У мозга нет единого восприятия времени, выяснили ученые

Долгое время ученые считали, что в мозге существует один главный центр, отвечающий за чувство времени. Однако новейшие данные показывают, что восприятие длительности тех или иных процессов регулируется целой сетью участков мозга. Оказалось, что две области коры, отвечающие за планирование движений и восприятие ощущений, могут синхронизировать свое внутреннее временя или действовать независимо друг от друга, переключаясь между этими режимами в зависимости от текущей задачи. Открытие может быть использовано для разработки новых методик диагностики шизофрения или болезни  Паркинсона. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Что показал эксперимент на мышах

Чтобы выяснить, как именно устроены «биологические часы» мозга, японские нейрофизиологи из Токийского института науки обучили мышей ожидать каплю воды через чередующиеся интервалы в 6 и 12 секунд. Животные начинали облизываться в предвкушении награды точно перед падением капли. С помощью кальциевого имиджинга — технологии, позволяющей отслеживать активность нейронов в режиме реального времени, — исследователи наблюдали за клетками мозга в моторной коре и задней теменной коре грызунов.

В обеих зонах нейроны возбуждались последовательно. На протяжении всего исследованного интервала клетки активизировались одна за другой в разные моменты времени. Именно так нейронные цепи отмеряют прошедшее время. Ученые оценили, насколько точно каждая область мозга воспринимает время, и заметили два типа ошибок. Иногда счет времени терял только один участок мозга, иногда ошибались оба. Первый тип ошибок исследователи обозначили как независимые ошибки, второй — как когерентные.

Как разные отделы мозга воспринимают время

Соотношение независимых и когерентных ошибок составляло примерно 2:1 у всех мышей, что говорит о том, что исследованные участки мозга не были ни жестко связаны между собой, ни полностью автономны. Чтобы выяснить, как устроено взаимодействие моторной и задней теменной коры, ученые создали две компьютерные модели, имитирующие их работу.

Две нейросети — по одной на каждый отдел мозга — были соединены лишь тысячными долями от всех возможных связей, а также медленным фоновым сигналом, воспроизводящим реальную активность мозга. Слабые контакты помогали синхронизации, а общий фоновый шум не давал сетям стать полностью идентичными. Именно эта комбинация дала то же соотношение ошибок, что и у крыс: 2:1.

Понимание того, как здоровый мозг удерживает баланс между синхронизацией и автономией отделов, поможет в изучении неврологических и психических расстройств, характеризующихся нарушением координации различных зон мозга. Кроме того, инженеры могут использовать открытый исследователями принцип работы мозга для создания более устойчивых и систем искусственного интеллекта.