Jak mózg tworzy subiektywne doświadczenie czasu
Wszyscy czuli, w takim czy innym momencie, że czas naprawdę „leci”, kiedy dobrze się bawimy. Dlaczego wygląda inaczej w zależności od tego, co z nim zrobimy? Nowe badania dotyczą mechanizmów neurologicznych, które tworzą subiektywne doświadczenie czasu.
Przestrzeń i czas są ze sobą ściśle powiązane - nie tylko w fizyce, ale także w mózgu.
To intymne połączenie staje się wyraźniejsze, gdy przyjrzymy się, jak nasze mózgi tworzą epizodyczne wspomnienia.
Wspomnienia epizodyczne to wspomnienia autobiograficzne - czyli wspomnienia o konkretnych wydarzeniach, które przydarzyły się komuś w określonym momencie (i przestrzeni).
Wspomnienie tego pierwszego pocałunku lub kieliszka wina, które podzieliłeś się ze swoim przyjacielem w zeszłym tygodniu, są przykładami epizodycznych wspomnień. Z kolei wspomnienia semantyczne odnoszą się do ogólnych informacji i faktów, które nasz mózg jest w stanie przechowywać.
Wspomnienia epizodyczne mają wyraźny komponent „gdzie” i „kiedy”, a badania neuronaukowe pokazują, że obszar mózgu przetwarzający informacje przestrzenne jest zbliżony do obszaru odpowiedzialnego za doświadczanie czasu.
W szczególności nowe badanie ujawnia sieć komórek mózgowych, które kodują subiektywne doświadczenie czasu, a neurony te znajdują się w obszarze mózgu sąsiadującym z obszarem, w którym inne neurony kodują przestrzeń.
Nowe badanie zostało przeprowadzone przez naukowców z Kavli Institute for Systems Neuroscience w Trondheim w Norwegii. Albert Tsao jest głównym autorem artykułu, który jest obecnie publikowany w czasopiśmie Natura.
Neurony, które się zmieniają z czas
Ponad dziesięć lat temu dwóch naukowców, którzy pracowali nad niedawnymi badaniami - May-Britt Moser i Edvard Moser - odkryło sieć neuronów zwanych komórkami siatki, które były odpowiedzialne za kodowanie przestrzeni.
Obszar ten nazywany jest przyśrodkową korą śródwęchową. W nowym badaniu Tsao i współpracownicy mieli nadzieję, że znajdą podobną sieć komórek mózgowych, które kodują czas.
Dlatego postanowili zbadać neurony w obszarze mózgu, który sąsiaduje z przyśrodkową korą śródwęchową (w której odkryto komórki siatki). Obszar ten nazywany jest boczną korą śródwęchową (LEC).
Początkowo badacze szukali wzoru, ale starali się go znaleźć. „Sygnał zmieniał się cały czas” - mówi współautor badania Edvard Moser, profesor na Norweskim Uniwersytecie Nauki i Technologii, również w Trondheim w Norwegii.
Tak więc naukowcy postawili hipotezę, że być może sygnał nie tylko zmieniał się w czasie, ale że się zmieniał z czas.
„Czas […] jest zawsze wyjątkowy i zmienia się” - mówi prof. Moser. „Gdyby ta sieć rzeczywiście kodowała czasowo, sygnał musiałby się zmienić z czas, aby zapisać doświadczenia jako wyjątkowe wspomnienia. ”
Dlatego naukowcy postanowili zbadać aktywność setek neuronów LEC w mózgach gryzoni.
Doświadczenie wpływa na sygnały kodowania czasu LEC
Aby to zrobić, Tsao i współpracownicy rejestrowali aktywność neuronalną szczurów przez wiele godzin, podczas których gryzonie poddawano szeregowi eksperymentów.
W jednym eksperymencie szczury biegały po pudełku, którego ściany zmieniły kolor. Powtórzono to 12 razy, aby zwierzęta mogły zdefiniować „wiele kontekstów czasowych” w całym eksperymencie.
Zespół zbadał aktywność neuronalną w LEC, odróżniając aktywność mózgu, w której rejestrowano zmiany koloru ścian, od aktywności rejestrującej upływ czasu.
„Aktywność [neuronalna] w LEC jasno określiła unikalny kontekst czasowy dla każdej epoki doświadczenia w skali minutowej” - piszą autorzy.
Wyniki eksperymentu „wskazują na LEC jako możliwe źródło informacji o kontekście czasowym, niezbędnej do tworzenia epizodycznej pamięci w hipokampie” - dodają naukowcy.
W innym eksperymencie szczury mogły swobodnie wędrować po otwartych przestrzeniach, wybierając działania, które mają podjąć i które przestrzenie eksplorować w pogoni za kawałkami czekolady. Ten scenariusz powtórzono czterokrotnie.
Współautor badania, Jørgen Sugar, podsumowuje wyniki, mówiąc: „Wyjątkowość [neuronalnego] sygnału czasu podczas tego eksperymentu sugeruje, że szczur miał bardzo dobry zapis czasu i sekwencji zdarzeń w czasie w ciągu 2 godzin trwania eksperymentu”.
„Mogliśmy wykorzystać sygnał z sieci kodującej czas, aby dokładnie śledzić, kiedy w eksperymencie miały miejsce różne zdarzenia”.
Jørgen Sugar
Wreszcie trzeci eksperyment zmusił gryzonie do podążania bardziej ustrukturyzowaną ścieżką, z bardziej ograniczonymi opcjami i mniejszą liczbą doświadczeń. W tym scenariuszu szczury musiały skręcać w labiryncie w lewo lub w prawo, cały czas szukając czekolady.
„Dzięki tej czynności widzieliśmy, jak sygnał kodujący czas zmienia charakter z unikalnych sekwencji w czasie na powtarzalny i częściowo nakładający się wzór” - wyjaśnia Tsao.
„Z drugiej strony” - kontynuuje - „sygnał czasu stał się bardziej precyzyjny i przewidywalny podczas powtarzalnego zadania”.
„Dane sugerują, że szczur miał wyrafinowane rozumienie czasowości podczas każdego okrążenia, ale słabe zrozumienie czasu od okrążenia do okrążenia i od początku do końca w trakcie eksperymentu.
Jak neurony LEC kodują doświadczenie
Według autorów badania, „Kiedy doświadczenia zwierząt były ograniczone zadaniami behawioralnymi, aby stały się podobne w powtarzanych próbach, kodowanie przepływu czasowego między próbami zostało zmniejszone, podczas gdy kodowanie czasu w stosunku do początku prób uległo poprawie”.
Jak podsumowują Tsao i jego koledzy: „Odkrycia sugerują, że populacje neuronów [LEC] reprezentują czas z natury poprzez kodowanie doświadczenia”.
Innymi słowy, twierdzą naukowcy, „zegar neuronowy” LEC działa poprzez organizowanie doświadczenia w precyzyjną sekwencję odrębnych zdarzeń.
„Nasze badanie ujawnia, w jaki sposób mózg nadaje sens czasowi podczas przeżywania zdarzenia […] Sieć nie koduje czasu wprost. Mierzymy raczej subiektywny czas wynikający z ciągłego przepływu doświadczeń ”.
Albert Tsao
Zdaniem naukowców, odkrycia sugerują, że zmieniając czynności i doświadczenie, można zmienić sygnał czasu wysyłany przez neurony LEC. To z kolei zmienia sposób, w jaki postrzegamy czas.
Wreszcie, wyniki sugerują, że wspomnienia epizodyczne powstają poprzez integrację informacji przestrzennych z przyśrodkowej kory śródwęchowej z informacjami z LEC w hipokampie.
To pozwala „hipokampowi przechowywać ujednoliconą reprezentację tego, co, gdzie i kiedy”.
