Нейробиологи обнаружили двойной механизм восприятия времени, распределенный по разным зонам мозга

Специалисты из Токийского института науки (Institute of Science Tokyo) установили, что восприятие времени мозгом не подчиняется единому «централизованному хронометру». Вместо этого различные зоны коры способны гибко варьировать режимы активности, переходя от синхронной работы к абсолютно независимому измерению временных интервалов.

Итоги научной работы, обнародованные на страницах издания Nature Communications, проливают свет на то, каким образом живые организмы поддерживают надежность когнитивных процессов, сохраняя при этом способность мгновенно адаптироваться к меняющимся внешним условиям.

В ходе эксперимента исследователи задействовали лабораторных мышей, которых приучили ожидать лакомство поочередно через 6 и 12 секунд. Поскольку между подходами отсутствовали технологические паузы, грызунам приходилось постоянно удерживать в памяти текущий временной контекст, а не обнулять свой «внутренний таймер». Постепенно животные выработали навык безошибочно определять оба временных промежутка, заранее предвкушая следующий этап.

При помощи метода двухфотонной кальциевой визуализации ученые одновременно отслеживали динамику тысяч нейронов в двух критически важных областях — задней теменной и вторичной моторной коре, которые отвечают за оперативной память и планирование. Выяснилось, что нейронные популяции в обеих структурах возбуждались последовательно, формируя паттерн, кодирующий прошедшее время.

Самым любопытным итогом стал детальный анализ погрешностей в оценке времени. Специалисты зафиксировали два сценария сбоев: в первом случае структуры ошибались одновременно, демонстрируя высокую степень когерентности, а во втором — одна зона сохраняла абсолютную точность, в то время как другая сбоила. Примечательно, что автономные ошибки фиксировались примерно вдвое чаще когерентных, причем это соотношение оставалось неизменным у всех подопытных особей.

Для моделирования этого природного баланса эксперты построили компьютерную модель, состоящую из пары рекуррентных нейросетей, на которые воздействовал фоновый шум. Вычислительный эксперимент продемонстрировал, что за координированность отвечает ограниченное число межрегиональных контактов, тогда как фоновые помехи провоцируют автономность. Ни один из факторов не доминирует полностью: система находит оптимальный баланс, позволяющий отделам обмениваться сигналами, но избегать слияния в единую жесткую систему.

Полученные данные о принципах распределенного учета времени способны подсказать решение для сложных инженерных задач. Подобный подход, где баланс между независимостью и синхронией поддерживается за счет слабых связей и фонового шума, может лечь в основу перспективных архитектур. Использование таких принципов позволит инженерам создавать адаптивных робототехнических агентов и нейросети, способные распараллеливать вычисления и объединять их в единый поток по мере необходимости.

Источник: iXBT