Вътрешният часовник на мозъка

Нашият мозък притежава невероятната способност да наблюдава времето и за това има множество примери. Шофьорът, спрял на светофара, може да прецени още колко време остава, докато светлините се сменят, танцьорът е способен да пресметне такта до милисекунди и т.н. Но самия механизъм, който мозъкът използва, за да отчита времето, все още остава загадка. Учените са открили участъците от главния мозък, които са свързани с движението, паметта, цветното зрение, както и някои други функции, но не са съвсем наясно коя част от мозъка отговаря за времето.

В действителност нашият невронен хронометър се оказва толкова неуловим, че повечето от изследователите предполагат, че този механизъм е разпределен във всички дялове на главния мозък, като различните участъци използват според нуждите си различни средства за проследяване на времето. През последните години група учени събраха множество данни в потвърждение на факта, че същите клетки, които проследяват местоположението на човека в пространството, отчитат и хода на времето.

Това показва, че двата участъка от главния мозък, хипокампът и енториалната област на кората, изпълняват и функциите на своеобразен таймер. Хипокампът формира краткосрочната памет и нейното преминаване в дългосрочна. Той също така формира и картографското запаметяване на пространството, определя продължителността на бодърстването и насочването на вниманието. Хипокампът е част от сивото мозъчно вещество, корова гънка, изолирана с бяло мозъчно вещество. Той принадлежи на най-старата мозъчна система – лимбическата, което обуславя и неговата изключителна многофункционалност.

Например за хипокампа се знае, че е свързан с паметта, но механизмът на неговото функциониране не е достатъчно изучен. Хипокампът (и енториалната кора) определя кои възприятия са най-приемливи и следва да се съхранят и кои от тях са неприемливи и следва да се потиснат. Обикновено нарушенията в тези два участъка от мозъка водят до психични разстройства. Резултатите от изследванията на Хауърд Айхенбаум, неврофизиолог от Бостънския университет, и неговите колеги, публикувани през ноември 2015 г., показват, че клетките в главния мозък на изследваните мишки, или т. нар. невронни решетки, формират своеобразна, вътрешно-мозъчна GPS система за определяне на местоположението им и са значително по-податливи на въздействие, отколкото се е считало преди.

Обичайно тези клетки работят като система за навигация, изчислявайки пътя, а определени неврони се активизират само когато мишката попадне на специфично място. През 2014 г. учените, направили това откритие, стават лауреати на Нобелова награда. Айхенбаум установява, че когато опитната мишка се намира на определено място, например, когато бяга на тренажора, клетките отчитат разстоянието и времето. Това показва, че чувството за пространство и време в главния мозък са силно взаимосвързани.

Направеното откритие ще даде възможност да се разширят представите ни за начина, по който работят системите за памет и навигация в човешкия мозък. Вероятно невроните от решетката, както и другите клетки, отговорни за определяне на местоположението, са настроени да работят не само по отношение на пространството, а могат също така да кодират и различни, други релевантни свойства, като време, миризми и даже вкус. „Видимо това показва, че хипокампът изпълнява значително по-обширни функции”, отбелязва невробиологът от Калифорнийския университет в Сан Франциско Лорън Франк, изследващ паметта и хипокампа.

Хипокампът структурира подходяща ос за кодиране на данните от преживяванията и след това с помощта на мозъчните клетки фиксира получените данни върху карта. Данните от получените карти на свой ред изграждат рамката на паметта, формирайки една система за организация на безкрайната последователност от минали чувства и преживявания. Франк казва: „Хипокампът е великолепен организатор на спомените в пространството и времето. Той обезпечава пространствено-времевата рамка, върху която се наслагват другите събития”.

Плочките на времето

За да изследват как хипокампът прави мониторинг на времето, учените обучават опитни мишки да тичат в колело или на пътечка. Поради това, че мишките не могат да стоят на едно място, привеждането им в режим на бягане помага да бъде стандартизирано тяхното хаотично, променящо се поведение. При тези условия местоположението на мишките и тяхното движение стават почти постоянни и учените могат да се концентрират върху невронните сигнали, пряко свързани с времето. Имплантираните дълбоко в мозъка им електроди фиксират момента, в който се активизират едни или други клетки.

В опитите на Айхенбаум мишката тича по пътечката за строго определено време, например за 15 секунди, след което получава награда. Когато мишката повтаря многократно този цикъл, мозъкът й започва да отбелязва този 15-секунден интервал. Някои неврони се активират на първата секунда, други на втората и така нататък, докато не изтекат напълно 15-те секунди. Айхенбаум обяснява че: „Клетките се активират в различни моменти от време, докато изцяло не запълнят целия времеви интервал”. Кодът е толкова точен, че учените могат да определят колко време мишката се намира на пътечката, наблюдавайки просто какви клетки в мозъка й са активни. Учените от екипа на Айхенбаум повтарят този експеримент и като променят скоростта на пътечката, за да се убедят, че клетките не отбелязват само дистанцията.

Оказва се, че някои от клетките действително следят дистанцията, но други, изглежда, са свързани единствено с времето. Въпреки че учените са убедени, че тези неврони, условно означени като „клетки на времето”, действително отчитат времето, те все още нямат представа как точно правят това. Клетките се държат подобно на секундомер. Наблюдава се една и съща последователност на невронната активност всеки път когато се включи часовникът. Но „клетките на времето” много по-бързо се активират, отколкото секундомерът. Когато изследователите променят условията на опита, например увеличават продължителността на пробега от 15 на 30 секунди, клетките на хипокампа веднага структурират и активират нова схема в съответствие с промяната във времевия интервал. Сравнимо със секундомера, това означава, че за да отчете тази промяна, той трябва да бъде препрограмиран по друга времева скала.

Нещо повече – „клетките на времето” се доверяват на обкръжаващите ги условия, отбелязвайки времето само тогава, когато животното се намира в ситуации, където времето е по-важно от всички други условия. Когато обаче в играта се намесят и други променливи, същите тези клетки променят поведението си. Например, ако на мишките се даде възможност да преминат в друга окръжаваща ги среда, същите „клетки за време” се насочват към картографиране на пространството. Определена клетка ще се активизира всеки път когато мишката се намира на определено място, но не и в определено време.

Пространствено-времева матрица на мозъка

Изследванията на Айхенбаум напълно съответстват на резултатите от останалите 15-годишни невробиологични изследвания, доказващи, че хипокампът се адаптира много по-гъвкаво, отколкото учените са очаквали. Изследователите отдавна са виждали в него своеобразен картограф (клетките, кодиращи определени места, са били открити преди 40 години), но сега вече има значително повече данни, доказващи способността на хипокампа да кодира и друг тип информация. Съгласно най-новите представи клетките, определящи място, могат да фиксират не само пространството, но и други необходими променливи.

Една такава променлива е времето, но може да има и много други. Все още много учени виждат като основно предназначение на хипокампа кодирането на пространствената структура. Съгласно техните доводи невронната мрежа е еволюирала до състояние да следи за местоположението на обекта, а всичко останало просто се наслагва върху тази информация. Невробиологът Брус Макнотън от университета „Ървин” в Калифорния казва: „Хипокампът дава кода, който е фундаментално пространствен по своята природа”.

Айхенбаум оспорва този възглед, но не го отрича напълно. Пак по този повод неврофизиологът Дейвид Фостър от университета „Джонс Хопкинс” обяснява: „Вече е абсолютно ясно, че „клетките за място” могат да предоставят информация не само за мястото”. Но по-малко известно е могат ли тези клетки да кодират и движението на времето. В експеримента с мишките и пътечката за бягане мишката извършва нещо, много наподобява[1]що броене. Но учените все още не могат да кажат дали клетките само пресмятат хода на времето, или реагират на нещо друго, което просто на нас ни изглежда като време.

Невробиологът от изследователския център при медицинския институт „Хауърд Хюз” Ева Пасталкова допълва: „Ние не знаем кой е определящият принцип, заставящ клетката да се активизира в определен момент, но аз мисля, че това е времето. Макар това да не е съвсем точно, защото клетките не са като тиктакащ часовник”. В лабораторията на Института по невробиология към университета в Ню Йорк неврофизиологът Джорджи Бужаки провежда един от първите експерименти с цел изучаване на механизма, по-който хипокампът отчита времето. Бужаки счита, че определени клетки следят не самото време, а по-скоро запомнят пътя в лабиринта, или планират следващата крачка на опитната мишка. Паметта и бъдещите планове се развиват във времето и затова не е изключено „клетките за време” да отразяват именно тази ментална активност.

„За мен проблем номер едно е има ли в мозъка специални нервни клетки, които да следят за посоката на времето? Възможно е всички неврони да притежават функции, активиращи се в определена последователност, които изследователят поради липса на информация разчита като време? Безсмислено да предполагаме, че клетките на хипокампа кодират пространството и времето независимо едно от друго. Човешкия мозък често си представя пространството и времето като равнозначни неща. На въпроса, на какво разстояние се намира Ню Йорк от Лос Анджелис, може да получите различни отговори. Може да ви кажат на 4800 км или пък на шест часа полет. В по-старите езици разстоянието обикновено се е измервало чрез времето. Например за колко дни можеш да стигнеш от една долина до друга. Естествено, че по това време е било по-лесно да изброиш количеството на залезите, отколкото да измериш разстоянието.”

 – отбелязва Буджаки

Този въпрос по-скоро излиза извън рамките на невробиологията и има отношение към физиката. Физиците считат отношението пространство-време като някаква свързваща четириизмерна тъкан, в която са вплетени предметите и събитията във Вселената. В тази връзка Бужаки напомня: „Невробиологията трябва да се върне към решаването на старата задача, поставена от физиката, тоест съществуват ли отделни клетки за място и време? Или в мозъка има представа само за един пространствено-времеви континуум.”

Карти на паметта

Тези абстрактни въпроси обаче не вълнуват особено Айхенбаум. Неговата цел е да разбере ролята, която времето играе във формирането на паметта. Той обяснява това със следния пример: „Замисляйки се какво сте правили сутринта, вие си спомняте събитията в тази последователност, в която те са се случили. Как хипокампът е успял да организира спомените ви във времето?”. Факт е, че хората с увреден хипокамп не могат да възстановят спомените си. Така например пациентът Х.М., на когото му е направена лоботомия, при която е отстранен хипокампът, всеки ден отново се запознава с лекуващия го лекар.

Същият пациент много трудно си спомня последователността на думите или събитията, използвани в хода на експеримента. Затова Айхенбаум задава въпроса: „По какъв начин хипокампът поддържа способността си да запомня последователността на събитията във времето?”. Той предполага, че „клетките на времето” изграждат някаква временна скала, върху която разполагат в определена последователност събитията, представите и усещанията. Ако ние си припомняме един филм, казва ученият, „клетките на времето” привеждат в определена последователност отделните кадри. Екипът на Айхенбаум планира да проведе експерименти, в които забавяния във времето ще се редуват с различни събития, позволяващи да се получи представа как „клетките на времето” променят своя код, за да запомнят събитията в тяхната последователност. „Не мисля, че хипокампът е часовник – казва Айхенбаум. – Но той използва часовник, за да фиксира в паметта кога са станали едни или други събития. По такъв начин той поддържа реда в паметта.”

Докато учените невробиолози работят върху тайните на мозъчната дейност, учените в сферата на високите технологии произвеждат продукти, които намаляват способността ни да помним и влошават нашата съобразителност. Възможно е след време технологичните новости така да увредят човешкия интелект, че той да стане сравним с този на опитните мишки. Интернет, социални мрежи, смартфони, „умни” домакински прибори в домовете, електронно банкиране и какво ли още не. Днес ние можем да си правим снимки в екзотични кътчета и веднага да ги разпространяваме в социалните мрежи. Да гледаме един и същи филм с хора от различни страни по света и едновременно да го коментираме в Туитър. Само преди десет години беше немислимо да правим толкова неща едновременно и да ги правим от която и да е точка на планетата.

Преките ползи от технологичните новости са просто зашеметяващи, но ние не се замисляме какво се случва с нашия мозък. А истината е, че тези „играчки” постепенно намаляват нашите способности да помним информацията, която сме получили, да възприемаме и научаваме нови неща и да използваме пълноценно нашите умствени способности. Същите тези учени, които изследват загадъчните кодове на мозъчните клетки, доказват, че ако не упражняваме своята памет, това неизбежно се отразява на мозъчната дейност, а от там като цяло и на умствените ни способности.

Американският автор Николас Кар, носител на „Пулицър”, пише в книгите си „Прави ли ни Гугъл глупави?” и „Как мрежата променя мозъка ни”:

 „Дългосрочната памет е системата за архивиране в нашия мозък. Ако си позволим да забравяме фактите и опита, това означава, че в бъдеще ние няма да имаме възможност да формулираме сложни идеи, които да обогатяват нашата мисъл. Нашата дългосрочна памет има почти неограничен обем, а краткосрочната ни памет е много крехка и заема ограничено пространство. Нарушенията на вниманието могат да доведат до изчезването й от мозъка”.

Излишъкът от информация и нашият мозък

Като негативен ефект от използването на цифровите технологии учените акцентират върху няколко проблема, които водят до деградация на нашата памет. Излишъкът от информация намалява нашите възможности за запомняне и влошава капацитета ни за съобразителност. Използването на интернет даже само за няколко минути може да затрудни архивирането на информацията. Повечето от хората не са в състояние да управляват огромния поток от данни, който се излива от интернет пространството. Американецът Тони Шварц сравнява работната памет, която съхранява информацията, с чаша вода, като обяснява примера по следния начин:

„Това много прилича на процеса на доливане на вода във вече пълна чаша. Течността, която е вътре в чашата се излива навън. Като доливаме вода, ние постоянно губим както постъпващата, така и вече постъпилата информация, подменяйки ги непрекъснато. Просто няма място за разполагане на нова информация. Тогава мозъкът вече съвсем повърхностно отчита постъпващата информация. Ние не сме в състояние да задържим нещо в паметта си за по-дълго време. Трудно можем да преработим и осмислим потока от данни, който постъпва отвън. В мозъка ни вече са се натрупали безкраен брой факти, които ние не сме в състояние да свържем в някаква смислена история. Или иначе казано, мозъкът ни е задръстен от един огромен обем несвързани факти”.

Учените са установили, че притежавайки цифрови устройства, които помнят вместо нас, ние все по-малко сме склонни да използваме паметта си. Списание „Сайънтифик Америкън” сравнява интернет с външен твърд диск на мозъка, който действа като заместител на запаметената социална информация. Тоест процесът на социално мислене на човека вече е увреден. В статията пише: „Историческата памет е социален процес. Ние помним определени факти и ги споделяме с други хора, а те на свой ред споделят с нас факти, които ние не знаем или вече сме забравили. По този начин ние делегираме на мозъка обработката на информация, получена от паметта на други хора, с които лично общуваме”.

Сега вместо нас тази обработка изпълнява интернет. Когато възникне необходимост да проверим даден факт, ние отваряме Гугъл, вместо да попитаме някой, от когото можем да получим тази информация”. Колективната памет „умъртвява” индивидуалната. При човека вниманието играе ключова роля за формиране на дълготрайното запаметяване. Но когато коментираме някакъв филм в Туитър или си правим „селфи”, ние вече не сме в състояние да запомним детайлите от филма или панорамата от снимката. Споделяйки нашия опит с другите в мрежата, ние вече създаваме една колективна памет, която променя запомненото от нас, тоест накърнява нашата памет.

Това на свой ред намалява възможностите ни за концентрация и осмисляне на случващото се около нас. Залдис Тан, директор на Клиниката за нарушения на паметта към медицинския център „Бет Израел Медикъл център” в Ню Йорк, по този повод казва: „Фактът, че забравяме много неща, е свидетелство за нашата пренатовареност. Когато сме разсеяни и едновременно с това правим нещо, спомените, които се формират от дейността ни, са крайно неустойчиви. По-късно ще имаме проблем, ако решим да възстановим информацията”.

Знанията губят своята индивидуална ценност. Когато прекалено сме привикнали към технологиите, трудно можем да обвържем в логична, цялостна схема отделните части на информацията, която получаваме. В тази връзка професорът по физика в „Харвард” Джон Едуард Хът казва: „Ние често раздробяваме знанията на части, които впоследствие не сме в състояние да обвържем в единна, по-широка концепция. Ние имаме нужда от по-широка схема, за да си помогнем да запомним по-дребните детайли. Необходим ни е обширен контекст, за да успеем да съхраним в мозъка си подробностите”

Спомените на родените в цифровата ера изчезват много бързо. Според изследванията на американски учени от 2013 г. 15% от тези, които са родени в периода от 80-те години на миналия век и до началото на това хилядолетие, тоест тези, които днес са 25-35-годишни, много често не могат да си спомнят днешната дата. За сравнение това се случва само на 7% от 55-годишните. При проведена анкета на въпроса, къде са им ключовете от жилището, не могат да отговорят 14% от младите и само 6% от възрастните, родили се преди информационния „бум”. Според учените загубата на паметта при младите хора е пряко свързана със стреса, депресията и липсата на способности за оценка на събитията. Отделно от това използването на все повече и все по-нови технологични продукти води до загуба на съня и увреждане на паметта. Може би действително през следващото хилядолетие мозъкът на голяма част от населението ще бъде сравним с този на опитните мишки.