Para peneliti dari Institut Neurosains Sistemik Norwegia. Kavli Institute (Institut Kavli untuk Sistem Neuroscience) menemukan jaringan sel otak yang menentukan indera waktu kita dalam pengalaman dan ingatan."Jaringan ini menyediakan stempel waktu untuk acara dan melacak peristiwa dalam pengalaman masa lalu," kata Prof. Edvard Moser, pemenang Hadiah Nobel dan direktur Institut Kavli, yang terletak di Universitas Sains dan Teknologi Norwegia. , NTNU). Area otak yang merasakan waktu terletak di dekat area yang bertanggung jawab atas persepsi ruang.
Ekspresi waktu
Jam tangan adalah alat yang dibuat oleh manusia untuk mengukur waktu. Dengan menyetujui kontrak sosial diam-diam, kami mengoordinasikan kegiatan kami sendiri dengan waktu per jam. Namun, otak kita tidak melihat durasi periode waktu dalam satuan standar - menit dan jam, seperti pada jam tangan Anda. Tanda tangan sementara dalam pengalaman dan ingatan kita memiliki karakteristik temporal yang sama sekali berbeda.
Selama evolusi, organisme hidup, termasuk manusia, telah mengembangkan beberapa jam biologis yang membantu kita melacak waktu. Perbedaan antara kronometer yang berbeda di otak tidak hanya terletak pada skala waktu yang mereka ukur, tetapi juga dalam fenomena yang diatur oleh jam saraf. Beberapa kronometer dikendalikan oleh proses eksternal: misalnya, ritme sirkadian ditetapkan untuk matahari terbit dan terbenam. Jam tangan ini membantu tubuh beradaptasi dengan ritme harian.
Kronometer lain diatur oleh fenomena internal, seperti sel hippocampal, yang menciptakan sinyal berantai, seperti efek domino, yang secara akurat mengukur periode waktu hingga 10 detik. Hari ini, kita tahu sebagian besar mekanisme otak yang digunakan untuk mengukur waktu dalam skala kecil (misalnya, dalam hitungan detik). Sebaliknya, sedikit yang diketahui tentang timeline yang digunakan otak untuk merekam pengalaman dan ingatan kita, yang dapat berlangsung dari beberapa detik hingga menit dan jam.
Jam saraf untuk waktu yang berpengalaman
Jam saraf yang melacak waktu seperti yang Anda alami adalah persis apa yang ditemukan, menurut Albert Tsao dan rekan-rekannya di Cavley Institute of Systemic Neuroscience di NTNU.
Dengan merekam aktivitas populasi sel-sel otak, para peneliti telah mengidentifikasi waktu penyandian sinyal yang stabil jauh di dalam otak.
“Studi kami mengungkapkan bagaimana otak memberi makna pada waktu ketika suatu peristiwa dialami,” kata Cao, “Jaringan ini tidak secara eksplisit menyandikan waktu. Apa yang kita ukur lebih cenderung sensasi subyektif waktu, yang dihasilkan oleh perjalanan peristiwa yang berpengalaman. "
Jam neural mengelola pengaturan perjalanan pengalaman kami dalam urutan kejadian yang terurut. Aktivitas ini menghasilkan berjam-jam di otak untuk waktu subyektif. Dengan demikian, pengalaman dan urutan peristiwa di dalamnya adalah zat yang darinya waktu subyektif dihasilkan dan diukur oleh otak.
Ruang sementara dan memori di otak
"Hari ini kita memiliki pemahaman yang cukup bagus tentang bagaimana otak kita memandang ruang, sementara pengetahuan kita tentang waktu tidak begitu lengkap," kata Profesor Moser.
“Ruang di otak relatif mudah dijelajahi. Ini terdiri dari jenis sel khusus yang diisolasi untuk fungsi tertentu. Bersama-sama mereka membentuk dasar dari sistem, "tambahnya.
Pada tahun 2005, May-Britt dan Edward Moser menemukan kisi saraf yang memplot lingkungan kita pada skala yang berbeda pada peta yang terdiri dari blok heksagonal. Pada 2014, Moser berbagi Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran untuk menemukan sel-sel yang membentuk sistem pemosisian di otak dengan rekan-rekannya dan mentor John O'Keefe dari University College London.
Pada tahun 2007, terinspirasi oleh penemuan Moser tentang ruang pengkodean susunan saraf, Albert Cao (pada waktu itu kandidat PhD di Cavley Institute) mengatur sendiri tugas mengungkap fenomena yang terjadi di korteks entorhinal lateral misterius (LEC). Area otak ini terletak di dekat medial entorhinal cortex (MEC), tempat kisi-kisi saraf ditemukan oleh para pemimpinnya - Moser dan yang lainnya.
"Saya berharap menemukan sel aktif kunci yang serupa yang akan mengungkapkan fitur fungsional dari jaringan saraf ini," kata Cao. Tugas ini menghasilkan proyek yang panjang.
“Tampaknya tidak ada pola dalam aktivitas sel-sel ini. Sinyal berubah sepanjang waktu, ”kata Profesor Moser.
Dan hanya dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti mulai menyarankan bahwa sinyal benar-benar berubah seiring waktu. Tiba-tiba, data yang direkam sebelumnya masuk akal.
Ilustrasi ini menunjukkan waktu episodik dari pengalaman ski 4 jam dari gunung yang curam, termasuk peristiwa yang memengaruhi persepsi pemain ski tentang waktu. Idenya adalah bahwa waktu yang dialami tergantung pada peristiwa dan dapat dirasakan lebih cepat atau lebih lambat daripada waktu di jam.Catatan waktu pengalaman yang baru ditemukan adalah di lateral entorhinal cortex (LEC), ditandai dengan warna hijau. Di dekat LEC adalah MEC, wilayah otak yang bertanggung jawab untuk persepsi spasial (tidak ditandai dalam ilustrasi). Di sebelah MEC adalah hippocampus, sebuah struktur di mana informasi dari jaringan waktu dan ruang digabungkan untuk membentuk ingatan episodik.Hak gambar dari NeuroscienceNews.com dimiliki oleh Kolbjørn Skarpnes & Rita Elmkvist Nilsen / Divisi Komunikasi NTNU & Institut Kavli untuk Sistem Neuroscience.“Waktu adalah proses yang tidak seimbang. Itu selalu unik dan variabel, "kata Profesor Moser," Jika jaringan ini benar-benar mengkodekan waktu, sinyal harus berubah dari waktu ke waktu sehingga pengalaman dicatat sebagai memori unik. "
Kemajuan teknologi
Sudah cukup bagi Moser dan kawan-kawan untuk mendekripsi sinyal dari hanya satu kisi saraf untuk menemukan bagaimana ruang dikodekan dalam medial entorhinal cortex. Menguraikan waktu di korteks entorhinal lateral terbukti menjadi tugas yang jauh lebih sulit. Hanya dengan melihat aktivitas dalam ratusan sel, Cao dan rekan-rekannya dapat melihat bahwa sinyal menyandikan waktu.
“Aktivitas dalam jaringan saraf ini sangat terdistribusi sehingga mekanisme itu sendiri mungkin terletak pada struktur koneksi dalam jaringan ini. Fakta bahwa ia dapat mengambil bentuk berbagai pola unik menyiratkan tingkat plastisitas yang tinggi, "kata Profesor Moser," Saya percaya bahwa jaringan yang terdistribusi dan kombinasi struktur aktivitas patut mendapat perhatian khusus di masa depan. Dalam karya ini, kami menemukan area yang sangat terkait dengan waktu peristiwa atau eksperimen sehingga dapat memunculkan bidang penelitian yang sama sekali baru. ”
Bentuk waktu
Struktur waktu telah lama menjadi topik perdebatan di antara para filsuf dan fisikawan. Apa yang bisa diketahui oleh mekanisme otak yang baru ditemukan untuk waktu episodik tentang bagaimana kita mempersepsikan waktu? Apakah persepsi kita tentang waktu linier, seperti sungai, atau siklik, seperti roda atau spiral? Data penelitian dari Cavli mengatakan bahwa keduanya benar, dan bahwa sinyal dalam jaringan pengkode waktu dapat mengambil berbagai bentuk, tergantung pada pengalaman.
Pada 2016, kandidat PhD Jørgen Sugar bergabung dengan proyek Cavley untuk melakukan serangkaian eksperimen baru yang akan menguji hipotesis bahwa jaringan LEC mengkodekan waktu episodik. Dalam satu percobaan, tikus menyajikan berbagai eksperimen dan opsi untuk tindakan. Dia bebas berlari, menjelajahi, dan mengejar potongan cokelat, mengunjungi serangkaian lingkungan terbuka.
“Keunikan sinyal waktu selama percobaan ini menunjukkan bahwa tikus memiliki catatan waktu dan urutan waktu peristiwa yang sangat baik selama percobaan dua jam,” kata Sugar, “Kami dapat menggunakan sinyal dari jaringan pengode waktu untuk secara akurat melacak kapan atau acara lain selama percobaan. "
Dalam percobaan kedua, tugas lebih terstruktur, dengan rentang eksperimen yang lebih sempit dan opsi untuk tindakan. Tikus itu dilatih untuk mengejar potongan-potongan cokelat dengan berbelok ke kiri atau ke kanan dalam labirin berbentuk 8.
“Dalam kegiatan ini, kami melihat bahwa waktu pengkodean sinyal berubah dari urutan unik dalam waktu ke pola berulang dan sebagian tumpang tindih,” kata Cao, “Di sisi lain, sinyal waktu menjadi lebih akurat dan dapat diprediksi selama tugas berulang. Data menunjukkan bahwa tikus memiliki indera waktu yang halus selama setiap putaran, tetapi rasa waktu yang buruk dari putaran ke putaran dan dari awal hingga akhir percobaan. ”
Profesor Moser berpendapat bahwa penelitian ini menunjukkan bahwa ketika Anda mengubah aktivitas di mana Anda terlibat, ketika Anda mengubah konten pengalaman Anda, Anda benar-benar mengubah sinyal waktu dalam LEC, dan dengan demikian cara Anda memandang waktu.