Крысы могут помочь понять, как мы воспринимаем время – исследование
Теория относительности утверждает, что время может растягиваться и сжиматься. Точно так же, как космос искажает время, наши нейронные цепи могут растягивать и сжимать наше восприятие времени.
В новой работе исследовательской лаборатории Champalimaud Research в Лиссабоне, Португалия, которая была опубликована в журнале Nature Neuroscience ученые искусственно замедляли или ускоряли паттерны нейронной активности у крыс. Это исказило их суждения о продолжительности времени и предоставило наиболее убедительные причинно-следственные доказательства того, как внутренний часовой механизм мозга управляет поведением.
В отличие от более привычных циркадных часов, которые управляют нашими 24-часовыми биологическими ритмами и формируют нашу повседневную жизнь от циклов сна и бодрствования до обмена веществ, гораздо меньше известно о том, как тело измеряет время в масштабе от секунд до минут. Исследование было сосредоточено именно на этой временной шкале от секунд до минут. Наш мозг сохраняет децентрализованное и гибкое чувство времени, которое, как считается, формируется динамикой нейронных сетей, разбросанных по всему мозгу. В этой гипотезе “популяционных часов” мозг отсчитывает время, полагаясь на последовательные паттерны активности, возникающие в группах нейронов во время поведения.
Нейробиолог Джо Патон, старший автор исследования, сравнил это с броском камня в пруд: “Каждый раз, когда камень падает, он создает круги, которые расходятся по поверхности повторяющимся узором. Изучая узоры и положение этих кругов, можно сделать вывод, когда и где камень упал в воду. Точно так же, как скорость, с которой движутся волны, может меняться, скорость, с которой эти паттерны активности развиваются в нейронных популяциях, также может меняться. Наша лаборатория была одной из первых, кто продемонстрировал тесную взаимосвязь между тем, насколько быстро или медленно развиваются эти нейронные “волны”, и решения, зависящие от времени”.
Исследователи научили крыс различать разные промежутки времени. Они обнаружили, что активность в стриатуме, глубокой области мозга, следует предсказуемым закономерностям, которые меняются с разной скоростью. Когда животные сообщают, что данный интервал времени длиннее, активность развивается быстрее, а когда они сообщают, что короче, активность развивается медленнее.
Предоставляя новое понимание причинно-следственной связи между нейронной активностью и функцией синхронизации, результаты ученых могут способствовать разработке новых терапевтических целей для изнурительных заболеваний, таких как болезни Паркинсона и Хантингтона, которые включают симптомы, связанные со временем.
Чтобы протестировать это на крысах, ученые разработали специальное термоэлектрическое устройство для локального нагрева или охлаждения стриатума с одновременной записью нейронной активности.В итоге было обнаружено, что охлаждение расширяет паттерн активности, а нагревание сокращает его, не нарушая самого паттерна.
“Удивительно, хотя стриатум координирует двигательный контроль, замедление или ускорение его паттернов активности не замедляло или ускоряло движения животных в тесте. Это заставило нас глубже задуматься о природе контроля поведения в целом. Даже самые простые организмы сталкиваются с двумя фундаментальными проблемами, когда дело доходит до управления движением. Во-первых, им приходится выбирать из различных возможных действий, например, двигаться вперед или назад. Во-вторых, после того, как они выбрали действие, они должны иметь возможность постоянно корректировать и контролировать его, чтобы обеспечить его эффективное выполнение. Эти основные проблемы применимы ко всем видам организмов, от червей до человека”, – добавил Патон.
Сейчас ученые исследуют мозжечок, в котором находится более половины нейронов мозга и который связан с непрерывным, ежеминутным выполнением наших действий.
“Интересно, что наши предварительные данные показывают, что применение температурных манипуляций к мозжечку, в отличие от стриатума, действительно влияет на непрерывный контроль движений”, – говорят исследователи.