Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Από τις σκέψεις του Αριστοτέλη για τη φύση του χρόνου μέχρι τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η ανθρωπότητα έχει από καιρό προβληματιστεί: πώς αντιλαμβανόμαστε και κατανοούμε το χρόνο; Η θεωρία της σχετικότητας υποστηρίζει ότι ο χρόνος μπορεί να τεντωθεί και να συστέλλεται, ένα φαινόμενο γνωστό ως διαστολή χρόνου. Ακριβώς όπως το σύμπαν παραμορφώνει τον χρόνο, τα νευρικά μας κυκλώματα μπορούν να τεντώσουν και να συμπιέσουν την υποκειμενική μας εμπειρία του χρόνου. Όπως είπε ο Αϊνστάιν περίφημα, “Βάλτε το χέρι σας σε μια ζεστή σόμπα για ένα λεπτό, και φαίνεται σαν μια ώρα. Καθίστε με ένα όμορφο κορίτσι για μια ώρα, και φαίνεται σαν ένα λεπτό.”
Σε νέα εργασία από το Learning Lab του Champalimaud Research που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Neuroscience, οι επιστήμονες επιβράδυναν ή επιτάχυναν τεχνητά τα μοτίβα νευρικής δραστηριότητας σε αρουραίους, παραμορφώνοντας την κρίση τους για τη διάρκεια του χρόνου και παρέχοντας τα πιο συναρπαστικά αιτιώδη στοιχεία μέχρι στιγμής για το πώς ο εγκέφαλος ο εσωτερικός ρολόι καθοδηγεί τη συμπεριφορά.
Σε αντίθεση με τα πιο γνωστά κιρκάδια ρολόγια που διέπουν τους 24ωρους βιολογικούς μας ρυθμούς και διαμορφώνουν την καθημερινότητά μας, από τους κύκλους ύπνου-αφύπνισης έως τον μεταβολισμό, πολύ λιγότερα είναι γνωστά για το πώς το σώμα μετρά τον χρόνο σε κλίμακα από δευτερόλεπτα έως λεπτά. Η μελέτη επικεντρώθηκε ακριβώς σε αυτό το χρονοδιάγραμμα δευτερολέπτων προς λεπτά κατά το οποίο εκτυλίσσεται μεγάλο μέρος της συμπεριφοράς μας, είτε περιμένετε σε ένα φως στοπ είτε σερβίρετε μια μπάλα του τένις.
Η υπόθεση του ρολογιού του πληθυσμού
Σε αντίθεση με το ακριβές χτύπημα του κεντρικού ρολογιού ενός υπολογιστή, ο εγκέφαλός μας διατηρεί μια αποκεντρωμένη και ευέλικτη αίσθηση του χρόνου, που πιστεύεται ότι διαμορφώνεται από τη δυναμική των νευρωνικών δικτύων που είναι διασκορπισμένα στον εγκέφαλο. Σε αυτήν την υπόθεση του «ρολόι του πληθυσμού», ο εγκέφαλός μας κρατά το χρόνο βασιζόμενος σε σταθερά πρότυπα δραστηριότητας που εξελίσσονται σε ομάδες νευρώνων κατά τη διάρκεια της συμπεριφοράς.
Ο Joe Paton, ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, το παρομοιάζει με το να ρίχνεις μια πέτρα σε μια λίμνη. “Κάθε φορά που πέφτει μια πέτρα, δημιουργεί κυματισμούς που ακτινοβολούν προς τα έξω στην επιφάνεια με επαναλαμβανόμενο μοτίβο. Εξετάζοντας τα σχέδια και τις θέσεις αυτών των κυματισμών, μπορεί κανείς να συμπεράνει πότε και πού έπεσε η πέτρα στο νερό.”
“Ακριβώς όπως η ταχύτητα με την οποία κινούνται οι κυματισμοί μπορεί να ποικίλλει, ο ρυθμός με τον οποίο προχωρούν αυτά τα μοτίβα δραστηριότητας στους νευρικούς πληθυσμούς μπορεί επίσης να μετατοπιστεί. Το εργαστήριό μας ήταν ένα από τα πρώτα που έδειξε μια στενή συσχέτιση μεταξύ του πόσο γρήγορα ή αργά αυτά τα νευρικά “κύματα” εξελίσσονται και εξαρτώνται από το χρόνο αποφάσεις».
Οι ερευνητές εκπαίδευσαν αρουραίους να διακρίνουν μεταξύ διαφορετικών χρονικών διαστημάτων. Διαπίστωσαν ότι η δραστηριότητα στο ραβδωτό σώμα, μια βαθιά περιοχή του εγκεφάλου, ακολουθεί προβλέψιμα μοτίβα που αλλάζουν με διαφορετικές ταχύτητες. Όταν τα ζώα αναφέρουν ένα δεδομένο χρονικό διάστημα ως μεγαλύτερο, η δραστηριότητα εξελίσσεται πιο γρήγορα και όταν το αναφέρουν ως μικρότερο, η δραστηριότητα εξελίσσεται πιο αργά.
Ωστόσο, η συσχέτιση δεν συνεπάγεται αιτιότητα. “Θέλαμε να ελέγξουμε εάν η μεταβλητότητα στην ταχύτητα της δυναμικής του πληθυσμού του ραβδωτού σώματος συσχετίζεται ή ρυθμίζει άμεσα τη συμπεριφορά του χρόνου. Για να γίνει αυτό, χρειαζόμασταν έναν τρόπο να χειριστούμε πειραματικά αυτές τις δυναμικές καθώς τα ζώα ανέφεραν κρίσεις χρονισμού.”
Διάλυση χρόνου με τη θερμοκρασία
«Μην πετάτε ποτέ παλιά εργαλεία», χαμογελά ο Τιάγκο Μοντέιρο, ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης. Για να καθορίσει την αιτιότητα, η ομάδα στράφηκε σε μια τεχνική της παλιάς σχολής στην εργαλειοθήκη του νευροεπιστήμονα: τη θερμοκρασία. “Η θερμοκρασία έχει χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες μελέτες για τον χειρισμό της χρονικής δυναμικής συμπεριφορών, όπως το τραγούδι των πουλιών. Η ψύξη μιας συγκεκριμένης περιοχής του εγκεφάλου επιβραδύνει το τραγούδι, ενώ η θέρμανση το επιταχύνει, χωρίς να αλλοιώνει τη δομή του.
Είναι παρόμοιο με την αλλαγή του ρυθμού ενός μουσικό κομμάτι χωρίς να επηρεάζει τις ίδιες τις νότες. Πιστεύαμε ότι η θερμοκρασία θα μπορούσε να είναι ιδανική καθώς θα μας επέτρεπε ενδεχομένως να αλλάξουμε την ταχύτητα της νευρωνικής δυναμικής χωρίς να διαταράξουμε το μοτίβο της.” Για να δοκιμάσουν αυτό το εργαλείο σε αρουραίους, ανέπτυξαν μια προσαρμοσμένη θερμοηλεκτρική συσκευή για να θερμαίνει ή να ψύχει το ραβδωτό σώμα εστιακά, ενώ ταυτόχρονα καταγράφει τη νευρική δραστηριότητα.
Δύο συστήματα εγκεφάλου για τον έλεγχο του κινητήρα
“Περίεργα”, προσθέτει ο Paton, “παρόλο που το ραβδωτό σώμα συντονίζει τον κινητικό έλεγχο, η επιβράδυνση ή η επιτάχυνση των μοτίβων δραστηριότητάς του δεν επιβραδύνει ή επιταχύνει αντίστοιχα τις κινήσεις των ζώων στην εργασία. Αυτό μας έκανε να σκεφτούμε πιο βαθιά το Η φύση του ελέγχου της συμπεριφοράς γενικά. Ακόμη και οι πιο απλοί οργανισμοί αντιμετωπίζουν δύο θεμελιώδεις προκλήσεις όσον αφορά τον έλεγχο της κίνησης.”
“Πρώτον, πρέπει να επιλέξουν μεταξύ διαφορετικών πιθανών ενεργειών – για παράδειγμα, εάν θα προχωρήσουν προς τα εμπρός ή προς τα πίσω. Δεύτερον, αφού επιλέξουν μια ενέργεια, πρέπει να μπορούν να την προσαρμόζουν και να ελέγχουν συνεχώς για να διασφαλίζουν ότι εκτελείται αποτελεσματικά Αυτά τα βασικά προβλήματα ισχύουν για όλα τα είδη των οργανισμών, από τα σκουλήκια μέχρι τους ανθρώπους». Τα ευρήματα της ομάδας υποδεικνύουν ότι το ραβδωτό σώμα είναι κρίσιμο για την επίλυση της πρώτης πρόκλησης – τον καθορισμό του “τι” να γίνει και “πότε” – ενώ η δεύτερη πρόκληση του “πώς” να ελέγχεται η συνεχιζόμενη κίνηση αφήνεται σε άλλες δομές του εγκεφάλου.
Σε μια ξεχωριστή μελέτη, η ομάδα διερευνά τώρα την παρεγκεφαλίδα, η οποία στεγάζει περισσότερους από τους μισούς νευρώνες του εγκεφάλου και σχετίζεται με τη συνεχή, στιγμή προς στιγμή εκτέλεση των πράξεών μας. «Είναι ενδιαφέρον», αποκαλύπτει ο Paton, «τα προκαταρκτικά δεδομένα μας δείχνουν ότι η εφαρμογή χειρισμών θερμοκρασίας στην παρεγκεφαλίδα, σε αντίθεση με το ραβδωτό σώμα, επηρεάζει τον συνεχή έλεγχο της κίνησης». Όπως επισημαίνει ο Paton, «Μπορείτε να δείτε αυτόν τον καταμερισμό της εργασίας μεταξύ των δύο εγκεφαλικών συστημάτων σε κινητικές διαταραχές όπως η νόσος του Πάρκινσον και η παρεγκεφαλιδική αταξία».
Η νόσος του Πάρκινσον, μια ασθένεια που επηρεάζει το ραβδωτό σώμα, συχνά παρεμποδίζει την ικανότητα των ασθενών να ξεκινούν από μόνοι τους κινητικά σχέδια, όπως το περπάτημα. Ωστόσο, η παροχή αισθητηριακών ενδείξεων, όπως οι γραμμές ταινίας στο έδαφος, μπορεί να διευκολύνει το περπάτημα. Αυτά τα σημάδια πιθανότατα εμπλέκουν άλλες περιοχές του εγκεφάλου, όπως η παρεγκεφαλίδα και ο φλοιός, οι οποίες είναι ακόμα άθικτες και μπορούν να διαχειριστούν αποτελεσματικά τη συνεχή κίνηση. Αντίθετα, οι ασθενείς με παρεγκεφαλιδική βλάβη αγωνίζονται με την εκτέλεση ομαλών και συντονισμένων κινήσεων, αλλά όχι απαραίτητα με την έναρξη ή τη μετάβαση μεταξύ των κινήσεων.
