Почему час в очереди к стоматологу тянется мучительно долго, а свидание пролетает как одно мгновение? И как мы, не глядя на часы, можем прийти на кухню ровно в тот миг, когда срабатывает таймер духовки? Авторы нового исследования доказали, что за этим ощущением стоит не абстрактное чувство, а сложная работа нейронов, которые буквально раскладывают жизнь по временным отрезкам.
Десятилетиями ученые представляли восприятие времени по аналогии с часами. Считалось, что в мозге существует некий «осциллятор» — внутренний метроном, который отсчитывает равные промежутки. Эта модель хорошо объясняла нашу способность оценивать короткие интервалы. Главным кандидатом на роль такого метронома был альфа-ритм мозга — регулярная волна активности с периодом около 100 миллисекунд, которую наблюдают у всех бодрствующих людей.
Однако в последние пять лет картина радикально изменилась. Исследователи поняли, что восприятие времени нельзя свести к одному ритму. Оказалось, что альфа-ритм непостоянен, а значит, не может быть надежным хронометром. Более того, если бы наше чувство времени целиком зависело от внешних ритмов, мы не смогли бы мысленно путешествовать в прошлое или будущее, свободно переставляя события на внутренней временной шкале. Нам требовалась новая, более гибкая и сложная теория.
От карты местности к карте времени: открытие «клеток времени»
Прорыв случился, когда нейробиологи обратили внимание на гиппокамп — область мозга, критически важную для памяти. В 2014 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине вручили за открытие в мозге системы позиционирования, своего рода нейронного GPS. Его основу составляют «клетки места», которые активируются, когда животное или человек находится в определенной точке пространства.
Ученые предположили, что для времени должна существовать аналогичная система. И они оказались правы. В 2018 году в гиппокампе крыс обнаружили «клетки времени». А в 2020 и 2021 годах несколько научных групп независимо подтвердили их существование у человека. Как и их пространственные аналоги, эти нейроны работают по принципу разделения труда.
Каждая «клетка времени» настроена на свой специфический момент в рамках некоего эпизода — например, просмотра фильма или вечеринки. Одна клетка активизируется через 10 секунд после начала, другая — через 2 минуты, и так далее. Вместе, как звенья одной цепи, они покрывают весь интервал, создавая последовательный временной код. В одном исследовании, где пациенты с имплантированными электродами запоминали последовательности картинок, такие клетки четко отслеживали течение времени даже в 10-секундных паузах между заданиями, когда на экране ничего не происходило. Это доказывает, что мозг генерирует ощущение времени изнутри, а не просто реагирует на внешние события.
Двойная система: «клетки времени» и «рампинг-нейроны»
Но «клетки времени» — не единственные игроки на этом поле. У них есть важные партнеры — «рампинг-клетки» (от англ. ramping — нарастание). Их обнаружили в энторинальной коре, соседней с гиппокампом. Если «клетки времени» выстреливают в отведенный им момент, то активность рампинг-клеток плавно нарастает или затухает в течение всего эпизода.
Представьте, что вы слушаете симфонию. «Клетки времени» отмечают моменты, когда вступают конкретные инструменты. А рампинг-нейроны — это будто бы общий громкостью, который постепенно усиливает звук к кульминации, создавая ощущение развития и протяженности. Эти два типа клеток работают вместе, обеспечивая мозг как дискретными временными метками, так и информацией о непрерывном течении времени.
Генеральный подрядчик памяти: как все собирается воедино
Как же мозг создает из этих сигналов целостное воспоминание? Он действует как генеральный подрядчик, сводящий воедино данные от разных субподрядчиков. «Клетки места» сообщают, где все происходило. Сенсорные области описывают, что мы видели, слышали и чувствовали. А «клетки времени» и рампинг-нейроны обеспечивают третье ключевое измерение — когда.
Эта комплексная информация упаковывается в эпизодическую память — связные воспоминания о событиях нашей жизни. Ученые доказали, что активность «клеток времени» напрямую предсказывает, насколько хорошо человек впоследствии вспомнит временной порядок элементов. Чем стабильнее их сигнал во время кодирования воспоминания, тем точнее мы можем его восстановить в правильной последовательности.
Тета-ритм: волна, которая все организует
Важную роль в этом процессе играют тета-ритмы — медленные волны мозговой активности с частотой от 4 до 8 герц. Они работают как дирижер, организующий работу нейронного оркестра. Согласно современным теориям, один цикл тета-ритма длительностью около 125 миллисекунд может составлять один «когнитивный момент» — элементарную единицу восприятия.
Внутри этого цикла происходит строгое разделение процессов: одна фаза отвечает за сбор сенсорных данных из внешнего мира, а следующая — за их сравнение с воспоминаниями и построение гипотез. Такой механизм позволяет избежать путаницы между новыми впечатлениями и старыми воспоминаниями. Некоторые ученые полагают, что мозг может использовать фазу тета-ритма для точного временного «штемпелевания» событий, что служит дополнительным механизмом восприятия времени.
Животные и время: жизнь в замедленном повторе
Чувство времени — не исключительно человеческая прерогатива. Исследования показывают, что восприятие времени у разных видов кардинально различается и напрямую связано с размером тела и скоростью метаболизма. Мелкие животные с высоким обменом веществ, такие как мухи или белки, живут как бы в замедленной съемке.
В 2013 году команда Кевина Хили из Тринити-колледжа в Дублине, используя метод критической частоты слияния мельканий, доказала, что маленькие существа воспринимают больше визуальной информации в секунду, чем крупные. Для собаки или кошки мир мелькает чуть медленнее, чем для нас, а для мухи он и вовсе предстает в виде серии более четких «кадров». Это позволяет им реагировать с невероятной скоростью. Таким образом, размер тела и метаболизм задают биологические часы целого вида.
Будущее исследований: проект CHRONOLOGY и связь с ИИ
Одним из самых амбициозных современных проектов в этой области стал CHRONOLOGY, возглавляемый Вирджини ван Вассенхов. В 2025 году проект получил грант в 10 миллионов евро на шесть лет от Европейского исследовательского совета. Его цель — построить полную «карту времени» в мозге. Ученые будут изучать мышей, нечеловекообразных приматов и людей, чтобы выделить общие для разных видов нейронные механизмы.
Параллельно открытия в нейробиологии вдохновляют создателей искусственного интеллекта. Исследователи из NYU Langone Health, изучая мгновенное обучение (когда человек с одного взгляда распознает размытое изображение), создали модель на основе трансформера. Они добавили в архитектуру специальный модуль для хранения «предшествующих знаний» — аналог человеческого опыта. Эта модель, как и мозг, научилась использовать старые знания для мгновенного распознавания нового. Это показывает, как понимание мозга помогает создавать более совершенный и «человеческий» ИИ.
Post Scriptum
Так почему же наше субъективное время так изменчиво? Ответ кроется в работе «клеток времени» и их партнеров. В скучной ситуации мозг создает мало новых эпизодов памяти, и временных меток оказывается недостаточно. В ретроспективе такой период кажется коротким и пустым. Напротив, в момент аварии или яркого праздника мозг в панике или восторге фиксирует огромное количество деталей, создавая множество эпизодов с плотной сетью «клеток времени». Воспоминание становится насыщенным и объемным, поэтому кажется, что событие длилось долго.
Мы — не пассивные наблюдатели, заложники тикающих часов. Мы — творцы собственного времени. Сложный нейронный ансамбль в глубинах нашего мозга непрерывно ткет ткань прошлого, настоящего и будущего, делая каждое мгновение жизни уникальным и наполненным смыслом.
-----
Еще больше интересных постов в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости