Hur hjärnan skapar tidens subjektiva upplevelse
Alla har vid en eller annan tidpunkt känt att tiden verkligen ”flyger” när vi har kul. Varför känns det annorlunda beroende på vad vi gör med det? Ny forskning undersöker de neurologiska mekanismer som bildar den subjektiva upplevelsen av tiden.
Utrymme och tid är nära besläktade - inte bara inom fysiken utan också i hjärnan.
Denna intima anslutning blir tydligare när vi tittar på hur våra hjärnor bildar episodiska minnen.
Episodiska minnen är självbiografiska minnen - det vill säga minnen om specifika händelser som har hänt någon vid en viss tidpunkt (och plats).
Minnet om den första kyssen, eller glaset vin som du delade med din vän förra veckan, är båda exempel på episodiska minnen. Däremot hänvisar semantiska minnen till allmän information och fakta som våra hjärnor kan lagra.
Episodiska minnen har en uttalad ”var” och ”när” -komponent, och neurovetenskaplig forskning visar att hjärnområdet som behandlar rumslig information ligger nära det som är ansvarigt för upplevelsen av tiden.
Specifikt avslöjar en ny studie nätverket av hjärnceller som kodar för den subjektiva upplevelsen av tiden, och dessa neuroner ligger i ett hjärnområde intill det där andra neuroner kodar för utrymme.
Den nya studien genomfördes av forskare vid Kavli Institute for Systems Neuroscience i Trondheim, Norge. Albert Tsao är huvudförfattaren till tidningen, som nu publiceras i tidskriften Natur.
Neuroner som förändras med tid
För över ett decennium sedan upptäckte två av forskarna som arbetade med den senaste studien - May-Britt Moser och Edvard Moser - ett nätverk av neuroner som kallades rutnätceller som var ansvariga för kodning av rymden.
Detta område kallas medial entorhinal cortex. I den nya studien hoppades Tsao och kollegor att de skulle hitta ett liknande nätverk av hjärnceller som kodar för tiden.
Så de bestämde sig för att undersöka nervcellerna i ett hjärnområde som ligger intill den mediala entorhinal cortexen (där gallceller upptäcktes). Detta område kallas lateral entorhinal cortex (LEC).
Ursprungligen letade forskarna efter ett mönster men kämpade för att hitta ett. "Signalen förändrades hela tiden", säger studieförfattare Edvard Moser, professor vid norska universitetet för vetenskap och teknik, också i Trondheim, Norge.
Så antog forskarna att signalen kanske inte bara förändrades över tiden utan att den förändrades med tid.
"Tid [...] är alltid unik och förändras", säger professor Moser. ”Om detta nätverk verkligen kodade för tid skulle signalen behöva ändras med tid för att spela in upplevelser som unika minnen. ”
Så forskarna bestämde sig för att undersöka aktiviteten hos hundratals LEC-nervceller i hjärnan hos gnagare.
Erfarenhet påverkar LEC-tidskodningssignaler
För att göra det registrerade Tsao och kollegor nervens aktivitet hos råttor i timmar, under vilken tid gnagarna utsattes för en rad experiment.
I ett experiment sprang råttorna runt i en låda vars väggar ändrade färg. Detta upprepades 12 gånger så att djuren kunde definiera "flera tidsmässiga sammanhang" under hela experimentet.
Teamet undersökte den neuronala aktiviteten i LEC och skilde mellan hjärnaktiviteten som registrerade förändringar i väggfärg från den som registrerade tidens utveckling.
"[Neuronal] aktivitet i LEC definierade tydligt ett unikt tidsmässigt sammanhang för varje erfarenhetsperiod på minutskalan", skriver författarna.
Experimentets resultat "pekar på LEC som en möjlig källa för tidsmässig sammanhangsinformation som är nödvändig för episodisk minnesbildning i hippocampus", tillägger forskarna.
I ett annat experiment var råttorna fria att ströva genom öppna ytor och valde vilka åtgärder som skulle vidtas och vilka utrymmen de skulle utforska i strävan efter bitar av choklad. Detta scenario upprepades fyra gånger.
Studie medförfattare Jørgen Sugar sammanfattar resultaten och säger: "Det unika med [neuronal] tidssignal under detta experiment tyder på att råttan hade en mycket bra rekord av tid och tidsmässig händelseförlopp under de två timmar experimentet varade."
"Vi kunde använda signalen från det tidskodande nätverket för att spåra exakt när i experimentet olika händelser hade inträffat."
Jørgen Sugar
Slutligen tvingade ett tredje experiment gnagarna att följa en mer strukturerad väg, med mer begränsade alternativ och färre upplevelser. I det här scenariot fick råttorna vända antingen åt vänster eller höger i en labyrint, samtidigt som de letade efter choklad.
"Med den här aktiviteten såg vi att tidskodningssignalen ändrade karaktär från unika sekvenser i tid till ett repetitivt och delvis överlappande mönster", förklarar Tsao.
"Å andra sidan", fortsätter han, "blev tidssignalen mer exakt och förutsägbar under den repetitiva uppgiften."
"Data tyder på att råttan hade en förfinad förståelse för temporalitet under varje varv, men en dålig förståelse för tid från varv till varv och från början till slut under hela experimentet."
Hur LEC-neuroner kodar för upplevelse
Enligt studieförfattarna, "När djurens upplevelser begränsades av beteendemässiga uppgifter för att bli likartade över upprepade försök, minskades kodningen av tidsflödet över försöken, medan tidskodningen i förhållande till försöksstart förbättrades."
Som Tsao och hans kollegor drar slutsatsen, "Resultaten tyder på att populationer av [LEC] neuroner representerar tid i sig genom kodning av erfarenhet."
Med andra ord, säger forskarna, fungerar LEC: s "neuralklocka" genom att organisera erfarenheter i en exakt sekvens av distinkta händelser.
”Vår studie avslöjar hur hjärnan ger mening när en händelse upplevs [...] Nätverket kodar inte uttryckligen för tid. Vad vi mäter är snarare en subjektiv tid härledd från det pågående upplevelseflödet. ”
Albert Tsao
Enligt forskarna tyder resultaten på att man genom att ändra aktiviteterna och upplevelsen kan ändra tidssignalen från LEC-neuroner. Detta förändrar i sin tur hur vi uppfattar tid.
Slutligen antyder resultaten att episodiska minnen bildas genom att integrera rumslig information från medial entorhinal cortex med information från LEC i hippocampus.
Detta gör det möjligt för "hippocampusen att lagra en enhetlig representation av vad, var och när."
