ISOA | International School of Osteopathy for Animals » Jak mózg mapuje czas?

Jak mózg mapuje czas?

czwartek 28 listopada, 2019

Te same komórki mózgowe, które śledzą ułożenie w przestrzeni zdają się również liczyć
upływ czasu. Badania sugerują, że nasze myśli mogą dokonywać się w
czasoprzestrzeni.

Nasze mózgi mają wyjątkową zdolność do monitorowania czasu. Kierowca potrafi ocenić
czy zdąży przejechać na żółtym świetle; tancerz potrafi wyczuć rytm z dokładnością do
milisekund. Jednak to, jak to się dokładnie dzieje, że nasz mózg jest w stanie śledzić
upływ czasu, nadal pozostaje zagadką. Naukowcy określili te obszary mózgu, które
zaangażowane są w wykonywanie ruchu, pamięć, widzenie czy w inne funkcje, ale nie
te, które kontrolują czas. Rzeczywiście, nasz nerwowy „strażnik czasu” jest tak
nieuchwytny, że większość naukowców przypuszcza jedynie, że działa on na zasadzie
współpracy różnych regionów mózgu, używając różnych systemów monitorujących, aby
śledzić czas w zależności od aktualnych potrzeb.
W ciągu ostatnich kilku lat, wielu naukowców gromadzi coraz więcej dowodów na to, że
te same komórki, które monitorują położenie osoby w przestrzeni, oceniają także upływ
czasu. Sugeruje to, że dwa obszary mózgu – hipokamp i kora śródwęchowa, obydwa
znane ze swojej roli jaką odgrywają w procesie pamięci i nawigacji, mogą również działać
jako pewien rodzaj regulatora czasu.
W badaniach opublikowanych w listopadzie Howard Eischenbaum, neurolog z
Uniwersytetu Bostońskiego, wraz ze współpracownikami wykazał, że u szczurów,
komórki które tworzą wewnętrzny system GPS mózgu, znane jako komórki siatki, są
bardziej plastyczne niż przewidywano. Normalnie, komórki te zachowują się jak system
nawigacji zliczeniowej, gdzie określone neurony aktywują się gdy zwierzę jest w
konkretnym miejscu. (Naukowcy, którzy odkryli te komórki w 2014 roku, otrzymali
nagrodę Nobla). Eischenbaum odkrył, że jeśli zwierzę jest utrzymywane w jednym
miejscu – gdy np. biega na bieżni – komórki te śledzą zarówno dystans, jak i czas.
Sugeruje to, że poczucie przestrzeni i czasu są ze sobą powiązane.
Odkrycia te pomogą nam szerzej zrozumieć jak działa mózgowy system nawigacji i
pamięci. Być może zarówno komórki siatki, jak i inne działające jak GPS komórki mózgu
nie są nastawione tylko na opanowanie przestrzeni, ale są zdolne do kodowania
wszelkich innych istotnych właściwości (czas, zapach, a nawet smak). „To
prawdopodobnie wskazuje na szeroki zakres pracy hipokampa”, twierdzi Loren Frank,
neurolog na University od California, San Francisco, która bada pamięć oraz hipokamp.
„To pozwala nam pojąć istnienie osi służącej do kodowania doświadczeń, która następnie
wykorzystuje konkretne komórki do mapowania tych doświadczeń”.
Mapy te z kolei służą do konstruowania ram pamięci, zapewniając system organizacyjny
dla naszej niekończącej się serii doświadczeń z przeszłości. „Hipokamp jest tym
wspaniałym organizatorem wspomnień w czasie i przestrzeni”, mówi Eichenbaum.
„Zapewnia czasoprzestrzenne ramy, w których dokonują się wszelkie wydarzenia”.

Zakładki czasu

Aby badać jak hipokamp monitoruje czas, naukowcy trenują szczury do biegania w kółku
na malutkiej bieżni. To utrzymuje położenie i zachowanie zwierząt w jednakowych
parametrach, aby naukowcy mogli skupić się na sygnałach nerwowych powiązanych z
czasem. (Szczury są zbyt ruchliwe, aby siedzieć w miejscu, więc bieganie pozwala
ustandaryzować ich naturalne, nerwowe zachowanie). Elektrody umieszczone głęboko w
mózgu rejestrują, gdy kolejne komórki mózgowe się aktywują.
W badaniach Eschenbaum’a, szczur biegnie po bieżni przez określony czas –
powiedzmy, 15 sekund – i następnie otrzymuje za to nagrodę. W miarę jak zwierzę
powtarza te cykle jeden za drugim, jego mózg uczy się śledzić te 15-sekundowe
przedziały. Niektóre neurony aktywują się w pierwszej sekundzie, inne w drugiej i tak
dalej aż upłynie 15 sekunda. „Każda komórka aktywuje się w innym momencie w czasie,
aż wypełnią cały ten przedział”, mówi Eichenbaum. Ten schemat włączania się komórek
jest tak precyzyjny, że naukowcy mogą określić jak długo szczur biegał po bieżni bez
mierzenia czasu, poprzez samą tylko obserwację, które komórki są aktywne. Zespół
Eichenbaum’a powtórzył także eksperyment zmieniając prędkość na bieżni, aby upewnić
się, że komórki nie mierzą dystansu. (Niektóre komórki mierzą dystans, ale niektóre
wydają się związane wyłącznie z czasem).
Pomimo że neurony te, ochrzczone mianem „komórek czasu”, są z pewnością zdolne do
oznaczania czasu, nadal niejasnym jest jak one to robią. Komórki zachowują się raczej
jak stoper – ten sam wzorzec aktywności neuronalnej powtarza się przy każdym
uruchomieniu zegara. Ulegają one jednak lepszym przystosowaniom niż stoper. Gdy
naukowcy zmieniali warunki eksperymentu, na przykład poprzez wydłużenie czasu biegu
z 15 do 30 sekund, komórki w hipokampie utworzyły nowy wzorzec aktywowania się, aby
sięgnąć nowego przedziału. To tak jakby zaprogramować stoper, aby podążał za
zupełnie inna skalą czasową.
Co więcej, komórki czasu są zależne od kontekstu; oznaczają czas tylko wtedy, gdy
zwierze postawione jest w sytuacji, gdzie czas odgrywa najważniejszą rolę. Gdy
wchodzą w grę inne zmienne, te same komórki zachowują się inaczej. Jeśli na przykład
wpuścimy szczura w nowe otoczenie, te same komórki będą reagowały na orientację w
przestrzeni; konkretna komórka aktywuje się za każdym razem gdy zwierze znajdzie się
w konkretnym miejscu, bardziej niż w określonym czasie.

Czasoprzestrzenny Matrix Mózgu
Praca Eichenbaum’a zazębia się z 15-letnim trendem w badaniach naukowych, które
sugerują, że hipokamp jest o wiele bardziej elastyczny niż spodziewali się tego
naukowcy. Badacze tradycyjnie postrzegali hipokamp jako ośrodek tworzący mapy –
komórki kodujące miejsca zostały odkryte już 40 lat temu – ale rosnące dowody
potwierdzają, że może on też kodować również inne typy informacji. Wedle najnowszych
doniesień, komórki kodujące miejsce mogą mapować nie tylko przestrzeń, ale również
inne istotne zmienne. Czas jest jedną z nich, możliwe są jednak również i inne. „Na
przykład, degustator win może mieć konkretne miejsca dla odbierania smaku i zapachu
wina”, twierdzi Frank.
Jednak wielu naukowców uważa hipokamp za strukturę głównie przestrzenną. Według
ich argumentacji, obwody neuronalne ewoluowały do śledzenia lokalizacji, a wszystko
inne jest po prostu zapisywane na nich. „Hipokamp dostarcza kod, który w swej naturze
jest fundamentalnie przestrzenny”, mówi Bruce McNaughton, neuronaukowiec z
University od California, Irvine.
Doniesienie Eichenbaum’a kontrastują z tym punktem widzenia, ale go nie obalają. „Co
jest absolutnie jasne to fakt, że ‚komórki miejsca’ mogą reprezentować inne informacje,
niż tylko miejsce”, mówi David Foster, neuronaukowiec na Johns Hopkins University.
„Jednakże, co jest już mniej jasne to to, czy mogą one kodować czysty upływ czasu”.
W eksperymencie na bieżni szczury wydawały się robić coś, co można z określić jako
liczenie. Pojawia się pytanie, czy komórki te znakują upływ samego czasu, czy reagują
tylko na cos innego, co tylko wygląda jak czas? „Nie znamy przewodniej zasady, która
mówi komórkom, aby aktywowały się w określonym momencie, ale nie sądze, aby był nią
czas”, mówi Eva Pastalkova, neuronaukowiec z Howard Huges Meedcal Institute. Nie
jest to jeszcze wystarczająco jasne, aktywność tych komórek nie jest jak tykanie
zegarka”.
György Buzsáki, neuronaukowiec z New York University’s Neuroscience Institute, którego
laboratorium dokonało jednych z pierwszych badań dotyczących tego, jak hipokamp
śledzi czas, wysnuwa twierdzenie, że być może komórki te zamiast monitorować sam
czas, robią coś innego – pamiętają drogę przez labirynt lub nakreślenia kolejnych ruchów
zwierzęcia. Zarówno pamięć, jak i planowanie rozwijają się w czasie, więc „komorki
czasu”, mogą po prostu odzwierciedlać tę aktywność psychiczną.
„To dla mnie problem numer jeden: Czy są w mózgu dedykowane neurony, które nie
robią nic innego jak tylko śledzenie czasu?” Mówi Buzsáki. „Lub czy wszystkie neurony
posiadają funkcje, które dzieją się w porządku sekwencyjnym, który przez
eksperymentatora może być przetłumaczony jako czas?”
Buzsáki wskazuje na to, że być może nie ma sensu myśleć o komórkach hipokampa,
jako o kodujących niezależnie czas i przestrzeń. Ludzki mózg często czas i dystans
rozważa zamiennie. „Jeśli ktoś zapyta jak daleko jest z Nowego Jorku do LA, częstokroć
uzyska odpowiedź: 3.000 mil, 6 godzin lotu”, mówi. W dawnym języku, odległość była
odmierzana miarą czasu – ilość dni, jaką zajmuje przejście z jednej doliny do drugiej –
nie podawano odległości, ale ilość zachodów słońca, która była łatwa do obliczenia.”
Dla Buzsáki, temat ten wykracza poza neuronaukę i dotyka już fizyki. Fizycy rozpatrują
czas i przestrzeń jako spójną, czterowymiarową jednostkę, tkaninę, na której obiekty i
zdarzenia we wszechświecie są osadzone. „Neuronauka musi skupić się znów nad
starym problemem, podobnym do tego, nad którym pochylali się fizycy: czy istnieją
komórki czasu i komórki miejsca? Czy może jest tylko jedna reprezentacja kontinuum
czasoprzestrzennego w mózgu?” mówi Buzsáki.

Mapy Pamięciowe
Eichenbaum jest mniej zmartwiony tymi abstrakcyjnymi pytaniami. Jego celem jest
rozwikłać rolę, jaką czas gra w formowaniu wspomnień. „Jeśli przypomnisz sobie
dzisiejszy poranek, będziesz przypominał sobie zdarzenia w takiej kolejności, w jakiej
faktycznie miały miejsce”, mówi. „Jak hipokamp organizuje wspomnienia w czasie?”
Ludzie z uszkodzonym hipokampem często nie potrafią tworzyć nowych wspomnień –
słynny pacjent H.M., który przeszedł lobotomię w celu usunięcia sporej ilości tkanki w tej
części mózgu, po operacji przedstawiał się swojemu lekarzowi od początku, każdego
dnia kiedy się z nim spotykał. Ci pacjenci również, mają problem z zapamiętywaniem
sekwencji pojawiających się słów czy przedmiotów prezentowanych podczas badania.
„Jaki jest udział hipokampa w umiejętności zapamiętania w porządku czasowym
sekwencji wydarzeń?”, pyta Eichenbaum.
Eichenbaum zakłada, że komórki czasu tworzą oś, na której umieszczone są
sekwencyjnie wydarzenia, aby zobrazować dane doświadczenie. Jeśli wspomnienia są
filmem, mówi, komórki czasu są czymś, co ustawia pojedyncze fragmenty w
uporządkowanej kolejności. Jego zespół planuje eksperymenty, które będą przeplatać
opóźnienia czasowe z różnymi wydarzeniami, by zobaczyć jak komórki czasu modyfikują
swój kod, aby zapamiętać kolejność, w jakiej dokonywały się dane wydarzenia. „Nie
uważam, że hipokamp to zegar”, mówi. „Ale używa zegara, aby nakreślić, kiedy rzeczy
wydarzyły się, po to aby utrzymać je w określonym porządku”.

Komentarze: Bądź pierwsza/y

Ta strona jest chroniona przez reCAPTCHA i zastosowanie mają Polityki prywatności i Warunki świadczenia usług Google.

Administratorem Twoich danych osobowych jest Marcin Szkolnicki działający pod firmą Systema Marcin Szkolnicki z siedzibą przy ul. Łużyckiej 18A, 51-111 Wrocław wpisaną do Rejestru Instytucji Szkoleniowych (RIS) o numerze ewidencyjnym: 2.02/00120/2016.
Informujemy, że podanie danych osobowych zawartych w formularzu jest dobrowolne, a także, że przysługują Ci prawa dostępu do Twoich danych osobowych, ich zmiany (w tym aktualizacji), wyrażenia sprzeciwu wobec przetwarzania.
Dane osobowe podane przez Ciebie będą przetwarzane przez nas w zgodzie z przepisami prawa. W razie jakichkolwiek pytań jesteśmy do Twojej dyspozycji pod adresem email kontakt@isoa.pl.