Клітини пам'яті: Як мозок дозволяє нам "подорожувати у часі"

 

Це дуже простий та примітивний приклад відтворення спогадів, знайомий всім нам. Такі "фільми" у власній голові для нас – цілком звична, щоденна і часто неусвідомлена справа. Ми навряд чи часто думаємо над тим, як наш мозок згадуючи про пережите, може відтворити цей досвід у точному послідовному порядку: як, де, коли і що за чим відбулося. 

Втім, здатність мозку кодувати події у часовому порядку, а згодом видавати їх у вигляді цілісних і послідовних спогадів для науки – таємниця, завіса якої поступово відкривається. 

Звісно, ми вже давно знаємо, що сприйняття часу людиною – це змінна величина, яка залежить від купи факторів, серед яких емоційний стан, мотивація та увага (згадайте лиш, як довго "тягнуться" 40 хв нудної лекції проти 40 хв цікавого фільму) а також певні фізіологічні стани та захворювання (наприклад, хвороба Паркінсона). Та нині мова йде про з’ясування самого механізму, який лежить в основі сприйняття часу. 

Все починається зі щурів

Як і у багатьох випадках, перші відповіді на запитання вчені почали отримувати від щурів. 

У 2014 році нейробіолог із США Говард Ейхенбаум узагальнив факти досліджень на людях і тваринах, висновками яких було те, що гіпокамп є важливим для запам'ятовування порядку послідовних подій, а також  провів власне дослідження з лабораторними гризунами, вперше виділивши у їхньому гіпокампі нейрони, які відповідають за запис, зберігання і відтворення спогадів у визначеній послідовності і розпізнають інтервали між подіями у пам’яті. Їх він запропонував назвати "клітинами часу". Подібні дослідження згодом провели на мавпах. Та однак, щури і мавпи – ще не люди, і наявність у них відповідного механізму та "клітин часу" ще не свідчить про аналогічні системи у людині, доки наука це не довела. 

У 2019 році дослідники з Торонтського університету провели експеримент, який продемонстрував: в гіпокампі людини є нейрони, які відповідають за сприйняття коротких проміжків часу. 

18 добровольців запам'ятовували чотири різні послідовності картинок, які різнилися за змістом та інтервалами між демонстрацією зображень. Піддослідним потрібно було запам’ятати, впізнати і подумки відтворити послідовності, які вони побачили. Під час двох останніх етапів їхній мозок сканували апаратом МРТ, за допомогою якого помітили: в передньому гіпокампі учасників під час пауз проходила та ж активність нейронів, що і у щурів в ранньому схожому експерименті.

Тоді науковці наголосили: ці дані кажуть нам тільки про фіксацію коротких проміжків між подіями, але можуть бути ключем до формування часової шкали для довготривалої пам'яті. 

Зрештою група нейробіологів з Нідерландів та Франції під керівництвом Лейли Редді змогла дослідити, як саме функціонує наш мозок при відтворенні послідовності тих чи інших подій.

Що вдалося з’ясувати

Для дослідження вчені відстежували електричну активність мозку 15 хворих на епілепсію, використовуючи мікроелектроди, імплантовані прямо до гіпокампу.

"Для створення епізодичних спогадів потрібно зв'язати разом окремі події з досвіду із часовою точністю...Ми перевірили, чи містять нейрони гіпокампу людини часову інформацію, коли учасники вивчали порядок послідовності предметів", – пояснюють дослідники.

Експерименти проводились під час медичних випробувань, які використовували електроди для локалізації джерела судом пацієнтів у мозку. Тож дослідження не вимагало будь-яких інвазивних або ризикованих імплантацій, які пацієнти не проводили б заради перспективного лікування епілепсії.

Учасникам показували зображення у заздалегідь визначеному порядку і просили запам'ятати їхня послідовність.  Електроди реєстрували специфічні нейрони в гіпокампі: під час демонстрації зображень, під час проміжків, коли зображення не показувались, і під час пауз, коли учасників просили передбачити, яке зображення їм покажуть далі (з послідовності, що вже відображалася). 

На думку дослідників, зафіксовані ними нейрони є свідченням існування "клітин часу" – "нейронів, активність яких модулюється часовим контекстом в межах чітко визначеного часового вікна".

Науковці кажуть, що деякі з цих нейронів активно брали участь в запам'ятовуванні або відтворені послідовності зображень в експериментах, але деякі також були активні, коли не було візуального стимулу. Припускається, що вони кодували потік часу, навіть коли нічого особливого не відбувалося.

"Осередки часу спрацьовували в послідовні моменти цих порожніх періодів. Часова модуляція протягом цих перерв не могла бути викликана зовнішніми подіями; скоріше, вони, мабуть, представляють еволюціонуючий сигнал в результаті змін в досвіді пацієнтів протягом цього часу очікування", –  пишуть дослідники в своїй статті.

На думку дослідників, клітини часу в мозку людини є "багатовимірними", здатними кодувати інформацію стосовно часу, але також реагувати на різні види сенсорної інформації або подразників.

Цілком можливо, що багатовимірна поведінка цих нейронів часу може бути тим, що фіксує "що", "де" та "коли" певних переживань, поєднуючи елементи, щоб скласти їх у цілісні спогади.

"Феномен суб'єктивної психічної подорожі в часі є наріжним каменем епізодичної пам'яті", – кажуть дослідники, і додають, що головним у досвіді переживання минулого є наша здатність жваво згадувати певні події, які відбулися в певному місці і в певній послідовності... Наші результати надають додаткові докази того, що нейрони гіпокампу людини реєструють потік часу у пам’яті".

Головне фото: depositphotos