Нейроны времени: как мозг вычисляет течение времени и предсказывает будущее?

Что может быть привычнее череды событий, следующих друг за другом? Восход солнца после заката, весеннее цветение после зимних морозов, вкусный ужин после рабочего дня — наша жизнь буквально соткана из цепочек связанных явлений. Но задумывались ли вы, как именно наш мозг учится распознавать эти последовательности, предсказывать, что случится дальше, и использовать этот навык для принятия решений?

Ученые давно пытаются разгадать эту загадку, и ключевую роль в этом играет изучение гиппокампа и энторинальной коры — областей мозга, ответственных за формирование памяти и пространственную ориентацию. Исследования на животных показали, что эти области содержат нейроны, активирующиеся в ответ на определенные места (так называемые «нейроны места») или на пройденные маршруты. Но как эти структуры мозга работают с абстрактными, не связанными с пространством последовательностями?

Ответ на этот вопрос удалось найти команде исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. В своем эксперименте, опубликованном в журнале Nature, они использовали уникальную возможность записывать активность отдельных нейронов у пациентов с эпилепсией, которым были имплантированы электроды для диагностики.

Пациентам показывали изображения людей в определенном порядке, соответствующем абстрактной структуре — «пирамиде». Задача участников была не связана с выявлением структуры последовательности, а заключалась в определении пола человека на картинке или в том, является ли изображение зеркальным отражением оригинала.

Ученые обнаружили, что нейроны гиппокампа и энторинальной коры постепенно изменяли свою активность, начиная реагировать на изображения, расположенные рядом на «пирамиде», даже если участники не осознавали ее структуру. Более того, эта «карта» последовательности сохранялась в мозге даже после того, как эксперимент заканчивался, и порядок картинок становился случайным.

Но самое удивительное открытие заключалось в том, что нейроны не просто кодировали структуру «пирамиды» — они научились предсказывать, какие изображения с большей вероятностью появятся в дальнейшем. Это напоминает работу «нейронов места» у животных, которые, будучи активными в определенных локациях, «предсказывают» следующее место на маршруте.

Полученные результаты не только проливают свет на механизмы формирования временных ассоциаций в мозге человека, но и открывают новые горизонты для изучения эпизодической памяти и способности к прогнозированию. Понимание этих процессов, потенциально, может привести к разработке новых методов лечения заболеваний, связанных с нарушениями памяти.

Эта работа — яркий пример того, как исследования на людях с использованием передовых технологий могут расширить наши знания о работе мозга и приблизить нас к пониманию самой сути человеческого сознания.