Человеческий мозг обрабатывает течение времени в три различных этапа.

Недавнее исследование, посвященное картированию человеческого мозга, показало, что наше восприятие времени происходит не мгновенно, а разворачивается в ходе ряда отдельных этапов физической обработки. По мере того, как визуальная информация передается из задней части мозга в переднюю, различные группы нейронов обрабатывают определенные части процесса определения времени, в конечном итоге формируя наше субъективное восприятие продолжительности события. Эти результаты были опубликованы в журнале PLOS Biology.

В течение десятилетий исследователи картировали обширную сеть областей мозга, которые активируются, когда люди оценивают прошедшее время. Исследования с участием животных и людей показали, что определенные группы нейронов реагируют на определенные промежутки времени.

Эти специализированные клетки часто располагаются в виде топографических карт по всему мозгу. На этих картах нейроны, предпочитающие схожие промежутки времени, физически расположены близко друг к другу на складчатом внешнем слое мозга, известном как кора головного мозга.

Несмотря на то, что местоположение этих областей, отвечающих за восприятие времени, известно, исследователям все еще трудно понять, как именно они взаимодействуют. До сих пор оставалось неясным, как физическая характеристика, такая как длительность вспышки света, преобразуется в абстрактное ощущение течения времени.

Чтобы собрать воедино эту загадку, нейробиолог Валерия Чентанино и ее коллеги Джанфранко Фортунато и Доменика Буэти из Международной школы перспективных исследований в Италии провели исследование с использованием методов нейровизуализации. Они хотели отследить, как изменяются свойства нейронов, отслеживающих время, по мере того, как сигналы проходят через мозг.

Исследователи привлекли тринадцать здоровых добровольцев для выполнения задания по визуальной категоризации. Сначала участников обучили запоминать определенную эталонную длительность в полсекунды, которую они использовали в качестве мысленного ориентира.

Во время основного эксперимента добровольцы наблюдали за серией размытых, мерцающих кругов, появляющихся на экране. Каждый круг оставался на экране в течение случайного промежутка времени, от двух десятых секунды до восьми десятых секунды.

После исчезновения каждого круга участники нажимали кнопку, чтобы указать, была ли фигура видна дольше или короче, чем их внутренний эталон. Пока добровольцы выполняли это задание, исследователи записывали активность их мозга с помощью магнитно-резонансного томографа сверхвысокого поля.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это технология, измеряющая активность мозга путем обнаружения изменений кровотока. Когда определенная область мозга работает интенсивнее, ей требуется больше кислорода, и сканер отслеживает приток богатой кислородом крови к этой области.

Сканер, использованный в этом исследовании, работает при напряженности магнитного поля в 7Т. Это намного сильнее, чем у стандартных больничных сканеров, что позволяет команде получать высокодетализированные изображения поверхности мозга.

С помощью этих детализированных изображений Сентанино и ее команда смоделировали поведение отдельных популяций нейронов. Они искали унимодальную настройку, которая происходит, когда группа клеток мозга наиболее сильно реагирует на один конкретный стимул и менее сильно на все остальное.

Исследователи обнаружили, что способ настройки нейронов на время меняется в зависимости от их расположения в мозге. Они выделили три различных этапа обработки, которые формируют иерархию восприятия времени.

Первый этап происходит в затылочных зрительных областях, расположенных в задней части головы, где мозг впервые обрабатывает зрительную информацию. Здесь нейроны действовали как простые таймеры, собирающие сенсорную информацию от глаз.

В этих зрительных областях клетки мозга демонстрировали явное предпочтение наиболее длительным временным промежуткам. Их активность неуклонно возрастала по мере того, как фигура оставалась на экране, кодируя физическую продолжительность визуального события.

Второй этап происходит в теменной и премоторной областях, расположенных в верхней и средней части мозга. В этих областях исследователи наблюдали полную топографическую карту времени.

Нейроны в этих средних областях были настроены на весь диапазон представленных временных промежутков. Некоторые группы клеток реагировали только на короткие вспышки, в то время как другие реагировали только на средние или длительные появления.

Эти специализированные клетки были аккуратно организованы в кластеры на основе предпочитаемых ими временных промежутков. Это предполагает, что теменная и премоторная области отвечают за считывание конкретной продолжительности визуального события, позволяя мозгу точно отслеживать, сколько времени только что прошло.

Заключительный этап происходит в лобных областях мозга, включая переднюю часть островковой коры и ростральную дополнительную моторную область. Эти области активно участвуют в сложном мышлении, принятии решений и самосознании.

В этих лобных областях нейроны не представляли полный диапазон времени. Вместо этого они демонстрировали явное предпочтение середине временного диапазона, которая была близка к запомненной участниками полусекундной эталонной длительности.

Это центральное предпочтение представляло собой границу, которую участники использовали для определения того, короткая или длинная продолжительность. Отслеживая точное время, когда участники меняли свои ответы с «короче» на «длиннее», исследователи рассчитали уникальную субъективную границу каждого человека.

Активность в этих лобных областях идеально совпадала с этими субъективными границами. Это указывает на то, что лобные области берут исходное измерение времени и превращают его в личную, абстрактную категоризацию.

«Наши результаты показывают, что восприятие времени — это не единый процесс, а результат множества этапов обработки, распределенных по всей коре головного мозга», — пишут авторы. «Каждый этап вносит свой вклад по-разному, от кодирования физической длительности до построения субъективного опыта времени».

Для интерпретации данных сканирования мозга исследовательская группа использовала математический подход, называемый моделированием рецептивных полей популяции. Этот метод позволил им точно определить временные предпочтения нейронов в крошечных участках мозга.

Составляя карты этих предпочтений, команда смогла точно определить, какие складки мозга содержат нейроны, настроенные на короткие моменты времени, а какие — на более длительные промежутки. Они также оценили, как эти предпочтения физически группируются вместе.

В зрительных областях в задней части мозга физическая кластеризация чувствительных ко времени клеток была относительно слабой. Однако в теменной и лобной областях нейроны с одинаковыми временными предпочтениями были сгруппированы очень плотно.

Эта плотная группировка подразумевает, что организация времени в структурированные карты становится более важной по мере того, как мозг переходит от простого восприятия события к принятию решения о нем. Мозг физически структурирует свои клетки, чтобы справляться с требованиями категоризации информации.

Кроме того, исследователи заметили разницу между левой и правой сторонами мозга в моторных областях, которые контролируют физические движения. Поскольку участники использовали правые руки для нажатия кнопок ответа, моторные области в левом полушарии демонстрировали различные паттерны активности.

Эти двигательные области неизменно демонстрировали предпочтение как можно более коротким промежуткам времени. Исследователи предполагают, что это было побочным продуктом подготовки мозга к совершению физического движения сразу после появления фигуры, а не истинным измерением прошедшего времени.

Еще одна удивительная деталь обнаружилась в дополнительной моторной области — части мозга, расположенной ближе к макушке и отвечающей за планирование движений. Исследователи выявили четкое разделение в том, как передняя и задняя части этой области обрабатывают время.

Задняя половина дополнительной моторной области содержала клетки, настроенные на весь диапазон длительностей, считывая время подобно секундомеру. Передняя половина содержала граничные клетки, которые помогали классифицировать время как короткое или длинное.

Это разделение в пределах одной области мозга ранее наблюдалось в исследованиях на животных. Обнаружение этого явления у людей предполагает, что эта конкретная область может действовать как центральный узел, где интегрируются фактическое и субъективное время.

Хотя это исследование с использованием методов нейровизуализации дает подробную карту визуального восприятия времени, оно имеет несколько ограничений. Исследование полностью сосредоточилось на коре головного мозга, которая представляет собой складчатый внешний слой мозга.

Команда не измеряла активность в более глубоких структурах мозга или мозжечке, которые также, как известно, играют роль в обработке времени. В будущих исследованиях необходимо будет изучить эти более глубокие области, чтобы увидеть, как они взаимодействуют с кортикальными картами.

Эксперимент также ограничивался визуальным восприятием времени. Остается открытым вопрос, использует ли мозг тот же самый путь для обработки длительности звуков или физических прикосновений.

Для полного понимания нейронов, определяющих границы в лобной доле, исследователи предлагают провести эксперименты, проверяющие несколько различных эталонных длительностей. Это позволило бы выявить, меняют ли клетки, определяющие границы, свои предпочтения физически при изменении правил задачи.

Несмотря на эти ограничения, исследование дает более ясное представление о том, как простая вспышка света превращается в осознанное восприятие времени. Оно показывает, что наше чувство времени — это результат совместной работы нейронов, передаваемой по специализированной "конвейерной линии" в мозге.

Источник: https://www.psypost.org/the-human-brain-processes-the-passage-of-time-across-three-distinct-stages/

Само исследование: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003704