Pesquisadores do Instituto Norueguês de Neurociência Sistêmica. O Instituto Kavli de Neurociência de Sistemas descobriu uma rede de células cerebrais que definem nosso senso de tempo em experiências e memórias."Essa rede fornece registros de data e hora para eventos e acompanha eventos em experiências passadas", disse o professor Edvard Moser, vencedor do Prêmio Nobel e diretor do Instituto Kavli, localizado na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia. NTNU). A área do cérebro que detecta o tempo está localizada próxima à área responsável pela percepção do espaço.
Expressão de tempo
Um relógio é um dispositivo criado pela humanidade para medir o tempo. Ao concordar com um contrato social tácito, coordenamos nossas próprias atividades com o tempo a cada hora. No entanto, nosso cérebro não percebe a duração dos períodos em unidades padrão - minutos e horas, como no seu relógio de pulso. Assinaturas temporárias em nossas experiências e memórias têm características temporais completamente diferentes.
Durante a evolução, os organismos vivos, incluindo os humanos, desenvolveram vários relógios biológicos que nos ajudam a acompanhar o tempo. As diferenças entre os diferentes cronômetros no cérebro não estão apenas nas escalas de tempo que eles medem, mas também nos fenômenos aos quais o relógio neural está sintonizado. Alguns cronômetros são controlados por processos externos: por exemplo, ritmos circadianos são definidos para o nascer e o pôr do sol. Este relógio ajuda o corpo a se adaptar ao ritmo diário.
Outros cronômetros são definidos por fenômenos internos, como as células do hipocampo, que criam um sinal em cadeia, como o efeito dominó, que mede com precisão períodos de tempo de até 10 segundos. Hoje, conhecemos a maioria dos mecanismos cerebrais usados para medir o tempo em pequena escala (por exemplo, em segundos). Por outro lado, pouco se sabe sobre a linha do tempo que o cérebro usa para registrar nossas experiências e memórias, que podem durar de alguns segundos a minutos e horas.
Relógio neural para um tempo experiente
O relógio neural que rastreia o tempo à medida que você experimenta é exatamente o que foi descoberto, de acordo com Albert Tsao e seus colegas do Instituto Cavley de Neurociência Sistêmica da NTNU.
Ao registrar a atividade de uma população de células cerebrais, os pesquisadores identificaram um tempo estável de codificação do sinal nas profundezas do cérebro.
“Nosso estudo revela como o cérebro dá sentido ao tempo à medida que um evento é vivenciado”, diz Cao, “essa rede não codifica explicitamente o tempo. O que medimos é provavelmente uma sensação subjetiva de tempo, gerada pelo curso de eventos experimentados ".
Os relógios neurais gerenciam a organização do curso de nossa experiência em uma sequência ordenada de eventos. Essa atividade gera horas no cérebro por tempo subjetivo. Assim, a experiência e a sequência de eventos nela são a substância a partir da qual o tempo subjetivo é gerado e medido pelo cérebro.
Espaço e memória temporários no cérebro
"Hoje temos um entendimento muito bom de como nossos cérebros percebem o espaço, enquanto nosso conhecimento do tempo não é tão completo", diz o professor Moser.
“O espaço no cérebro é relativamente fácil de explorar. Consiste em tipos de células especializados que são isolados para funções específicas. Juntos, eles formam a base do sistema ”, acrescentou.
Em 2005, May-Britt e Edward Moser descobriram grades neurais que plotam nosso ambiente em diferentes escalas em um mapa que consiste em blocos hexagonais. Em 2014, Moser compartilhou o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina pela descoberta das células que compõem o sistema de posicionamento no cérebro com seus colegas e mentor John O'Keefe, da University College London.
Em 2007, inspirado na descoberta de Moser de matrizes neurais que codificam o espaço, Albert Cao (na época candidato a doutorado no Instituto Cavley) se encarregou de desvendar os fenômenos que ocorrem no misterioso córtex entorrinal lateral (LEC). Essa área do cérebro está localizada perto do córtex entorrinal medial (MEC), onde as redes neurais foram descobertas por seus líderes - Moser e outros.
"Eu esperava encontrar células-chave ativas semelhantes que revelassem o recurso funcional dessa rede neural", diz Cao. Essa tarefa resultou em um projeto longo.
“Parecia que não havia padrão na atividade dessas células. O sinal mudava o tempo todo ”, diz o professor Moser.
E apenas nos últimos dois anos, os pesquisadores começaram a sugerir que o sinal realmente muda com o tempo. De repente, os dados gravados anteriormente fizeram sentido.
Esta ilustração mostra o tempo episódico de uma experiência de esqui de 4 horas de uma montanha íngreme, incluindo eventos que influenciaram a percepção do tempo do esquiador. A ideia é que o tempo experimentado dependa dos eventos e possa ser percebido mais rápido ou mais lentamente que o tempo no relógio.Um registro recentemente descoberto de tempo experiente está no córtex entorrinal lateral (LEC), marcado em verde. Perto do LEC está o MEC, a região do cérebro responsável pela percepção espacial (não marcada na ilustração). Ao lado do MEC está o hipocampo, uma estrutura na qual as informações das redes de tempo e espaço são combinadas para formar memórias episódicas.Os direitos de imagem do NeuroscienceNews.com são de propriedade de Kolbjørn Skarpnes e Rita Elmkvist Nilsen / Divisão de Comunicação da NTNU e do Kavli Institute for Systems Neuroscience.“O tempo é um processo desequilibrado. É sempre único e variável ”, diz o professor Moser,“ se essa rede realmente codifica o tempo, o sinal deve mudar ao longo do tempo para que a experiência seja registrada como uma memória única ”.
Avanços tecnológicos
Foi o suficiente para Moser e companhia descriptografar o sinal de apenas uma rede neural para detectar como o espaço é codificado no córtex entorrinal medial. O tempo de decifração no córtex entorrinal lateral provou ser uma tarefa muito mais difícil. Observando a atividade em centenas de células, Cao e seus colegas conseguiram ver que o sinal codifica o tempo.
“A atividade nessas redes neurais é tão distribuída que o próprio mecanismo provavelmente está na estrutura das conexões dentro dessas redes. O fato de poder assumir a forma de vários padrões únicos implica um alto grau de plasticidade ", diz o professor Moser," acredito que redes distribuídas e combinações de estruturas de atividades merecem atenção especial no futuro. Neste trabalho, encontramos uma área tão intimamente relacionada ao tempo dos eventos ou experimentos que poderia gerar um campo totalmente novo de pesquisa. ”
Formulário de horário
A estrutura do tempo tem sido um tema de debate entre filósofos e físicos. O que o mecanismo cerebral recentemente descoberto para o tempo episódico nos diz sobre como percebemos o tempo? Nossa percepção do tempo é linear, como um rio, ou cíclica, como uma roda ou uma espiral? Os dados de pesquisa de Cavli afirmam que ambos são verdadeiros e que um sinal em uma rede de codificação de tempo pode assumir muitas formas diferentes, dependendo da experiência.
Em 2016, o candidato a doutorado Jørgen Sugar se juntou ao projeto Cavley para conduzir um novo conjunto de experimentos que testariam a hipótese de que a rede LEC codifica o tempo episódico. Em um experimento, um rato apresentou uma ampla gama de experimentos e opções de ação. Ela estava livre para correr, explorar e perseguir pedaços de chocolate, visitando uma série de ambientes abertos.
"A singularidade do sinal de tempo durante este experimento sugere que o rato teve um registro muito bom da sequência de eventos de tempo e tempo durante o experimento de duas horas", diz Sugar: "Conseguimos usar o sinal da rede de codificação de tempo para rastrear com precisão quando ou outro evento durante o experimento ".
No segundo experimento, a tarefa foi mais estruturada, com um leque mais restrito de experimentos e opções de ação. O rato foi treinado para perseguir pedaços de chocolate virando para a esquerda ou direita em um labirinto em forma de 8.
“Nesta atividade, vimos que o tempo de codificação do sinal mudou de seqüências únicas no tempo para um padrão repetitivo e parcialmente sobreposto”, diz Cao, “por outro lado, o sinal de tempo se tornou mais preciso e previsível durante tarefas repetidas. Os dados sugerem que o rato teve um senso de tempo refinado durante cada volta, mas um senso de tempo ruim de volta para volta e do começo ao fim do experimento. ”
O professor Moser argumenta que o estudo mostra que, quando você altera a atividade em que está envolvido, quando altera o conteúdo de sua experiência, na verdade altera os sinais de tempo no LEC e, portanto, a maneira como percebe o tempo.