13.11.2012 15:00

У мозга есть собственное чувство времени и оно - децентрализовано

Внутренних часов у человека много

Если вы отключите компьютер, выбросите часы и перестанете смотреть время на мобильном телефоне, вам все равно не избавиться от ощущения проходящих минут, часов и дней. У мозга есть свое собственное чувство времени. Ранее предполагалось, что в ЦНС есть отдельная зона-таймер. Как показали последние эксперименты, чувство времени в мозгу децентрализовано. Под каждую задачу он заводит отдельные "часы" в разных участках. Это — эволюционный механизм, формировавшийся в течение миллионов лет. Чувство времени, кстати, свойственно не только людям, оно есть и у животных.

Фото:

Сотрудники Эдинбургского университета создали искусственные цветы с сахаром внутри, чтобы узнать, как справляются с отсчетом времени колибри. Когда птички выпивают нектар из настоящих цветов, требуется некоторое время, чтобы запас нектара в растениях восстановился. Поэтому шотландские исследователи "заправляли" искусственные цветы с промежутками. В некоторых цветах запас сахарного сиропа обновлялся каждые 10 минут, в других — через каждые 20 минут. Птицы быстро поняли, сколько нужно ждать, прежде чем можно будет вернуться к тем или иным цветам.

Ученые из университета Джорджии обнаружили, что крысы тоже прекрасно справляются с отсчетом времени. Они могут научиться ждать два дня после приема пищи, прежде чем снова подбегать к лотку и получать вознаграждение в виде еды.

Ранее считалось, что в мозге людей и животных есть отдельная зона, отвечающая за отсчет временных промежутков. На эту роль обычно предлагали базальные ганглии или мозжечок. Ученые полагали, что в одном из этих отделов генерируются регулярные последовательности импульсов, работающих как таймер. Эта идея хорошо объясняла "ускорение" времени (во время просмотра интересного кино или дружеской беседы, отдыха) и его "замедление" в стрессовых ситуациях, на скучных лекциях и так далее.

Однако модель единого таймера имела свои слабые стороны — к примеру, никак не объясняла, каким образом ответственный за время отдел заводит сразу несколько часов: рабочий день закончится через шесть часов, совещание будет через полчаса, нужно позвонить маме в середине дня и пообедать после двух…

Желая выяснить, как же наш мозг все-таки считает время, нейрофизиологи из Университета Миннесоты (США) провели эксперимент на макаках-резусах. В отличие от людей-добровольцев, они не имеют представления о секундах и минутах и при всем желании не смогли бы подглядеть время на телефоне или часах. Экспериментаторы тренировали обезьян раз в секунду переводить глаза с одной точки на экране монитора на другую. Пользуясь лишь собственным внутренним ощущением времени, за три месяца макаки научились двигать глазами с заданной скоростью. Временной интервал движений их глаз колебался между 1,003 и 0,973 секунды.

После этого ученые попробовали отследить активность сотни нейронов в латеральной теменной коре, где находится центр управления движениями глаз. Как пишут исследователи на портале PLoS ONE, в промежутке между движениями глаз активность этих нейронов затухала. Причем скорость этого затухания соответствовала временному интервалумеждудвижениями:еслионо длилось слишком долго, то обезьяна ждала дольше секунды; если активность нейронов спадала слишком быстро, обезьяна переводила взгляд чуть раньше. То есть нейроны, отвечающие, а движение глаз, завели свой собственный таймер.

Таким образом, чувство времени зашифровывается в нейронах, отвечающих непосредственно за то или иное действие, предполагают ученые. Поскольку в течение дня мы одновременно существуем в нескольких временных шкалах — раз в сутки ложимся спать, несколько раз в день едим, к определенному времени идем на работу и планируем дела различной длительности — можно предположить, что нервных цепей, которые следят за часами, в нашем мозгу довольно много.

Распределение временных обязанностей под конкретную задачу, видимо, намного более эффективно, чем сосредоточение отсчета времени в одной-единственной структуре. Но как именно нейроны регулируют собственную активность, подстраивая ее под нужный ритм, пока остается загадкой.

Результаты нынешнего эксперимента предвосхитил Дин Буономано, нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Еще в конце 2000-х годов он предположил, что отсчет времени в мозге можно уподобить ряби, расходящейся по поверхности пруда. К примеру, вы слушаете птичий щебет, и при этом два звука в этой трели раздаются с промежутком в десятую долю секунды. Первый звук возбуждает слуховые нейроны. Они активизируются и по цепочке передают возбуждение в следующие нервные клетки. Эти сигналы разносятся по нейронам приблизительно в течение половины секунды.

Когда птица издает второй звук, нейроны еще не успокоились, и в результате эта вторая нота создает другую последовательность сигналов. Буономано говорил, что мозг может сравнить вторую последовательность с первой и по результатам этого сравнения узнать, сколько прошло времени. Мозгу не нужны часы, утверждал он, потому что время закодировано в самом поведении нейронов. Как мы видим, по сути он оказался прав. Однако точный механизм этого процесса ученым еще предстоит открыть.

Восприятие времени определенно зависит от биохимии мозга. Некоторые нейромедиаторы, такие как дофамин, контролируют пульсирующие нейроны. Наркотические вещества, вызывающие резкий выброс дофамина — к примеру, кокаин или метамфетамин — меняют состояние мозга и изменяют посекундное восприятие времени.

В 2007 году сотрудники Калифорнийского университета опубликовали результаты эксперимента с участием здоровых людей и наркоманов. Ученые давали два звонка с промежутком в 53 секунды и спрашивали добровольцев, сколько секунд, по их мнению, длилась тишина.

Читайте также: Эти странные повороты времени

Здоровые люди в среднем называли цифру в 67 секунд (некоторое удлинение промежутка можно объяснить психологическими факторами: тишина, присутствие в помещении незнакомых людей, напряженное ожидание). Люди, принимающие стимуляторы, предполагали, что прошла 91 секунда. Таким образом было экспериментально подтверждено, что другие вещества, имеющие противоположное дофамину действие, субъективно сжимают время.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"