировала изменения цвета стенки, от того, что зафиксировало прогрессию времени.

«Нейронная активность в БЭК четко определила уникальный временный контекст для каждой эпохи опыта по шкале минут» – пишут авторы.

Результаты эксперимента «указывают на БЭК как возможный источник информации о временном контексте, необходимой для формирования эпизодической памяти в гиппокампе», добавляют исследователи.

В другом эксперименте крысы могли свободно перемещаться по открытым пространствам, выбирая, какие действия нужно предпринять, а какие пространства исследовать в погоне за кусочками шоколада. Этот сценарий повторялся четыре раза.

Соавтор исследования Йорген Сагар резюмирует выводы, говоря: «Уникальность сигнала [нейронального] времени в течение этого эксперимента предполагает, что у крысы был очень хороший учет времени и временной последовательности событий в течение 2 часов, в течение которых эксперимент продолжался».

«Мы смогли использовать сигнал из сети кодирования времени, чтобы точно отслеживать, когда в эксперименте произошли различные события».

– Йорген Сагар

Наконец, третий эксперимент обязывал грызунов следовать более структурированному пути, с более ограниченными возможностями и меньшим опытом. В этом случае крысы должны были поворачиваться либо влево, либо вправо в лабиринте, все время ищя шоколад.

«С этой деятельностью мы увидели, кодирующий сигнал изменения характера от уникальных последовательностей во времени до повторяющегося и частично перекрывающегося шаблона», объясняет Цао.

«С другой стороны», – продолжает он, «сигнал времени стал более точным и предсказуемым во время повторяющейся задачи».

«Данные свидетельствуют о том, что у крысы было четкое понимание временности на каждом круге, но плохое понимание времени от круга до круга и от начала до конца на протяжении всего эксперимента».

Как БЭК нейроны кодируют опыт

По словам авторов исследования: «Когда опыт животных был ограничен поведенческими задачами, чтобы стать похожими на повторные испытания, кодирование временного потока через испытания было уменьшено, тогда как кодирование времени относительно начала испытаний было улучшено».

Как Цао и его коллеги заключают, «Полученные данные свидетельствуют о том, что популяции [БЭК] нейронов представляют собой время изначально через кодирование опыта».

Другими словами, говорят исследователи, БЭК «нейронные часы» работают путем организации опыта в точную последовательность различных событий.

«Наше исследование показывает, как мозг ощущает время, когда событие переживается […] В сети нет явного кодирования времени. Мы измеряем скорее субъективное время, полученное из продолжающегося потока опыта».

– Альберт Цао

По мнению ученых, результаты показывают, что изменяя действия и опыт, можно изменить сигнал времени, заданный нейронами БЭК. Это в свою очередь, изменяет то, как мы воспринимаем время.

В заключение, результаты показывают, что эпизодические воспоминания формируются путем интеграции пространственной информации из медиальной энторинальной коры с информацией из БЭК в гиппокампе.

Это позволяет «гиппокампу хранить единое представление о том, что, где и когда».

Источник: medicalnewstoday.com/articles/322953.php