Dve studije koje su vodili istraživači UCLA nude nove uvide u način na koji neuroni u ljudskom mozgu predstavljaju vreme i prostor – najosnovnije sastojke svesti o ljudskom postojanju i primarne dimenzije iskustva koje nam omogućavaju da rekonstruišemo prošlost i zamislimo budućnost.
Novi nalazi su zasnovani na snimcima aktivnosti pojedinačnih neurona u mozgu, iz studija koje je vodio dr Itzhak Fried, neurohirurg i istraživač na UCLA David Geffen School of Medicine, stariji autor dva članka u Cell Reports. Pacijenti koji su bili podvrgnuti hirurškom postavljanju specijalnih dubinskih elektroda koje je Fried razvio i ugradio za hirurški tretman teško izlečive epilepsije pristali su da obavljaju kognitivne zadatke dok se aktivnost njihovih moždanih ćelija beleži za ove studije.
Neuroni koji deluju kao GPS sistem u mozgu — nazvani „ćelije mesta“ i „ćelije mreže“ — prvobitno su otkriveni kod glodara, slične nalaze su kasnije opisali kod ljudi Frid i kolege sa UCLA u saradnji sa dr Majklom Kahanom, profesorom psihologije na Univerzitet u Pensilvaniji i jedan od viših autora jedne od novih studija. Moždane ćelije sata, ili „vremenske ćelije“, identifikovane su poslednjih godina.
U jednoj od novih studija, istraživači su pokušali da utvrde kako mozak istovremeno prati i prostor i vreme.
„Da bi dali odgovor, naši pacijenti su igrali navigacionu igru u kojoj su se smenjivali između traženja i uzimanja zlata u virtuelnom rudniku zlata“, rekao je Frid.
Istraživači, uključujući prvog autora dr Daniela Schonhauta i koautora dr Zahra Aghajan, prvi su identifikovali „vremenske ćelije“ koje su se aktivirale tokom perioda čekanja između perioda pretrage pacijenata i perioda preuzimanja. Ove vremenske ćelije „u mirovanju“ bi se aktivirale jedna za drugom, kao da je svaka odgovorna za brojanje različite sekunde, tokom perioda čekanja.
Tokom navigacije u igrici, pojavljivale su se odvojene „ćelije mesta“ dok su se učesnici kretali do određenih lokacija u virtuelnom rudniku, sa novim skupom „vremenskih ćelija“ koji se pojavljuju na određenim tačkama tokom navigacije.
„Kada su pacijenti naizmenično tražili zlato – faza učenja – i kopanje zlata – pronalaženje – ćelije mesta su ostale nepromenjene, pucajući na istim lokacijama, dok su se vremenske ćelije menjale. Dakle, dok su vremenski i prostorni konteksti zajednički predstavljeni u mozgu, one su razdvojive, ili odvojive, dimenzije na nivou neurona“, rekao je Kahana.
„Ovo je prva studija koja pokazuje koegzistenciju ćelija vremena i mesta u ljudskom mozgu“, dodao je Frid. „Zajedno, ove neuronske klase čine biološku osnovu za kognitivnu mapu prostorno-vremenskog konteksta za koju predlažemo da sadrži skele na koje su zapisana sećanja.“
U drugoj studiji, istraživači su želeli da shvate kako mozak prati vreme tokom dužeg perioda – jedne, kontinuirane epizode - kao kada ljudi gledaju film bez prekida.
Pitali su se da li će se neuroni aktivirati periodično – u periodima koji se ponavljaju – slično načinu na koji se određeni prostorni neuroni aktiviraju u prostornim intervalima kada se glodar ili čovek kreće kroz okruženje. U prostornim situacijama, specifičan skup ćelija povezanih sa prostorom u entorhinalnom korteksu mozga formira mrežnu mapu okruženja, gde različite skale izražene u modulisanim brzinama pucanja daju metriku, ili meru, prostora na različitim udaljenostima.
Da bi se utvrdilo da li se „periodičnost“ prisutna u prostornim skalama može videti i na vremenskoj osi, istraživači su pokazali 14 neurohirurških pacijenata jednosatni film dok su snimali aktivnost jednog neurona iz više regiona mozga. Ispitivanje stopa paljbe otkrilo je da su neke jedinice ispoljile upečatljivu periodičnost u pucanju tokom filma, a vremenska skala ove periodičnosti varirala je od jedinice do jedinice, u rasponu od desetina sekundi do nekoliko minuta.
Frid je rekao da su istraživači bili iznenađeni kada su otkrili ovaj jedinstveni skup neurona, uglavnom u entorhinalnom korteksu, koji modulira njihovu aktivnost na tako zapanjujuće periodičan način kroz vremenske skale koje se protežu na minute.
„Vreme unutar videa moglo bi se dekodirati iz aktivnosti ove populacije neurona“, rekla je Zahra Aghajan, prva autorka studije čiji je koautor i dr Gabrijel Krejman, profesor na medicinskoj školi Harvard. „Sposobnost izvlačenja preciznih, lokalizovanih, vremenskih informacija iz ove populacije ćelija pokazuje da njihova periodična aktivnost predstavlja održiv mehanizam za kodiranje vremena.“
Kada su učesnici uradili test memorije nakon gledanja filma, mnoge vremenske ćelije su promenile svoje dominantno vreme na kraće vremenske skale, što sugeriše da ove ćelije mogu igrati ulogu u vremenskoj kompresiji iskustva potrebnog za pronalaženje memorije. Ipak, odnos ovih ćelija sa performansama memorije će morati da se istraži daljim istraživanjem.
Istraživači su primetili da kada je video prikazan u dve različite brzine – redovnoj i ubrzanoj – značajan procenat ovih vremenski periodičnih ćelija, ili TPC, zadržao je svoje dominantne vremenske skale, što ukazuje na stepen pravilnosti bez obzira na audiovizuelni sadržaj.
„Naši rezultati sugerišu da vremenska periodičnost TPC-a može da dopuni prostornu periodičnost ćelija mreže, zajedno obezbeđujući skalabilne metrike za prostor i vreme i omogućavajući kodiranje i pronalaženje ljudskog iskustva“, rekao je Frid.
