Вы едете на работу, опаздываете на важную встречу. Вы почти у цели, когда вам нужно остановиться на красный свет. Когда ты начнешь двигаться вперед?? Если вы сделаете это слишком рано, это приведет к трате газа и энергии, но если вы сделаете это в нужное время, вы сможете работать быстрее. Критическая оценка подходящего момента для совершения действия зависит от нашей врожденной способности отслеживать время. Какой нейронный механизм лежит в основе этой способности??
"Мы знаем, что для того, чтобы действия приносили успешные результаты, мозг должен отслеживать время", говорит доктор. Джо Патон, руководитель лаборатории обучения в программе нейробиологии Шампалимо. "Время неявно по своей природе, его трудно выделить, не считая текущего поведенческого и сенсорного контекста, что делает его изучение довольно сложным."
Чтобы определить эту неуловимую величину, исследователи сосредоточились на области мозга, называемой полосатым телом. "Многие доказательства указывают на то, что полосатое тело является местом передачи информации о времени", говорит доктор. Патон, "столько состояний, которые влияют на полосатое тело, такие как болезнь Паркинсона и Хантингтона, приводят к временной дисфункции."
Густаво Мелло, аспирант лаборатории, объясняет, как они тестировали временное поведение у крыс: "Крысы выполнили задание по времени, когда им нужно было нажать на рычаг, чтобы получить вознаграждение, которое периодически предоставлялось. Например, во время последовательности из 15 испытаний награда станет доступной только по прошествии 30 секунд с момента последней награды. Чтобы увидеть, сможет ли крыса оценить различную продолжительность, после этих 15 испытаний время ожидания изменилось бы случайным образом, чтобы быть короче или длиннее."
Исследователи обнаружили, что крысы меняли свое поведение в зависимости от времени ожидания. "Подобно тому, как мы вели бы себя, ожидая на красный свет, крысы, похоже, предпочитали не тратить впустую свою энергию и нажимали на рычаг только тогда, когда прошло достаточно времени", говорит г-н. Мелло.
Чтобы выяснить, какая нейронная основа лежит в основе этого поведения, исследователи записали активность отдельных нейронов в полосатом теле, пока крысы выполняли задачу, и обнаружили, что представление времени было закодировано в популяции нейронов. "Мы обнаружили, что каждый раз, когда начиналось испытание, нейроны реагировали медленной, но надежной волной последовательной активности," говорит София Соарес, аспирантка в лаборатории. "Последовательность сохранялась в течение разного времени ожидания, но изменялось время ожидания. Другими словами, когда время ожидания было больше, последовательность была медленнее, и наоборот. Следовательно, последовательность сжималась и расширялась таким образом, чтобы соответствовать текущему интервалу между наградами и поведением животного. По сути, вы могли просто посмотреть на местоположение волны в популяции, чтобы узнать, сколько времени прошло."
Что означает сокращение и расширение последовательности в том, как мозг отслеживает время? По словам г-на. Мелло: "Подразумевается, что время в мозгу является относительным, а не абсолютным, поскольку оно измеряется как положение в интервале, а не как единица, например секунда или час."
"Это первый раз, когда полное разнообразие динамики ответа в полосатом теле было рассмотрено во время задания времени", заключает доктор. Патон, "позволяя нам продемонстрировать, что популяции нейронов кодируют время способом, который согласуется с временным поведением. Кроме того, мы обнаружили, что нейроны объединяют моторную и временную информацию. Такое сочетание времени и действий соответствует моторному обучению и выбору действий, функциям, в которых полосатое тело играет решающую роль."
Это исследование было опубликовано сегодня (23 апреля 2015 г.) в научном журнале Current Biology.