Раскрыта тайна настройки внутренних часов

Хотя нас повсюду окружают приборы измерения времени, само оно является понятием достаточно субъективным. По мнению группы ученых из Пекинского педагогического университета (Китай) во главе с профессором У Сы, наш мозг реагирует на ритмы, связанные с самыми различными видами внешней стимуляции. И таких нейронных "хронометров" у людей может быть много.

Фото:

Разумеется, люди интуитивно чувствуют время. Иначе мы бы не могли сказать, например, какие события произошли раньше, а какие — позже, и сколько времени прошло между ними. Известно также, что многие из нас обладают встроенным "будильником", то есть могут "запрограммировать" свой организм на то, чтобы вовремя вставать на работу или совершать какие-то иные действия, не прибегая к услугам внешнего будильника или "напоминалки" в сотовом телефоне. Но нейронный механизм восприятия времени до недавних пор оставался загадкой для исследователей.

Китайские эксперты исходили из того, что у человека должна быть какая-то своя собственная ритмическая активность, так называемое "чувство времени", которое помогает ему ориентироваться во временном потоке. Ранее уже выдвигались гипотезы о том, что в мозгу существуют внутренние "часы" — это группы нейронов, которые сопоставляют события, происходящие снаружи, со своим ритмом.

У Сы и его коллеги предположили, что внутренние "хронометры" действительно существуют, но "запускаются они не изнутри мозга, а извне. И таких "приборчиков" может быть по меньшей мере несколько, причем они могут "указывать" абсолютно разное время. Но если это так, рассудили ученые, тогда каким образом нейронной цепочке удается поддерживать возбужденные колебания? Ведь нейроны очень быстро реагируют на входящие импульсы, и, по идее, когда поступит следующий импульс, память о первом уже исчезнет. Таким образом, оба внешних стимула не будут восприниматься мозгом как связанные друг с другом. Чтобы это случилось, нейроны должны "помнить" о предыдущих стимулах.

Профессору У Сы и его команде удалось построить модель нейронных "часов", способных удерживать память о ритмических стимулах в течение длительного периода. Эта модель основана на существовании нейронной "петли", которая способна объединять между собой множество клеток, но в то же время защищена от синхронного возбуждения.

Если речь идет о группе связанных между собой нейронов, то мы предполагаем, что входящий импульс возбуждает сразу все ее клетки, или же задержка возбуждения является ничтожной. В нейронную же сеть, описанную китайскими исследователями, входят нейроны, которые соединены лишь с некоторыми из своих "соседей", а также выполняющие функцию "хабов", то есть способные "включать" одновременно большое количество других клеток.

Связь между нейронами в такой сети различна. Так, одни соединены между собой при помощи электрических синапсов, а между другими существует химическая связь, регулирующая соответствие между входящим импульсом и ответной реакцией возбуждения.

Как представляется ученым, внешний стимул вызывает импульс, "пробегающий" по нейронному кольцу. Если в цепочку входят нейроны-хабы, для их "инициации" они должны получить усиленный сигнал. Это возможно, если хаб соединен с двумя цепочками одинаковой длины. При периодическом поступлении таких двойных сигналов хабы будут провоцировать массовую "вспышку" возбуждения среди нейронов-приемников. Это и породит ритмическую структуру. В свою очередь, размер ритмов зависит от конфигурации групп нейронов, удерживающих изначальный сигнал. Кроме того, играет роль характер расположения хабов и количество усилий, необходимых, чтобы привести их в действие.

Мозг, судя по всему, способен перестраивать структуры нейронных цепочек в соответствии с текущей задачей. Авторы исследования также считают, что для того, чтобы подобная система успешно функционировала, она должна представлять собой так называемую безмасштабную сеть. Но главное условие — наличие в системе большого количества нейронов, связанных между собой небольшим числом соединений, и, напротив, небольшого количества хабов.

Вероятно, с этими механизмами связано и субъективное ощущение времени, которое в каких-то ситуациях, например, экстремальных, может замедлять для нас свой ход, а в каких-то, наоборот, ускоряться. Кстати, проблемы с памятью у пожилых людей, в мозгу которых нередко переплетаются прошлое и настоящее, могут объясняться в том числе и ослаблением нейронных связей в мозгу. Но все это — лишь теоретические предположения, которые еще предстоит доказать.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"