В мозге найдено два нейронных хронометра, отвечающих за предсказание будущего

Очень часто люди совершают так называемые упреждающие действия, даже не задумываясь над этим. Скажем, когда человек за рулём нажимает на педаль газа за мгновение до того, как жёлтый сигнал светофора сменится на зелёный, или же начинает выстукивать ритм знакомой мелодии за мгновение до того, как она зазвучит в плейлисте.

В таких случаях люди полагаются, с одной стороны, на приобретённый в прошлом опыт, хранящийся в памяти, а с другой, на чувство ритма. Наш мозг использует так называемые временные закономерности для прогнозирования момента наступления того или иного события. Соответственно, это позволяет сконцентрировать на нём внимание и произвести те или иные действия.

При этом «предсказательные контексты» могут быть различными. Скажем, в примере со светофором человеку заранее известен конкретный временной интервал между двумя событиями (сменой сигналов), а в случае с прослушиванием мелодии ему заранее известен её ритм.

В ходе новой работы учёные из Калифорнийского университета в Беркли доказали, что человеческий мозг имеет сразу два «хронометра», каждый из которых отвечает за одну из двух задач, описанных выше. Более того, соответствующие группы нейронов располагаются в разных областях мозга.

«Наше исследование предполагает, что расчёт времени [в нашем мозге] – это не единый процесс. Будь то спорт, музыка, речь или даже распределение внимания, есть два разных способа, которые позволяют нам совершать „временные предсказания“, и они зависят от разных частей мозга», — рассказывает соавтор работы нейробиолог Ассаф Бреска (Assaf Breska).

Вместе со своим коллегой Ричардом Иври (Richard Ivry) он предложил новую интерпретацию ключевого для нашей жизни процесса – вычисления того, когда нужно совершить то или иное действие. По словам авторов работы, наличие двух различных систем помогает человеку не просто осознавать себя в отдельный момент времени, но и понимать, что произойдёт в следующий момент.

В ходе работы учёные рассматривали прогностические способности людей с болезнью Паркинсона и дегенерацией мозжечка. Следует пояснить, что в первом случае наблюдается нарушение функций базальных ядер, нейроны которых активируются во время концентрации внимания. А мозжечок отвечает, в том числе, за координацию движений.

Специалисты провели эксперимент, чтобы сравнить, насколько хорошо такие пациенты могут манипулировать понятием времени, сосредотачивать внимание и осуществлять действия, в зависимости от временных сигналов.

Участникам из обеих групп показали очень простую последовательность: на экране монитора перед ними возникали по очереди красный, белый и зелёный квадраты. Задание заключалось в том, чтобы нажать на кнопку, когда на экране появится зелёный квадрат. Появление белого квадрата в данном случае должно было стать предупреждающим сигналом.

В первом тесте цветные квадраты возникали через равные промежутки времени. Оказалось, что пациенты с нарушением функций мозжечка лучше реагируют на ритмичные сигналы и координируют действия, чем участники с болезнью Паркинсона.

В другом тесте временные интервалы между красным и зелёным квадратами менялись, то есть не было определённого заданного ритма. В этом случае больше преуспели пациенты с болезнью Паркинсона.

Очевидно, что у пациентов с дегенерацией мозжечка ухудшено восприятие неритмичных сигналов, в то время как у пациентов с нарушением функций базальных ядер, напротив, нарушено восприятие ритмичных сигналов.

Логично предположить, что мозг задействует два разных механизма «опережения времени», что бросает вызов существующим теориям, отмечают авторы работы.

«Система, основанная на ритмике, чувствительна к „периодическим событиям“, таким как речь и музыка. А интервальная система обеспечивает более общую упреждающую способность, чувствительную к временным закономерностям даже в отсутствие ритмического сигнала», — поясняет Ассаф Бреска.

По его словам, знания о том, какие именно механизмы дают сбой при тех или иных нейродегенеративных нарушениях, очень важны. Благодаря таким данным, учёные смогут разработать новые стратегии помощи пациентам, чтобы улучшить их взаимодействие с окружающим миром.

Собственно, авторы исследования уже выдвинули гипотезу, что улучшить работу «нейронных хронометров» можно без фармацевтических препаратов. По их мнению, в этом помогут специальные компьютерные игры или приложения для гаджетов, которые нацелены на стимуляцию отдельных областей мозга. Не исключено, что для терапии можно будет использовать и технологию виртуальной реальности.