Нейроны времени способны настраиваться на разное время

У нас у всех есть чувство времени, но это не значит, что где-то в нашем мозге есть автономные нейронные часы, равномерно тикающие, подобно настоящим. Точнее, часы есть, но они показывают не объективное внешнее время, а субъективное, определяемое исключительно личным опытом. Наша жизнь состоит из эпизодов, событий, которые имеют определённую длительность и последовательность друг относительно друга: мы что-то делали долго или недолго, что-то из того, что с нами произошло, случилось до или после другого события – и так далее.

О том, как устроены нейронные часы, мы уже как-то рассказывали. В мозге есть несколько зон, от которых зависит чувство времени, одна из них – так называемая энторинальная кора. Некоторое время назад в энторинальной коре обнаружили особые нейроны, которые назвали клетками временно́го контекста. Они дружно активируются, когда мозг сталкивается с новым опытом — например, когда нужно изучить незнакомую местность. Активировавшись, эти нейроны потом постепенно замолкают, каждый в своём темпе. Есть клетки, которые с течением времени сначала становятся более активными, а потом их активность падает. Некоторые сохраняют активность и тогда, когда мозг всё исследовал на одной территории и ушёл в другое место, – такие клетки позволяют сшить две последовательные временны́е карты в одну, расширяя временной контекст и охватывая разные события.

Так или иначе, определённым моментам времени, когда с мозгом что-то происходит, соответствует определённая конфигурация клеток временно́го контекста. Информация о том, какие нейроны боковой энторинальной коры активны в данный момент, отправляется в центр памяти: так формируется временна́я карта местности. Но если мы опираемся на индивидуальный опыт, то получается, что мы одновременно живём в разном временном ритме: какая-то цепочка событий развивается быстрее, какая-то медленнее, и происходят они одновременно. Кроме того, когда мы учимся выполнять какие-то действия, мы запоминаем их последовательность и продолжительность. Можно сказать, что тут нас могут выручить часы, но часы не всегда спасают – если вы учите, например, танец, вы не будете танцевать с часами в руке. Иными словами, нейроны времени (нейроны временно́го контекста) должны уметь различать временны́е узоры, выбирая из них нужный нам.

Именно в этом был смысл экспериментов сотрудников Университета Юты – показать, как нейроны времени справляются с различением временны́х последовательностей. Исследователи учили мышей отличать последовательности запахов по их длительности. Это было отчасти похоже на азбуку Морза, только вместо точек и тире, вместо долгих звуков и коротких тут были запаховые сигналы. Запах был всё время одинаковый, просто специальное устройство следило за тем, как долго поток ароматизированного воздуха идёт мимо мышиного носа. Одна из запаховых последовательностей сопровождалась наградой – порцией воды. В энторинальную кору мышей, туда, где сидели нейроны времени, вживляли имплант, который позволял следить за нейронной активностью (когда клетки активировались, в них перегруппировывались ионы кальция, и эту перегруппировку ионов можно было наблюдать в микроскоп).

В статье Nature Neuroscience говорится, что поначалу нейроны временно́го контекста активировались одинаковым образом вне зависимости от того, какой был запаховый ритм. Но по мере обучения в активности клеток появлялись различия – то есть определённый запаховый ритм вызывал в группе временных нейронов специальную активность, которая отличалась от активности во время другого ритма. Когда мышь ошибалась, то есть когда она готовилась пить воду после неправильной последовательности запахов, эту ошибку можно было видеть в нейронах времени – они активничали в неправильной последовательности. Наконец, когда активность нейронов времени подавляли, мыши продолжали чувствовать время в целом, то есть они понимали последовательность событий и могли эту последовательность предугадать. Но у них исчезало умение чувствовать сложные временны́е различия. То есть мыши понимали, что после запахов может быть угощение, но выучить длительность запаховых сигналов они были не в состоянии.

Общий вывод состоит в том, что клетки временно́го контекста различают временны́е свойства событий, которые во всех остальных отношениях похожи друг на друга, но это различение не появляется сразу. Клетки временно́го контекста нужны также для того, чтобы в нужный момент вспомнить те самые временны́е узоры, которые ты когда-то выучил относительно конкретных действий или событий. Выше мы говорили, что в мозге есть несколько зон, имеющих отношение к чувству времени – можно предположить, что они отслеживают разные временны́е масштабы. Нейроны энторинальной коры, очевидно, работают как хронометр повышенной точности: «большое» время без них почувствовать можно, но разобраться в сложных временны́х отличиях и отклонениях уже нельзя.

Чувство времени – сложная когнитивная функция (хотя она есть у самых разных животных), и, как обычно бывает со сложными когнитивными функциями, она часто становится первой жертвой разных психоневрологических болезней, среди которых есть и болезнь Альцгеймера. Возможно, изучив в подробностях работу временного отдела энторинальной коры, мы сможем заранее угадывать угрозу подобных заболеваний.