大脑对时间的感觉

挪威系统神经科学研究所的研究人员。 卡夫里研究所(Kavli Systems Neuroscience)发现了一个脑细胞网络,该网络决定了我们在经历和记忆中的时间感。

“该网络为事件提供了时间戳,并跟踪过去的事件,”诺贝尔奖获得者,挪威科技大学Kavli研究所所长爱德华·摩泽尔教授说。 ,NTNU)。 感知时间的大脑区域靠近负责感知空间的区域。

时间表达


手表是人类创造的用于测量时间的设备。 通过达成默契的社会契约,我们可以按小时协调自己的活动。 但是,我们的大脑无法像手表那样以标准单位-分钟和小时来感知持续时间。 我们的经历和记忆中的临时签名具有完全不同的时间特征。

在进化过程中,包括人类在内的活生物体已开发出多种生物钟,可帮助我们跟踪时间。 大脑中不同天文钟之间的差异不仅在于它们测量的时标上,还在于神经钟被调谐到的现象。 某些天文钟由外部程序控制:例如,为日出和日落设定昼夜节律。 这款手表有助于身体适应日常节律。

其他天文钟是由内部现象设定的,例如海马细胞,它会产生连锁信号,例如多米诺骨牌效应,它可以精确地测量长达10秒的时间。 今天,我们知道大多数用于小规模(例如,以秒为单位)测量时间的大脑机制。 相比之下,人们对大脑用来记录我们的经历和记忆的时间安排知之甚少,该过程可能持续几秒钟到几分钟甚至几小时不等。

神经时钟提供丰富的时间


NTNU的Cavley系统神经科学研究所的Albert Tsao和他的同事说,根据您的体验跟踪时间的神经钟正是被发现的。

通过记录大脑细胞群体的活动,研究人员已经确定了在大脑深处编码时间的稳定信号。

曹说:“我们的研究揭示了大脑是如何随着事件的发生而赋予时间意义的。该网络并未明确编码时间。 我们衡量的可能是时间的主观感觉,这是由经历的事件过程产生的。”

神经钟按有序的事件顺序管理我们的经验过程。 这种活动会在主观时间内在大脑中产生数小时。 因此,经验和其中的事件顺序是大脑产生和测量主观时间的实质。

大脑中的临时空间和记忆


莫瑟教授说:“今天,我们对大脑如何感知空间有了很好的了解,而对时间的了解还不那么完整。”

“大脑中的空间相对容易探索。 它由为特定功能隔离的专用单元格类型组成。 他补充说,它们共同构成了系统的基础。

2005年,May-Britt和Edward Moser发现了神经光栅,可以在由六边形块组成的地图上以不同比例绘制我们的环境。 2014年,Moser与他的同事和伦敦大学学院的导师John O'Keefe共同发现了构成大脑定位系统的细胞,从而获得了诺贝尔生理学或医学奖。

2007年,在Moser发现编码空间的神经阵列的启发下,Albert Cao(当时在Cavley研究所获得博士学位)将自己的任务设定为揭开神秘的外侧内嗅皮层(LEC)中发生的现象。 大脑的这个区域位于内侧内嗅皮层(MEC)附近,其领导者Moser等人发现了神经格子。

曹说:“我希望找到能够揭示该神经网络功能特征的相似关键活动细胞。” 这项任务导致了一个漫长的项目。

“这些细胞的活性似乎没有规律。 信号一直在变化,” Moser教授说。

仅在最近几年,研究人员才开始建议信号实际上会随时间而变化。 突然之间,先前记录的数据变得有意义。

图片
此图显示了从陡峭的高山进行4个小时的滑雪经历后的间歇时间,其中包括影响滑雪者对时间的感知的事件。 想法是所经历的时间取决于事件,并且可以比时钟上的时间更快或更慢地感知。

最近发现的经历时间记录在外侧内嗅皮层(LEC)中,标记为绿色。 LEC附近是MEC,即负责空间感知的大脑区域(图中未标记)。 紧随MEC的是海马体,其结构将时空网络中的信息结合起来,形成了情景记忆。

NeuroscienceNews.com的图像版权归KolbjørnSkarpnes和Rita Elmkvist Nilsen / NTNU传播部及Kavli系统神经科学研究所所有。

“时间是一个不平衡的过程。 莫瑟教授说,它总是唯一且可变的。如果这个网络真正对时间进行编码,则信号必须随时间变化,以便将体验记录为唯一的记忆。”

技术进步


Moser和他的公司仅解密来自一个神经格的信号就足够了,以检测内侧内嗅皮层中空间的编码方式。 事实证明,在外侧内嗅皮层中解密时间是一项艰巨的任务。 仅查看数百个细胞中的活动,曹和他的同事就能看到信号编码时间。

这些神经网络中的活动是如此分散,以至于机制本身可能在于这些网络中的连接结构。 Moser教授说:“它可以采取各种独特模式的形式,这意味着高度的可塑性。我相信,分布式网络和活动结构的组合在将来值得特别关注。 在这项工作中,我们发现了一个与事件或实验时间密切相关的领域,从而可能催生了一个全新的研究领域。”

时间形式


时间的结构长期以来一直是哲学家和物理学家之间争论的话题。 最近发现的关于情节性时间的大脑机制能告诉我们我们如何感知时间? 我们对时间的感知是线性的,如河流,还是周期性的,如车轮或螺旋形? 来自Cavli的研究数据说,两者都是正确的,并且时间编码网络中的信号可以根据经验采用多种不同的形式。

2016年,博士候选人JørgenSugar加入了Cavley项目,进行了一组新的实验,以检验LEC网络编码情景时间的假设。 在一个实验中,一只老鼠提出了各种各样的实验和作用选择。 她可以自由运行,探索和追逐巧克力块,并参观了一系列开放环境。

糖说:“该实验中时间信号的独特性表明,该大鼠在两个小时的实验中记录了事件的时间和时间顺序,非常好。”实验过程中的另一个事件。”

在第二个实验中,任务更加结构化,实验范围和行动选项更窄。 训练大鼠通过在8形迷宫中向左或向右转动来追逐巧克力块。

曹说:“在本次活动中,我们看到信号的编码时间从唯一的时间序列变成了重复且部分重叠的模式,另一方面,时间信号在重复的任务中变得更加准确和可预测。 数据表明,大鼠在每一圈中都有精细的时间感,但是从一圈到另一圈以及从实验开始到结束的时间感都较差。

摩泽尔教授认为,这项研究表明,当您改变参与的活动,改变体验的内容时,实际上是在LEC中改变了时间信号,从而改变了您感知时间的方式。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN422743/


All Articles