Клетки памяти: Как мозг позволяет нам "путешествовать во времени"

 

Это очень простой и примитивный пример воспроизведения воспоминаний, знакомый всем нам. Такие "фильмы" в собственной голове для нас — вполне привычное, ежедневное и часто неосознанное дело. Мы вряд ли часто думаем над тем, как наш мозг, вспоминая о пережитом, может воспроизвести этот опыт в строгом последовательном порядке: как, где, когда и зачем произошло.

Впрочем, способность мозга кодировать события во временном порядке, а затем выдавать их в виде целостных и последовательных воспоминаний для науки — тайна, занавес которой постепенно открывается.

Конечно, мы уже давно знаем, что восприятие времени человеком — это переменная величина, которая зависит от кучи факторов, среди которых эмоциональное состояние, мотивация и внимание (вспомните только, как долго "тянутся" 40 мин скучной лекции по сравнению с 40 мин интересного фильма) а также определенные физиологические состояния и заболевания (например, болезнь Паркинсона). Но сейчас речь идет о выяснении самого механизма, который лежит в основе восприятия времени.

Все начинается с крыс

Как и во многих случаях, первые ответы на вопросы ученые начали получать у крыс.

В 2014 году нейробиолог из США Говард Эйхенбаум обобщил факты исследований на людях и животных, выводами которых было то, что гиппокамп является важным для запоминания порядка последовательных событий, а также провел собственное исследование с лабораторными грызунами, впервые выделив в их гиппокампе нейроны, которые отвечают за запись, хранение и воспроизведение воспоминаний в определенной последовательности и распознают интервалы между событиями в памяти. Их он предложил назвать "клетками времени". Подобные исследования впоследствии провели на обезьянах. Но все же, крысы и обезьяны — не люди, и наличие у них соответствующего механизма и "клеток времени" еще не свидетельствует об аналогичных системах в человеке, пока наука это не доказала.

В 2019 году исследователи из Торонтского университета провели эксперимент, который показал: в гиппокампе человека есть нейроны, которые отвечают за восприятие коротких промежутков времени.

18 добровольцев запоминали четыре разные последовательности картинок, которые отличались по содержанию и интервалам между демонстрацией изображений. Испытуемым нужно было запомнить, узнать и мысленно воспроизвести последовательности, которые они увидели. Во время двух последних этапов их мозг сканировали аппаратом МРТ, с помощью которого заметили: в переднем гиппокампе участников во время пауз проходила та же активность нейронов, что и у крыс в раннем похожем эксперименте.

Тогда ученые отметили: эти данные говорят нам только о фиксации коротких промежутков между событиями, но могут быть ключом к формированию временной шкалы для долговременной памяти.

В конце концов группа нейробиологов из Нидерландов и Франции под руководством Лейлы Редди смогла исследовать, как работает наш мозг при воспроизведении последовательности тех или иных событий.

Что удалось выяснить

Для исследования ученые отслеживали электрическую активность мозга 15 больных эпилепсией, используя микроэлектроды, имплантированные прямо в гиппокамп.

"Для создания эпизодических воспоминаний нужно связать вместе отдельные события из опыта с временной точностью ... Мы проверили, содержат ли нейроны гиппокампа человека временную информацию, когда участники изучали порядок последовательности предметов", — объясняют исследователи.

Эксперименты проводились во время медицинских испытаний, которые использовали электроды для локализации источника судорог пациентов в мозге. Поэтому исследование не требовало каких-либо инвазивных или рискованных имплантаций, которые пациенты не проводили бы ради перспективного лечения эпилепсии.

Участникам показывали изображения в заранее определенном порядке и просили запомнить их последовательность. Электроды регистрировали специфические нейроны в гиппокампе: во время демонстрации изображений, во время промежутков, когда изображения не показывались, и во время пауз, когда участников просили предсказать, какое изображение им покажут дальше (из последовательности, которая уже отображалась).

По мнению исследователей, зафиксированные ими нейроны являются свидетельством существования "клеток времени" — "нейронов, активность которых модулируется временным контекстом в пределах четко определенного временного окна".

Ученые говорят, что некоторые из этих нейронов активно участвовали в запоминании или воспроизведении последовательности изображений в экспериментах, но некоторые также были активны, когда не было визуального стимула. Предполагается, что они кодировали поток времени, даже когда ничего особенного не происходило.

"Ячейки времени срабатывали в последовательные моменты этих пустых периодов. Временная модуляция в течение этих перерывов не могла быть вызвана внешними событиями; скорее, они, видимо, представляют эволюционирующий сигнал в результате изменений в опыте пациентов в течение этого времени ожидания", — пишут исследователи в своей статье .

По мнению исследователей, клетки времени в мозге человека являются "многомерными", способными кодировать информацию о времени, но также реагировать на различные виды сенсорной информации или раздражителей.

Вполне возможно, что многомерное поведение этих нейронов времени может быть тем, что фиксирует "что", "где" и "когда" определенных переживаний, соединяя элементы, чтобы сложить их в целостные воспоминания.

"Феномен субъективного психического путешествия во времени является краеугольным камнем эпизодической памяти", — говорят исследователи, и добавляют, что главным в опыте переживания прошлого является наша способность живо вспоминать определенные события, которые произошли в определенном месте и в определенной последовательности ... Наши результаты предоставляют дополнительные доказательства того, что нейроны гиппокампа человека регистрируют поток времени в памяти".

Главное фото: depositphotos