Cum percepem timpul?

Șobolanii ne ajută să înțelegem

La fel cum cosmosul deformează timpul, circuitele noastre neuronale pot întinde și comprima propria noastră experiență a timpului. Explicând experiența subiectivă a timpului pe care a studiat-o pentru a-și scrie teoria relativității, Albert Einstein a spus: „Pune-ți mâna pe un aragaz încins timp de un minut și ți se pare că a trecut o oră. Stai cu o fată drăguță timp de o oră, și ți se pare că a trecut un minut”. În cadrul unei noi cercetări efectuate în cadrul Laboratorului de învățare al Champalimaud Research din Lisabona, Portugalia, care a fost publicată în revista Nature Neuroscience sub titlul „Utilizarea temperaturii pentru a analiza baza neuronală a unei decizii bazate pe timp”, oamenii de știință au încetinit sau accelerat în mod artificial modelele de activitate neuronală la șobolani. Acest lucru a deformat judecata lor asupra duratei timpului și a oferit cea mai convingătoare dovadă cauzală de până acum a modului în care ceasornicăria internă a creierului ghidează comportamentul. Judy Siegel-Itzkovich, reporter pentru sănătate și știință la The Jerusalem Post, explică derularea acestei cercetări și concluziile acesteia: „Spre deosebire de ceasurile circadiene care ne guvernează ritmurile biologice de 24 de ore și care ne modelează viața de zi cu zi, de la ciclurile de somn și trezire până la metabolism, se știe mult mai puțin despre modul în care organismul măsoară timpul la scară de secunde și minute. Studiul s-a axat tocmai pe această scală de timp de la secunde la minute, la care se desfășoară o mare parte din comportamentul nostru, fie că așteptați la semafor sau jucați o partidă de tenis.

Spre deosebire de ticăitul exact al ceasului centralizat al unui computer, creierul nostru menține o noțiune descentralizată și flexibilă a timpului, despre care se crede că este modelată de dinamica rețelelor neuronale dispersate în creier. În această ipoteză a „ceasului populației”, creierul nostru păstrează timpul bazându-se pe tipare coerente de activitate care evoluează în grupuri de neuroni în timpul comportamentului.”

Neurologul Joe Paton, autorul principal al studiului, a comparat acest lucru cu aruncarea unei pietre într-un iaz. „De fiecare dată când o piatră este aruncată, aceasta creează valuri care radiază spre exterior pe suprafață într-un model repetabil. Examinând modelele și pozițiile acestor ondulații, se poate deduce când și unde a fost aruncată piatra în apă. La fel cum viteza cu care se mișcă undele poate varia, ritmul în care aceste modele de activitate progresează în populațiile neuronale poate, de asemenea, să se schimbe. Laboratorul nostru a fost unul dintre primii care a demonstrat o corelație strânsă între cât de repede sau încet evoluează aceste ondulații neuronale și deciziile dependente de timp.”

Antrenarea șobolanilor pentru a distinge între diferite intervale de timp
Autoarea articolului explică în ce fel cercetătorii au antrenat șobolanii să distingă între diferite intervale de timp. Astfel, „ei au descoperit că activitatea din striatum, o regiune profundă a creierului, urmează modele previzibile care se schimbă cu viteze diferite – atunci când animalele raportează un anumit interval de timp ca fiind mai lung, activitatea evoluează mai repede, iar atunci când îl raportează ca fiind mai scurt, activitatea evoluează mai lent. Dar corelația nu implică și cauzalitatea.”

Prin furnizarea de noi informații despre relația cauzală dintre activitatea neuronală și funcția de sincronizare, rezultatele echipei ar putea avansa dezvoltarea de noi ținte terapeutice pentru boli debilitante, cum ar fi Parkinson și Huntington, care implică simptome legate de timp și un striatum compromis. În plus, prin evidențierea unui rol mai specific pentru striatum în controlul motor discret, spre deosebire de cel continuu, rezultatele ar putea influența, de asemenea, cadrele algoritmice utilizate în robotică și învățare.

Pentru a stabili legătura de cauzalitate, echipa a apelat la o tehnică de școală veche din setul de instrumente al neuroștiințelor – temperatura. „Aceasta a fost folosită în studii anterioare pentru a manipula dinamica temporală a comportamentelor, cum ar fi cântecul păsărilor. Răcirea unei regiuni specifice a creierului încetinește cântecul, în timp ce încălzirea îl accelerează, fără a-i modifica structura. Este asemănător cu schimbarea tempo-ului unei piese muzicale fără a afecta notele în sine. Ne-am gândit că temperatura ar putea fi ideală, deoarece ne-ar permite, potențial, să schimbăm viteza dinamicii neuronale fără a-i perturba modelul.”

Pentru a testa acest instrument la șobolani, ei au dezvoltat un dispozitiv termoelectric personalizat pentru a încălzi sau răci focalizat striatum-ul în timp ce înregistrau simultan activitatea neuronală. Șobolanii au fost anesteziați, astfel încât cercetătorii au folosit optogenetica – o tehnică care folosește lumina pentru a stimula celule specifice – pentru a crea valuri de activitate în striatum, altfel adormit, la fel ca atunci când aruncau piatra în iaz. Ei au descoperit că răcirea a dilatat modelul de activitate, în timp ce încălzirea l-a contractat fără a perturba modelul în sine.

„În mod surprinzător”, a adăugat Paton, „chiar dacă striatum coordonează controlul motor, încetinirea sau accelerarea tiparelor sale de activitate nu încetinește sau accelerează în mod corespunzător mișcările animalelor în cadrul sarcinii. Acest lucru ne-a făcut să ne gândim mai profund la natura controlului comportamentului în general. Chiar și cele mai simple organisme se confruntă cu două provocări fundamentale atunci când vine vorba de controlul mișcării. În primul rând, ele trebuie să aleagă dintre diferite acțiuni potențiale, cum ar fi dacă să se deplaseze înainte sau înapoi. În al doilea rând, odată ce au ales o acțiune, trebuie să fie capabile să o ajusteze și să o controleze în mod continuu pentru a se asigura că este efectuată în mod eficient. Aceste probleme de bază se aplică la toate tipurile de organisme, de la viermi la oameni.”

Membrii echipei explorează acum cerebelul care găzduiește mai mult de jumătate din neuronii creierului și este asociat cu executarea continuă, moment cu moment, a acțiunilor noastre. „În mod interesant”, a concluzionat Paton, „datele noastre preliminare arată că aplicarea de manipulări ale temperaturii la nivelul cerebelului, spre deosebire de striatum, afectează controlul continuu al mișcărilor.”