Wie das Gehirn die subjektive Erfahrung der Zeit schafft
Jeder hat irgendwann das Gefühl, dass die Zeit tatsächlich „fliegt“, wenn wir Spaß haben. Warum fühlt es sich anders an, je nachdem, was wir damit machen? Neue Forschungen untersuchen die neurologischen Mechanismen, die das subjektive Zeiterlebnis bilden.
Raum und Zeit sind eng miteinander verbunden - nicht nur in der Physik, sondern auch im Gehirn.
Diese enge Verbindung wird klarer, wenn wir uns ansehen, wie unser Gehirn episodische Erinnerungen bildet.
Episodische Erinnerungen sind autobiografische Erinnerungen, dh Erinnerungen an bestimmte Ereignisse, die jemandem zu einem bestimmten Zeitpunkt (und an einem bestimmten Ort) passiert sind.
Die Erinnerung an diesen ersten Kuss oder an das Glas Wein, das Sie letzte Woche mit Ihrem Freund geteilt haben, sind Beispiele für episodische Erinnerungen. Im Gegensatz dazu beziehen sich semantische Erinnerungen auf allgemeine Informationen und Fakten, die unser Gehirn speichern kann.
Episodische Erinnerungen haben eine ausgeprägte „Wo“ - und „Wann“ -Komponente, und neurowissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass der Gehirnbereich, der räumliche Informationen verarbeitet, nahe an dem liegt, der für das Erleben der Zeit verantwortlich ist.
Insbesondere enthüllt eine neue Studie das Netzwerk von Gehirnzellen, die die subjektive Erfahrung der Zeit codieren, und diese Neuronen befinden sich in einem Gehirnbereich neben dem, in dem andere Neuronen den Raum codieren.
Die neue Studie wurde von Forschern des Kavli-Instituts für Systemneurowissenschaften in Trondheim, Norwegen, durchgeführt. Albert Tsao ist der Hauptautor des Papiers, das jetzt in der Zeitschrift veröffentlicht wird Natur.
Neuronen, die sich verändern mit Zeit
Vor über einem Jahrzehnt entdeckten zwei der Forscher, die an der jüngsten Studie gearbeitet hatten - May-Britt Moser und Edvard Moser - ein Netzwerk von Neuronen, sogenannte Gitterzellen, die für die Kodierung des Raums verantwortlich waren.
Dieser Bereich wird als medialer entorhinaler Kortex bezeichnet. In der neuen Studie hofften Tsao und Kollegen, dass sie ein ähnliches Netzwerk von Gehirnzellen finden würden, das die Zeit codiert.
Also machten sie sich daran, die Neuronen in einem Hirnbereich zu untersuchen, der an den medialen entorhinalen Kortex angrenzt (in dem Gitterzellen entdeckt wurden). Dieser Bereich wird als lateraler entorhinaler Kortex (LEC) bezeichnet.
Anfangs suchten die Forscher nach einem Muster, hatten aber Schwierigkeiten, eines zu finden. „Das Signal hat sich ständig geändert“, sagt Studienmitautor Edvard Moser, Professor an der norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie, ebenfalls in Trondheim, Norwegen.
Die Forscher stellten daher die Hypothese auf, dass sich das Signal möglicherweise nicht nur im Laufe der Zeit, sondern auch geändert hat mit Zeit.
„Zeit […] ist immer einzigartig und verändert sich“, sagt Prof. Moser. „Wenn dieses Netzwerk tatsächlich für die Zeit kodieren würde, müsste sich das Signal ändern mit Zeit, um Erlebnisse als einzigartige Erinnerungen festzuhalten. “
Daher machten sich die Forscher daran, die Aktivität von Hunderten von LEC-Neuronen im Gehirn von Nagetieren zu untersuchen.
Die Erfahrung beeinflusst LEC-Zeitcodierungssignale
Zu diesem Zweck zeichneten Tsao und Kollegen stundenlang die neuronale Aktivität von Ratten auf. Während dieser Zeit wurden die Nagetiere einer Reihe von Experimenten unterzogen.
In einem Experiment liefen die Ratten in einer Kiste herum, deren Wände ihre Farbe änderten. Dies wurde 12 Mal wiederholt, damit die Tiere während des gesamten Experiments „mehrere zeitliche Kontexte“ definieren konnten.
Das Team untersuchte die neuronale Aktivität in der LEC und unterschied zwischen der Gehirnaktivität, bei der Änderungen der Wandfarbe aufgezeichnet wurden, und der Aktivität, bei der der zeitliche Verlauf aufgezeichnet wurde.
"Die [neuronale] Aktivität in der LEC hat für jede Epoche der Erfahrung auf der Zeitskala von Minuten einen eindeutigen zeitlichen Kontext definiert", schreiben die Autoren.
Die Ergebnisse des Experiments "weisen auf die LEC als mögliche Quelle für zeitliche Kontextinformationen hin, die für die episodische Gedächtnisbildung im Hippocampus erforderlich sind", fügen die Forscher hinzu.
In einem anderen Experiment konnten die Ratten frei durch offene Räume streifen und auswählen, welche Maßnahmen ergriffen und welche Räume bei der Suche nach Schokoladenstückchen erkundet werden sollten. Dieses Szenario wurde viermal wiederholt.
Der Co-Autor der Studie, Jørgen Sugar, fasst die Ergebnisse zusammen und sagt: „Die Einzigartigkeit des [neuronalen] Zeitsignals während dieses Experiments legt nahe, dass die Ratte während der 2 Stunden des Experiments eine sehr gute Aufzeichnung der Zeit und der zeitlichen Abfolge von Ereignissen hatte.“
"Wir konnten das Signal aus dem Zeitcodierungsnetzwerk verwenden, um genau zu verfolgen, wann im Experiment verschiedene Ereignisse aufgetreten waren."
Jørgen Zucker
Schließlich verpflichtete ein drittes Experiment die Nagetiere, einen strukturierteren Weg mit eingeschränkteren Möglichkeiten und weniger Erfahrungen zu beschreiten. In diesem Szenario mussten sich die Ratten in einem Labyrinth nach links oder rechts drehen, während sie nach Schokolade suchten.
„Bei dieser Aktivität haben wir gesehen, wie das zeitcodierende Signal den Charakter von eindeutigen zeitlichen Sequenzen in ein sich wiederholendes und teilweise überlappendes Muster geändert hat“, erklärt Tsao.
"Andererseits", fährt er fort, "wurde das Zeitsignal während der sich wiederholenden Aufgabe präziser und vorhersehbarer."
"Die Daten deuten darauf hin, dass die Ratte während jeder Runde ein verfeinertes Verständnis der Zeitlichkeit hatte, aber ein schlechtes Verständnis der Zeit von Runde zu Runde und von Anfang bis Ende während des gesamten Experiments."
Wie LEC-Neuronen Erfahrung codieren
Laut den Autoren der Studie "wurde die Kodierung des zeitlichen Flusses zwischen Versuchen reduziert, während die Erfahrungen der Tiere durch Verhaltensaufgaben bei wiederholten Versuchen ähnlich wurden, während die Kodierung der Zeit im Verhältnis zum Beginn der Versuche verbessert wurde."
Tsao und seine Kollegen kommen zu dem Schluss: „Die Ergebnisse legen nahe, dass Populationen von [LEC] -Neuronen die Zeit durch die Kodierung von Erfahrungen inhärent darstellen.“
Mit anderen Worten, sagen die Forscher, die LEC- „neuronale Uhr“ organisiert die Erfahrung in einer präzisen Abfolge unterschiedlicher Ereignisse.
„Unsere Studie zeigt, wie das Gehirn die Zeit versteht, wenn ein Ereignis erlebt wird. […] Das Netzwerk codiert die Zeit nicht explizit. Was wir messen, ist eher eine subjektive Zeit, die sich aus dem laufenden Erfahrungsfluss ergibt. “
Albert Tsao
Laut den Wissenschaftlern legen die Ergebnisse nahe, dass man durch Ändern der Aktivitäten und der Erfahrung das von LEC-Neuronen gegebene Zeitsignal ändern kann. Dies wiederum verändert unsere Wahrnehmung der Zeit.
Schließlich legen die Ergebnisse nahe, dass sich episodische Erinnerungen bilden, indem räumliche Informationen aus dem medialen entorhinalen Kortex mit Informationen aus dem LEC im Hippocampus integriert werden.
Dies ermöglicht es dem Hippocampus, eine einheitliche Darstellung dessen zu speichern, was, wo und wann.
