Ученые выяснили, как мозг отсчитывает время: почему наши внутренние часы работают независимо друг от друга

Японские исследователи обнаружили, что разные области мозга способны одновременно отслеживать время, действуя как согласованно, так и независимо. Открытие помогает лучше понять, как нервная система оценивает продолжительность событий, предугадывает их наступление и определяет подходящий момент для действия.

Человеческий мозг способен одновременно использовать несколько механизмов отсчета времени. К такому выводу пришли ученые из Японии, изучив работу двух областей головного мозга, участвующих в восприятии коротких временных интервалов. Результаты исследования показали, что эти структуры могут обмениваться информацией, сохраняя при этом определенную самостоятельность.

Как сообщили в Институте науки Токио, специалисты сосредоточились на вторичной моторной коре и задней теменной коре. Обе области участвуют в обработке информации, необходимой для планирования движений и оценки происходящего вокруг. При этом до сих пор оставалось недостаточно ясным, насколько согласованно они отслеживают течение времени.

Мышей научили предугадывать появление награды

Чтобы разобраться в механизмах работы мозга, исследователи провели эксперимент с мышами. Животных обучили ожидать вознаграждение через чередующиеся промежутки времени — шесть и двенадцать секунд.

Постепенно мыши научились предугадывать момент появления награды. Это позволило ученым изучить, как мозг животных отслеживает временные интервалы и готовится к ожидаемому событию.

Одновременно исследователи регистрировали активность тысяч нервных клеток в двух изучаемых областях мозга. Наблюдения показали, что нейроны активируются в определенной последовательности по мере течения времени. Анализ этих сигналов позволил оценить, как каждая область отражает прошедший временной интервал.

Почему внутренние часы не всегда идут синхронно

Самым важным результатом стало обнаружение различий в работе двух областей мозга.

В некоторых случаях обе структуры одновременно демонстрировали отклонения от точной оценки времени. Такое совпадение указывает на то, что их работа может зависеть от общих процессов или сигналов.

Однако примерно вдвое чаще ошибка возникала только в одной области, тогда как другая продолжала отслеживать время независимо. Иными словами, даже тесно связанные между собой участки мозга не обязательно используют единый механизм временного отсчета.

Это наблюдение позволяет предположить, что нервная система располагает несколькими взаимодействующими системами оценки времени. Они могут обмениваться информацией и согласовывать свои действия, но при этом не теряют полностью собственной функциональной самостоятельности.

Подобная организация потенциально дает мозгу возможность параллельно решать разные задачи: оценивать продолжительность происходящего, готовиться к ожидаемым событиям и выбирать момент для движения или другого действия.

Как мозг сочетает взаимодействие и самостоятельность

Для проверки полученных результатов ученые создали компьютерную модель, состоящую из двух взаимодействующих нейронных сетей.

Моделирование показало, что даже сравнительно небольшого количества связей между такими сетями может быть достаточно для согласования их работы. При этом взаимодействие не обязательно приводит к полной синхронизации: каждая сеть способна сохранять собственную динамику.

Дополнительную роль, по предположению исследователей, могут играть медленные колебания нейронной активности, затрагивающие обе области мозга. Такие процессы потенциально помогают согласовывать работу отдельных систем, не превращая их в единый механизм.

Таким образом, мозг может поддерживать баланс между координацией и независимостью. Это важно для сложных поведенческих задач, в которых необходимо учитывать сразу несколько факторов и своевременно реагировать на изменения окружающей среды.

Что открытие означает для науки

Исследование раскрывает новые подробности того, как нервная система представляет и обрабатывает время. При этом ученые пока не утверждают, что обнаружили все механизмы, отвечающие за человеческое чувство времени: эксперимент проводился на мышах, поэтому его результаты необходимо дополнительно проверять и сопоставлять с данными исследований человека.

Тем не менее работа позволяет точнее сформулировать один из ключевых вопросов нейронауки: каким образом мозг объединяет информацию из разных областей, сохраняя возможность независимой обработки отдельных задач?

Ответ на него важен для понимания не только восприятия времени, но и процессов планирования, принятия решений и управления движениями. Дальнейшие исследования помогут установить, как именно взаимодействуют внутренние механизмы временного отсчета и какую роль каждый из них играет в поведении.

Главный вывод японских ученых заключается в том, что мозг, по-видимому, не полагается исключительно на единые внутренние часы. Вместо этого он может использовать несколько связанных между собой систем, которые способны работать согласованно, но при необходимости сохраняют относительную независимость.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что учёные восстановили мозговые ритмы у мышей с моделью болезни Альцгеймера