Hvordan hjernen skaper den subjektive opplevelsen av tid
Alle har på et eller annet tidspunkt følt at tiden virkelig flyr når vi har det gøy. Hvorfor føles det annerledes avhengig av hva vi gjør med det? Ny forskning undersøker de nevrologiske mekanismene som danner den subjektive opplevelsen av tiden.
Rom og tid er nært beslektet - ikke bare i fysikk, men også i hjernen.
Denne intime forbindelsen blir tydeligere når vi tar en titt på hvordan hjernen vår danner episodiske minner.
Episodiske minner er selvbiografiske minner - det vil si minner om spesifikke hendelser som skjedde med noen på et bestemt tidspunkt (og rom).
Minnet om det første kysset, eller om glasset vin du delte med vennen din forrige uke, er begge eksempler på episodiske minner. Derimot refererer semantiske minner til generell informasjon og fakta som hjernen vår er i stand til å lagre.
Episodiske minner har en uttalt "hvor" og "når" komponent, og nevrovitenskapelig forskning viser at hjerneområdet som behandler romlig informasjon er nær den som er ansvarlig for opplevelsen av tid.
Spesielt avslører en ny studie nettverket av hjerneceller som koder for den subjektive opplevelsen av tid, og disse nevronene er lokalisert i et hjerneområde ved siden av det der andre nevroner koder for plass.
Den nye studien ble utført av forskere ved Kavli Institute for Systems Neuroscience i Trondheim, Norge. Albert Tsao er hovedforfatter av papiret, som nå er publisert i tidsskriftet Natur.
Nevroner som forandrer seg med tid
For over et tiår siden oppdaget to av forskerne som jobbet med den nylige studien - May-Britt Moser og Edvard Moser - et nettverk av nevroner kalt gridceller som var ansvarlige for koding av plass.
Dette området kalles medial entorhinal cortex. I den nye studien håpet Tsao og kollegaer at de ville finne et lignende nettverk av hjerneceller som koder for tid.
Så de satte seg for å undersøke nevronene i et hjerneområde som ligger ved siden av den mediale entorhinal cortex (der rutenettceller ble oppdaget). Dette området kalles lateral entorhinal cortex (LEC).
Opprinnelig lette forskerne etter et mønster, men slet med å finne et. - Signalet endret seg hele tiden, sier studieforfatter Edvard Moser, professor ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, også i Trondheim.
Forskerne antydet at signalet kanskje ikke bare endret seg over tid, men at det endret seg med tid.
"Tid [...] er alltid unik og endrer seg," sier prof. Moser. “Hvis dette nettverket faktisk kodet for tid, måtte signalet endres med tid for å registrere opplevelser som unike minner. ”
Så forskerne satte seg for å undersøke aktiviteten til hundrevis av LEC-neuroner i hjernen til gnagere.
Erfaring påvirker LEC tidskodende signaler
For å gjøre det, registrerte Tsao og kollegaene nervens aktivitet hos rotter i flere timer, i løpet av hvilken tid gnagere ble utsatt for en rekke eksperimenter.
I ett eksperiment løp rottene rundt i en boks med vegger som endret farge. Dette ble gjentatt 12 ganger slik at dyrene kunne definere "flere tidsmessige sammenhenger" gjennom hele eksperimentet.
Teamet undersøkte nevronaktiviteten i LEC, og skilte mellom hjerneaktiviteten som registrerte endringer i veggfargen fra den som registrerte tidens progresjon.
"[Neuronal] aktivitet i LEC definerte tydelig en unik tidsmessig kontekst for hver opplevelsesperiode i løpet av minutter," skriver forfatterne.
Eksperimentets resultater "peker på LEC som en mulig kilde til tidsmessig kontekstinformasjon som er nødvendig for episodisk minnedannelse i hippocampus," legger forskerne til.
I et annet eksperiment var rottene fri til å streife gjennom åpne rom, og valgte hvilke handlinger de skulle ta og hvilke mellomrom de skulle utforske i jakten på biter av sjokolade. Dette scenariet ble gjentatt fire ganger.
Studie-medforfatter Jørgen Sugar oppsummerer funnene og sa: "Det unike med [neuronal] tidssignal under dette eksperimentet antyder at rotten hadde en veldig god oversikt over tid og tidsmessig hendelsesforløp gjennom de to timene eksperimentet varte."
"Vi var i stand til å bruke signalet fra tidskodingsnettverket til å spore nøyaktig når i eksperimentet hadde skjedd forskjellige hendelser."
Jørgen Sugar
Til slutt forpliktet et tredje eksperiment gnagere til å følge en mer strukturert vei, med mer begrensede muligheter og færre opplevelser. I dette scenariet måtte rottene svinge enten til venstre eller høyre i en labyrint, hele tiden mens de lette etter sjokolade.
"Med denne aktiviteten så vi tidskodingssignalet endre karakter fra unike sekvenser i tid til et repeterende og delvis overlappende mønster," forklarer Tsao.
"På den annen side," fortsetter han, "tidssignalet ble mer presist og forutsigbart under den gjentatte oppgaven."
"Dataene antyder at rotten hadde en raffinert forståelse av temporalitet i løpet av hver runde, men dårlig forståelse av tid fra runde til runde og fra start til slutt gjennom hele eksperimentet."
Hvordan LEC-nerveceller koder for opplevelse
Ifølge forfatterne av studien, "Når dyrs erfaringer ble begrenset av atferdsmessige oppgaver til å ligne på tvers av gjentatte forsøk, ble kodingen av tidsmessig strømning over forsøk redusert, mens kodingen av tid i forhold til starten på forsøk ble forbedret."
Som Tsao og hans kolleger konkluderer med, "Funnene antyder at populasjoner av [LEC] nevroner representerer tid iboende gjennom koding av erfaring."
Med andre ord, sier forskerne, fungerer LEC “nevrale klokke” ved å organisere erfaring i en presis sekvens av forskjellige hendelser.
“Studien vår avslører hvordan hjernen gir mening av tid når en hendelse oppleves [...] Nettverket koder ikke eksplisitt for tid. Det vi måler er snarere en subjektiv tid avledet av den pågående strømmen av opplevelse. ”
Albert Tsao
Ifølge forskerne antyder funnene at man ved å endre aktivitetene og opplevelsen kan endre tidssignalet gitt av LEC-neuroner. Dette endrer igjen hvordan vi oppfatter tid.
Til slutt antyder resultatene at episodiske minner dannes ved å integrere romlig informasjon fra medial entorhinal cortex med informasjon fra LEC i hippocampus.
Dette gjør at “hippocampus kan lagre en enhetlig representasjon av hva, hvor og når.”
