Πώς ο εγκέφαλός μας βιώνει το χρόνο ανακάλυψαν ερευνητές σε νευρωνικό του δίκτυο

Egno Editorial | 5 Σεπτεμβρίου 2018

Ερευνητές στο Ινστιτούτο Kavli ανακάλυψαν δίκτυο εγκεφαλικών κυττάρων το οποίο εκφράζει την αίσθηση του χρόνου μέσα από εμπειρίες και μνήμες. Η περιοχή όπου βιώνεται ο χρόνος βρίσκεται ακριβώς δίπλα στην περιοχή που κωδικοποιεί το χώρο.

Τα ρολόγια είναι συσκευές που δημιουργήθηκαν από τους ανθρώπους για να μετρούν το χρόνο. Με κοινωνική σύμβαση, συμφωνούμε να συντονίζουμε τις δραστηριότητές μας σύμφωνα με το χρόνο του ρολογιού. Ωστόσο, ο εγκέφαλός σας δεν αντιλαμβάνεται τη χρονική διάρκεια με τις τυπικές μονάδες των λεπτών και ωρών στο ρολόι του χεριού μας. Η υπογραφή του χρόνου στις εμπειρίες μας και τις αναμνήσεις μας ανήκει σε ένα εντελώς διαφορετικό είδος χρονικότητας. Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, οι ζώντες οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, ανέπτυξαν πολλαπλά βιολογικά ρολόγια για να μας βοηθήσουν να παρακολουθούμε το χρόνο. Αυτό που διακρίνει τους ποικίλους χρονομέτρες του εγκεφάλου δεν είναι μόνο η κλίμακα του χρόνου που μετριέται, αλλά επίσης τα φαινόμενα που συντόνισαν τα νευρωνικά ρολόγια.

Ορισμένοι χρονομέτρες τίθενται από εξωτερικές διεργασίες, όπως το κιρκάδιο ρολόι που συντονίστηκε στην ανάδυση και εξαφάνιση του ημερήσιου φωτός. Αυτό το ρολόι βοηθάει τους οργανισμούς να προσαρμόζονται με τους ρυθμούς της μέρας. Άλλοι χρονομέτρες τίθενται από φαινόμενα με πιο εσωτερική προέλευση, όπως τα κύτταρα του ιπποκάμπιου χρόνου που σχηματίζουν μια, σαν ντόμινο, αλυσίδα σήματος που παρακολουθούν χρονικές διάρκειες μέχρι και 10 δευτερόλεπτα ακριβώς. Σήμερα γνωρίζουμε πολλά σχετικά με τους μηχανισμούς του εγκεφάλου για τη μέτρηση μικρών χρονικών κλιμάκων όπως τα δευτερόλεπτα. Λίγα είναι γνωστά, ωστόσο, σχετικά με τη χρονική κλίμακα που ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί για να καταγράψει τις εμπειρίες και τις μνήμες μας, οι οποίες μπορούν να διαρκούν από δευτερόλεπτα, μέχρι λεπτά ή ώρες.

Ένα νευρωνικό ρολόι για το χρόνο που βιώνεται
Ένα νευρωνικό ρολόι που παρακολουθεί το χρόνο που διαρκούν οι εμπειρίες είναι ακριβώς αυτό που ο Albert Tsao (εικόνα) και οι συνάδελφοί του στο Ινστιτούτο Kavli για Συστήματα Νευροεπιστήμης του Νορβηγικού Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας, θεωρούν ότι έχουν ανακαλύψει. Με την καταγραφή στοιχείων από έναν πληθυσμό εγκεφαλικών κυττάρων οι ερευνητές προσδιόρισαν ένα ισχυρό σήμα κωδικοποίησης χρόνου βαθιά μέσα στον εγκέφαλο. «Η μελέτη μας αποκαλύπτει πώς ο εγκέφαλος κατανοεί το χρόνο καθώς βιώνεται ένα γεγονός», αναφέρει ο Tsao στην ιστοσελίδα Gemini. «Το δίκτυο δεν κωδικοποιεί το χρόνο αναλυτικά. Αυτό που καταγράφουμε είναι μάλλον ένας υποκειμενικός χρόνος που παράγεται από την εν εξελίξει ροή της εμπειρίας».

Το δίκτυο παρέχει χρονοσημάνσεις για τα γεγονότα και παρακολουθεί τη σειρά των γεγονότων μέσα σε μια εμπειρία, αναφέρει ο καθηγητής Moser. Το νευρωνικό ρολόι λειτουργεί οργανώνοντας τη ροή των εμπειριών μας σε μια διευθετημένη σειρά γεγονότων. Η δραστηριότητα αυτή δίνει το έναυσμα στο ρολόι του εγκεφάλου για τον υποκειμενικό χρόνο. Η εμπειρία, και η αλληλουχία των γεγονότων μέσα στην εμπειρία, είναι έτσι το υλικό του οποίου ο υποκειμενικός χρόνος γεννιέται και μετριέται από τον εγκέφαλο.

Χρόνος, Χώρος και Μνήμη στον Εγκέφαλο
Όπως αναφέρει, στην ίδια ιστοσελίδα, ο καθηγητής Moser: «Σήμερα, έχουμε μια αρκετά καλή κατανόηση του τρόπου που οι εγκέφαλοί μας διαχειρίζονται το χώρο, ενώ οι γνώση του χρόνου είναι λιγότερο σαφής. Ο χώρος στον εγκέφαλο είναι σχετικά εύκολο να ερευνηθεί. Συνίσταται από εξειδικευμένους τύπους κυττάρου που είναι ειδικοί για συγκεκριμένες λειτουργίες. Μαζί συνιστούν τις λεπτομέρειες του συστήματος». Το 2005, οι May-Britt και Edvard Moser ανακάλυψαν πλέγμα κυττάρων, που χαρτογραφεί το περιβάλλον μας σε διαφορετικές κλίμακες χωρίζοντας το χώρο σε εξαγωνικές μονάδες. Το 2014, οι Mosers μοιράστηκαν το βραβείο Nobel με τον συνάδελφο και μέντορά τους John O’Keefe στο UCL (University College London) για τις ανακαλύψεις τους των κυττάρων που συνιστούν το σύστημα προσδιορισμού θέσης.

Το 2007, εμπνευσμένος από την ανακάλυψη του κυτταρικού πλέγματος χωρικής κωδικοποίησης των Mosers, ο τότε υποψήφιος διδάκτορας στο Ινστιτούτο Kavli, Albert Tsao, σχεδίασε να σπάσει τον κώδικα του τι συμβαίνει στον αινιγματικό πλευρικό ενδορινικό φλοιό (lateral entorhinal cortex ή LEC). Η περιοχή αυτή του εγκεφάλου είναι ακριβώς δίπλα στον έσω ενδορινικό φλοιό (medial entorhinal cortex ή MEC), όπου οι επιβλέποντες του Tsao, Mosers, είχαν ανακαλύψει το πλέγμα κυττάρων. «Ήλπιζα να βρω ένα παρόμοιο βασικό λειτουργικό κύτταρο που θα αποκάλυπτε τη λειτουργική ταυτότητα αυτού του νευρωνικού δικτύου», λέει ο Tsao. Η εργασία αποδείχθηκε να είναι ένα χρονοβόρο πρόγραμμα. «Δεν έμοιαζε να υπάρχει ένα μοτίβο στη δραστηριότητα αυτών των κυττάρων. Το σήμα άλλαζε συνεχώς» αναφέρει ο καθηγητής Moser.

Η απεικόνιση δείχνει τον επεισοδιακό χρόνο από την εμπειρία διαδρομής με σκι διάρκειας 4 ωρών, πάνω και κάτω σε ένα απότομο βουνό, συμπεριλαμβανομένων των γεγονότων που αλλάζουν την αντίληψη χρόνου του σκιέρ. Η νεοανακαλυφθείσα νευρωνική καταγραφή του βιωμένου χρόνου στον πλευρικό ενδορινικό φλοιό (LEC) είναι με πράσινο.

Ήταν μόνο στα δυο τελευταία χρόνια που οι ερευνητές άρχισαν να υποψιάζονται ότι το σήμα πράγματι άλλαζε με το χρόνο. Έξαφνα τα καταγεγραμμένα δεδομένα άρχισαν να αποκτούν νόημα. «Ο χρόνος είναι μια εκτός-ισορροπίας διαδικασία. Είναι πάντα μοναδικός και μεταβαλλόμενος», αναφέρει ο καθηγητής. «Εάν αυτό το δίκτυο πράγματι κωδικοποιούσε το χρόνο, το σήμα θα πρέπει να αλλάζει με το χρόνο προκειμένου να καταγράφει τις εμπειρίες ως μοναδικές αναμνήσεις». Οι Mosers χρειάστηκε μόνο να αποκωδικοποιήσουν το σήμα ενός απλού κυτταρικού πλέγματος για να ανακαλύψουν πώς κωδικοποιείται ο χώρος στον έσω ενδορινικό φλοιό. Η αποκωδικοποίηση του χρόνου στον πλευρικό ενδορινικό φλοιό αποδείχθηκε ότι είναι μια πιο περίπλοκη εργασία. Ήταν μόνο μετά από την έρευνα στην δραστηριότητα εκατοντάδων κυττάρων που ο Tsao μπόρεσε να δει ότι το σήμα κωδικοποιούσε τον χρόνο.

Το σχήμα του χρόνου
Η δομή του χρόνου υπήρξε από μακρού πεδίο αντιπαράθεσης φιλοσόφων και φυσικών. Τι μπορεί ο νεοανακαλυφθείς μηχανισμός του εγκεφάλου για τον επεισοδιακό χρόνο να μας πει σχετικά με το πώς αντιλαμβανόμαστε το χρόνο; Είναι η αντίληψη του χρόνου γραμμική μοιάζοντας με ένα ποτάμι που ρέει ή κυκλική σαν ένα τροχό ή έλικα; Τα δεδομένα από τη μελέτη του Kavli υποστηρίζουν ότι και τα δυο είναι σωστά και ότι το σήμα στο δίκτυο που κωδικοποιεί το χρόνο μπορεί να πάρει πολλές μορφές που εξαρτώνται από την εμπειρία.

Με ένα σύνολο πειραμάτων ακόμη ελέγχθηκε η υπόθεση ότι το δίκτυο LEC (πλευρικoύ ενδορινικού φλοιού) κωδικοποιούσε τον επεισοδιακό χρόνο, ελέγχοντας ευρείες και πιο στενές περιοχές εμπειριών και επιλογών δράσης. Σύμφωνα με τον καθηγητή Moser, η μελέτη δείχνει ότι αλλάζοντας τις δραστηριότητες που κάνετε, το περιεχόμενο της εμπειρίας σας, μπορείτε πραγματικά να αλλάξετε τη πορεία του χρονικού σήματος στο LEC και έτσι τον τρόπο που αντιλαμβάνεστε το χρόνο.

Πηγή: Gemini research news

Περισσότερα στη δημοσίευση: Integrating time from experience in the lateral entorhinal cortex. Nature.