Ученые открывают в мозгу “клетки времени”, которые позволяют “мысленно путешествовать во времени”. Цель нового эксперимента заключалась в исследовании того, как человеческий мозг кодирует и обрабатывает течение времени.
Когда мы вспоминаем прошлые события нашей жизни, мы часто можем мысленно воспроизвести пережитые моменты в точном последовательном порядке, в котором они развивались. Само обращение к воспоминаниям не является чем-то удивительным – мы этим занимаемся ежедневно. Но способность нашего мозга кодировать события во временном порядке, а затем обрабатывать их в виде последовательных воспоминаний, до сих пор является научной загадкой.
Недавно команда под руководством Лейлы Редди, нейробиолога Центра исследований мозга и познания (CerCo) Французского национального центра научных исследований, выделила некоторые нейронные пути в нашем мозгу, которые отвечают за регистрацию и воспроизведение временной последовательности.
Редди и ее коллеги тщательно отслеживали активность мозга добровольцев, когда они выполняли задачи, требующие последовательной памяти. Согласно исследованию, опубликованному в “Journal of Neuroscience”, результаты показали, что нашим представлением о времени заведует гиппокамп – структура, внедренная глубоко в мозг.
Проведенная работа раскрывает “представление о внутреннем автономном течении времени, которое не было вызвано чем-то происходящим во внешнем мире”, – сказала Редди.
Новое исследование не только проливает свет на сложный процесс временной организации мозга, но и может помочь пациентам с состояниями, которые влияют на память и способность обрабатывать время.
“Гиппокамп важен для оценки временного порядка событий (среди прочего), и повреждение гиппокампа может привести к ухудшению памяти для временного порядка (например, запоминания порядка списка элементов), – пояснила Редди. – Поэтому важно понимать, как временная информация представлена в головном мозге, чтобы иметь возможность разрабатывать способы хирургического вмешательства или методы лечения, чтобы уменьшить этот дефицит памяти”.
Предыдущие исследования, проведенные на крысах и мышах, показали, что нейроны гиппокампа, или “клетки времени”, играют центральную роль в восприятии и запоминании течения времени. Однако оставалось неясным, насколько “клетки времени” грызунов похожи на аналогичные нейроны в человеческом мозге. Чтобы восполнить этот пробел, Редди и ее коллеги разработали два эксперимента, основанных на задачах, направленных на регистрацию отдельных нейронов в человеческом мозге. Но для этого необходима имплантация электродов в мозг, что является инвазивной процедурой, которую нельзя проводить здоровому человеку. По этой причине команда Редди предложила людям, страдающих эпилепсией, которым и так уже были установлены имплантаты по клиническим причинам, не связанным с исследованием, стать волонтерами в проекте.
“Эти пациенты страдают тяжелой лекарственно-устойчивой эпилепсией и находятся в листе ожидания на операцию, – сказала Редди. – Часть предоперационной процедуры включает имплантацию электродов в мозг для отслеживания судорожной активности. После того, как электроды вставлены в мозг, мы спрашиваем пациентов, готовы ли они участвовать в коротких экспериментах для нас, чтобы мы могли записывать данные с отдельных нейронов для проверки различных гипотез”.
В первом эксперименте Редди и ее коллеги попросили девятерых участников запомнить короткую визуальную последовательность, которая включала в себя изображения цветка, птицы и Барака Обамы. Участники неоднократно просматривали последовательность по порядку. Затем в совершенно случайное время эксперимент приостанавливался, и пациентов спрашивали о том, какое изображение должно быть следующим в последовательности. Их нейронные реакции отслеживались, показывая, что временные клетки в их мозгу срабатывали в определенные моменты на протяжении всего эксперимента.
Во втором эксперименте группа из шести пациентов просматривала и запоминала ту же последовательность. Но на этот раз Редди и ее коллеги иногда прерывали показ последовательности на 10 секунд. Во время этих коротких перерывов, когда пациенты ждали возобновления показа, клетки мозга все еще активно обрабатывали их временной опыт, заранее реагируя на картинку, которая еще не была показана.
“Было довольно круто видеть доказательства временного кодирования, когда участники изучали последовательный порядок списка элементов в первом эксперименте, – сказала Редди. – Но открытие того, что “клетки времени” были активны даже в периоды перерывов, предполагает наличие внутреннего потока времени, который никак не зависит от происходящего во внешнем мире”.
Ученые обнаружили, что, глядя на всю группу нейронов (то есть не только на отдельные нейроны, но и на популяцию), они могут расшифровать или подсчитать, в каком временном интервале находится пациент в настоящее время.
Команда получила доказательства наличия временных клеток в гиппокампе грызунов и убедилась, что человеческий мозг также использует эту область для обработки последовательного порядка и хранения эпизодических воспоминаний.
“Пока я просматривала наши данные и находила доказательства временного кодирования у людей, я должна признать, что была очень взволнована, – призналась Редди. – В ближайшем будущем будет важно понять, с какой точностью временная информация представлена в этих нейронах. Например: кодируют ли разные временные ячейки события с большой и короткой продолжительностью? Могут ли временные ячейки адаптироваться к разным временным масштабам в зависимости от контекста?”.
Редди и ее коллеги надеются решить некоторые из этих вопросов с помощью новых экспериментов, которые еще больше сузят сложные процессы, лежащие в основе нашего чувства времени. Хотя мы воспринимаем эту способность “мысленного путешествия во времени” как должное, наша концепция потока времени является фундаментальной частью общего человеческого восприятия реальности. А это является достаточной причиной, чтобы попытаться разгадать его секреты.
“Большой вопрос здесь состоит в том, чтобы в конечном итоге понять, как кодируются воспоминания, – сказала Редди. – Эпизодическая память – это, в частности, память о том, что произошло, когда и где. Клетки времени могут служить основой для представления “когда”. Новые данные свидетельствуют о том, что одни и те же нейроны гиппокампа могут также кодировать “где” и “что”, обеспечивая более широкую основу для кодирования воспоминаний”.
Понимание механизмов кодирования времени и памяти важно как для поиска новых и эффективных методов лечения, так и для общего понимания нашего восприятия течения времени.
Читайте также: Молодой физик доказал возможность путешествия во времени