Investigadores del Instituto Noruego de Neurociencia Sistémica. El Instituto Kavli (Instituto Kavli para la Neurociencia de Sistemas) descubrió una red de células cerebrales que determinan nuestro sentido del tiempo en experiencias y recuerdos."Esta red proporciona marcas de tiempo para eventos y realiza un seguimiento de los eventos en experiencias pasadas", dijo el profesor Edvard Moser, ganador del Premio Nobel y director del Instituto Kavli, ubicado en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. , NTNU). El área del cerebro que percibe el tiempo se encuentra muy cerca del área responsable de la percepción del espacio.
Expresión de tiempo
Un reloj es un dispositivo creado por la humanidad para medir el tiempo. Al aceptar un contrato social tácito, coordinamos nuestras propias actividades con un horario por hora. Sin embargo, nuestro cerebro no percibe la duración de los períodos de tiempo en unidades estándar, minutos y horas, como en su reloj de pulsera. Las firmas temporales en nuestras experiencias y recuerdos tienen características temporales completamente diferentes.
Durante la evolución, los organismos vivos, incluidos los humanos, han desarrollado varios relojes biológicos que nos ayudan a controlar el tiempo. Las diferencias entre los diferentes cronómetros en el cerebro radican no solo en las escalas de tiempo que miden, sino también en los fenómenos a los que se ajusta el reloj neural. Algunos cronómetros están controlados por procesos externos: por ejemplo, los ritmos circadianos se establecen para el amanecer y el atardecer. Este reloj ayuda al cuerpo a adaptarse al ritmo diario.
Otros cronómetros se establecen por fenómenos internos, como las células del hipocampo, que crean una señal de cadena, como el efecto dominó, que mide con bastante precisión períodos de tiempo de hasta 10 segundos. Hoy, conocemos la mayoría de los mecanismos cerebrales utilizados para medir el tiempo a pequeña escala (por ejemplo, en segundos). Por el contrario, se sabe poco sobre la línea de tiempo que utiliza el cerebro para registrar nuestras experiencias y recuerdos, que pueden durar desde unos pocos segundos hasta minutos y horas.
Reloj neuronal para tiempo experimentado
Según Albert Tsao y sus colegas del Instituto Cavley de Neurociencia Sistémica de NTNU, el reloj neuronal que rastrea el tiempo a medida que experimenta es exactamente lo que se descubrió.
Al registrar la actividad de una población de células cerebrales, los investigadores han identificado un tiempo de codificación de señal estable en el interior del cerebro.
"Nuestro estudio revela cómo el cerebro da sentido al tiempo a medida que se experimenta un evento", dice Cao, "esta red no codifica explícitamente el tiempo. Lo que medimos es más probable una sensación subjetiva de tiempo, que se genera por el curso de los eventos experimentados ".
Los relojes neuronales gestionan la organización del curso de nuestra experiencia en una secuencia ordenada de eventos. Esta actividad genera horas en el cerebro por tiempo subjetivo. Por lo tanto, la experiencia y la secuencia de eventos en ella son la sustancia a partir de la cual el tiempo subjetivo es generado y medido por el cerebro.
Espacio temporal y memoria en el cerebro.
"Hoy entendemos muy bien cómo nuestros cerebros perciben el espacio, mientras que nuestro conocimiento del tiempo no es tan completo", dice el profesor Moser.
“El espacio en el cerebro es relativamente fácil de explorar. Consiste en tipos de células especializadas que están aisladas para funciones específicas. Juntos forman la base del sistema ”, agregó.
En 2005, May-Britt y Edward Moser descubrieron rejillas neuronales que trazan nuestro entorno a diferentes escalas en un mapa que consiste en bloques hexagonales. En 2014, Moser compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por descubrir las células que conforman el sistema de posicionamiento en el cerebro con sus colegas y mentor John O'Keefe del University College London.
En 2007, inspirado por el descubrimiento de Moser de las matrices neurales que codifican el espacio, Albert Cao (en ese momento candidato a doctorado en el Instituto Cavley) se propuso la tarea de desentrañar los fenómenos que ocurren en la misteriosa corteza entorrinal lateral (LEC). Esta área del cerebro se encuentra cerca de la corteza entorrinal medial (MEC), donde sus líderes descubrieron redes neuronales: Moser y otros.
"Esperaba encontrar células activas clave similares que revelen la característica funcional de esta red neuronal", dice Cao. Esta tarea resultó en un largo proyecto.
“Parecía que no había un patrón en la actividad de estas células. La señal cambiaba todo el tiempo ”, dice el profesor Moser.
Y solo en los últimos años, los investigadores comenzaron a sugerir que la señal realmente cambia con el tiempo. De repente, los datos previamente grabados tenían sentido.
Esta ilustración muestra el tiempo episódico de una experiencia de esquí de 4 horas desde una montaña empinada, incluidos los eventos que influyeron en la percepción del tiempo del esquiador. La idea es que el tiempo experimentado depende de los eventos y puede percibirse más rápido o más lento que el tiempo en el reloj.Un registro de tiempo experimentado recientemente descubierto se encuentra en la corteza entorrinal lateral (LEC), marcada en verde. Cerca del LEC está el MEC, la región del cerebro responsable de la percepción espacial (no marcada en la ilustración). Al lado del MEC se encuentra el hipocampo, una estructura en la que la información de las redes de tiempo y espacio se combinan para formar recuerdos episódicos.Los derechos de imagen de NeuroscienceNews.com son propiedad de Kolbjørn Skarpnes y Rita Elmkvist Nilsen / NTNU Communication Division y Kavli Institute for Systems Neuroscience.“El tiempo es un proceso desequilibrado. Siempre es único y variable ", dice el profesor Moser," si esta red realmente codifica el tiempo, la señal debe cambiar con el tiempo para que la experiencia se registre como una memoria única ".
Avances tecnológicos
Para Moser y compañía fue suficiente descifrar la señal de una sola red neuronal para detectar cómo se codifica el espacio en la corteza entorrinal medial. El tiempo de descifrado en la corteza entorrinal lateral ha resultado ser una tarea mucho más difícil. Simplemente mirando la actividad en cientos de células, Cao y sus colegas pudieron ver que la señal codifica el tiempo.
“La actividad en estas redes neuronales está tan distribuida que el mecanismo en sí mismo probablemente reside en la estructura de las conexiones dentro de estas redes. El hecho de que puede tomar la forma de varios patrones únicos implica un alto grado de plasticidad ", dice el profesor Moser," creo que las redes distribuidas y las combinaciones de estructuras de actividad merecen especial atención en el futuro. En este trabajo, encontramos un área tan estrechamente relacionada con el tiempo de los eventos o experimentos que podría generar un campo de investigación completamente nuevo ".
Forma de tiempo
La estructura del tiempo ha sido durante mucho tiempo un tema de debate entre filósofos y físicos. ¿Qué nos puede decir el mecanismo cerebral recientemente descubierto para el tiempo episódico sobre cómo percibimos el tiempo? ¿Nuestra percepción del tiempo es lineal, como un río, o cíclica, como una rueda o una espiral? Los datos de investigación de Cavli dicen que ambos son ciertos y que una señal en una red de codificación de tiempo puede tomar muchas formas diferentes, dependiendo de la experiencia.
En 2016, el candidato a doctorado Jørgen Sugar se unió al proyecto Cavley para llevar a cabo un nuevo conjunto de experimentos que probarían la hipótesis de que la red LEC codifica el tiempo episódico. En un experimento, una rata presentó una amplia gama de experimentos y opciones de acción. Ella era libre de correr, explorar y perseguir trozos de chocolate, visitando una serie de entornos abiertos.
"La singularidad de la señal de tiempo durante este experimento sugiere que la rata tenía un muy buen registro de la secuencia de eventos durante el experimento de dos horas", dice Sugar, "pudimos usar la señal de la red de codificación de tiempo para rastrear con precisión cuándo o otro evento durante el experimento ".
En el segundo experimento, la tarea fue más estructurada, con un rango más reducido de experimentos y opciones de acción. La rata fue entrenada para perseguir trozos de chocolate girando a la izquierda o derecha en un laberinto en forma de 8.
"En esta actividad, vimos que el tiempo de codificación de la señal cambió de secuencias únicas en el tiempo a un patrón repetitivo y parcialmente superpuesto", dice Cao, "Por otro lado, la señal de tiempo se ha vuelto más precisa y predecible durante las tareas repetidas. Los datos sugieren que la rata tenía un sentido del tiempo refinado durante cada vuelta, pero un mal sentido del tiempo de una vuelta a otra y de principio a fin del experimento ".
El profesor Moser sostiene que el estudio muestra que cuando cambias la actividad en la que estás involucrado, cuando cambias el contenido de tu experiencia, en realidad cambias las señales de tiempo en el LEC y, por lo tanto, la forma en que percibes el tiempo.