우리의 두뇌는 시간을 모니터링 할 수있는 특별한 능력을 가지고 있습니다. 운전자는 노란 빛을 달리는 데 얼마나 많은 시간이 남았는지 판단 할 수 있습니다. 댄서는 밀리 초까지 비트를 유지할 수 있습니다. 그러나 정확히 뇌가 시간을 추적하는 방식은 여전히 미스터리입니다. 연구원들은 운동, 기억, 색 시력 및 기타 기능과 관련된 뇌 영역을 정의했지만 시간을 모니터링하는 기능은 아닙니다. 실제로, 우리의 신경 시간 키퍼는 대부분의 과학자 들이이 메커니즘이 뇌 전체에 분포되어 있다고 가정하고, 다른 영역이 다른 모니터를 사용하여 필요에 따라 시간을 추적하기 위해 다른 영역을 사용한다고 가정했습니다.
.지난 몇 년 동안, 소수의 연구원들은 우주에서 개인의 위치를 모니터링하는 동일한 세포도 시간의 흐름을 표시한다는 증거를 늘리고 있습니다. 이것은 기억과 내비게이션에서의 역할로 유명한 해마와 entorhinal cortex의 두 뇌 영역이 일종의 타이머 역할을 할 수 있음을 시사합니다.
.11 월에 발표 된 연구에서 보스턴 대학교의 신경 과학자 인 하워드 아이 첸 바움 (Howard Eichenbaum)과 협력자들은 그리드 세포 (Grid Cells)로 알려진 뇌의 내부 GPS 시스템을 형성하는 쥐의 세포가 예상보다 더 가단성이 있음을 보여 주었다. 일반적으로 이들 세포는 죽은 리코 닝 시스템처럼 작용하며 동물이 특정 장소에있을 때 특정 뉴런이 발사됩니다. (이것을 발견 한 연구원들은 2014 년에 노벨상을 공유했습니다.) Eichenbaum은 동물이 러닝 머신에서 달릴 때와 같이 동물이 제자리에 유지 될 때 세포가 거리와 시간을 모두 추적한다는 것을 발견했습니다. 이 작업은 뇌의 공간과 시간 감각이 얽혀 있음을 시사합니다.
이 결과는 뇌의 기억과 내비게이션 시스템의 작동 방식에 대한 이해를 넓히는 데 도움이됩니다. 아마도 그리드 셀과 다른 GPS와 같은 셀은 우주에만 조정되지 않았지만 시간, 냄새 또는 맛도 할 수 있습니다. 샌프란시스코 캘리포니아 대학교 (University of California)의 신경 과학자 인 로렌 프랭크 (Loren Frank)는 기억과 해마를 연구하는“해마가하는 넓은 일을 지적 할 것”이라고 말했다. "경험을 인코딩하기위한 관련 축을 파악한 다음 셀을 사용하여 그 경험을 매핑합니다."
.이지도는 차례로 메모리를위한 프레임 워크를 구성하여 끝없는 일련의 과거 경험을위한 조직 시스템을 제공합니다. Eichenbaum은“해마는 공간과 시간 에이 기억의 위대한 주최자입니다. "이것은 다른 사건이 적용되는 시공간 프레임 워크를 제공합니다."
.시간 타일
해마가 시간을 모니터링하는 방법을 연구하기 위해 과학자들은 쥐가 바퀴 나 작은 런닝 머신에서 달리기 위해 쥐를 훈련시킵니다. 이 설정은 동물의 위치와 행동이 일정하게 유지되므로 연구자들은 시간과 관련된 신경 신호에 집중할 수 있습니다. (쥐는 여전히 앉을 수 없으므로 달리는 달리기는 정상적으로 비틀 거리는 행동을 표준화하는 데 도움이됩니다.) 다른 세포가 발사 될 때 뇌 기록에 깊이 이식 된 전극
Eichenbaum의 실험에서 쥐는 정해진 기간 (예 :15 초) 동안 러닝 머신에서 달려 가서 보상을받습니다. 동물이주기를 반복해서 반복함에 따라 뇌는 15 초 간격을 추적하는 법을 배웁니다. 일부 뉴런은 1 초에 발사되고, 다른 뉴런은 15 초가 경과 될 때까지 2 초에, 다른 뉴런은 발사됩니다. Eichenbaum은“각 세포는 전체 시간 간격을 채울 때까지 다른 순간에 발사 될 것입니다. 이 코드는 매우 정확하여 연구자들은 어떤 세포가 활성화되는지를 관찰함으로써 동물이 런닝 머신에 얼마나 오래 있었는지 예측할 수 있습니다. Eichenbaum의 팀은 또한 셀의 속도를 변경하여 셀이 단순히 거리를 표시하지 않도록 실험을 반복하여 런닝 머신의 속도를 변경했습니다. (일부 셀은 거리를 추적하지만 일부는 시간에만 연결되어있는 것 같습니다.)
"시간 세포"라고 불리는이 뉴런은 분명히 시간을 표시 할 수 있지만, 그들이 어떻게하는지는 여전히 명확하지 않습니다. 세포는 스톱워치처럼 행동합니다. 시계를 시작할 때마다 동일한 신경 활동 패턴이 반복됩니다. 그러나 그들은 스톱워치보다 더 적응력이 있습니다. 연구자들이 실험 조건을 예를 들어 실험 조건을 예를 들어 15 초에서 30 초로 연장함으로써 해마의 셀은 새로운 간격에 걸쳐 새로운 발사 패턴을 만듭니다. 스톱워치를 프로그래밍하는 것과 같습니다. 다른 시간 척도를 모두 따릅니다.
또한, 시간 세포는 맥락에 의존한다; 그들은 동물이 가장 중요한 상황에 처할 때만 시간을 표시합니다. 다른 변수가 작용하면 동일한 셀이 다르게 행동합니다. 예를 들어 쥐가 새로운 환경을 탐색하도록 허용하면,이 같은 세포는 공간에 스스로 매핑됩니다. 특정 세포는 동물이 특정 시간에 그렇게하지 않고 특정 위치에있을 때마다 발사됩니다.
뇌의 시공간 매트릭스
Eichenbaum의 작업은 15 년의 신경 과학 연구 추세로 해마가 과학자들이 예상했던 것보다 유연하다는 것을 시사합니다. 연구자들은 전통적으로 그것을 40 년 전에 장소 인코딩 세포에서 발견 된지도 제조업체라고 생각했지만, 증거가 커지면 다른 유형의 정보도 인코딩 할 수 있다는 증거가 증가하고 있습니다. 최신 그림에 따르면, 장소 셀은 공간뿐만 아니라 다른 관련 변수를 매핑 할 수 있습니다. 시간은 그중 하나이지만 다른 사람들은 가능합니다. 예를 들어,“와인 맛보기에는 와인 맛과 냄새가 나갈 수 있습니다.”라고 Frank는 말했습니다.
그러나 많은 과학자들은 여전히 해마를 대부분 공간 구조로 간주합니다. 그들의 주장에 따르면, 신경 회로는 위치를 추적하기 위해 진화했으며 다른 모든 것은 그 위에 기록되어 있습니다. 어바인 캘리포니아 대학교의 신경 과학자 인 브루스 맥 나우 턴 (Bruce McNaughton)은“해마는 본질적으로 근본적으로 공간적 인 코드를 제공한다.
Eichenbaum의 발견은이 관점에 도전하지만 묻지는 않습니다. 존스 홉킨스 대학교 (Johns Hopkins University)의 신경 과학자 인 데이비드 포스터 (David Foster)는“분명히 분명한 것은 장소 세포가 장소를 넘어서 정보를 나타낼 수 있다는 것입니다. "그러나 덜 분명한 것은 순수한 시간의 시간을 위해 코딩 할 수 있는지 여부입니다."
시간이 정해진 런닝 머신 실험에서 쥐는 계산과 매우 유사한 일을하는 것으로 보입니다. 그러나이 세포들이 시간 자체의 흐름을 표시하고 있습니까, 아니면 단순히 시간처럼 보이는 다른 것에 반응하고 있습니까? 하워드 휴즈 의료 연구소 (Howard Hughes Medical Institute)의 Janelia Research Campus의 신경 과학자 인 Eva Pastalkova는“우리는 세포에게 특정 시점에서 발사를 지시하는 운전 원리를 알지 못하지만 시간이라고 생각하지 않습니다. 그들은 시계를 똑딱 거리지 않습니다.”
뉴욕 대학교 신경 과학 연구소의 신경 과학자 인 György Buzsáki는 해마가 시간을 추적하는 방법을 탐구하는 첫 실험을 수행 한 첫 실험을 수행했으며, 시간을 모니터링하기보다는 다른 일을하는 것이 아니라, 미로를 통한 길을 기억하거나 동물의 다음 움직임을 음모하는 것을 기억합니다. 기억과 미래의 계획 모두 시간이 지남에 따라 전개되므로 시간 세포는 단순히 이러한 정신 활동을 반영 할 수 있습니다.
"그것은 저에게 가장 많은 문제입니다. 뇌에 헌신적 인 뉴런이 시간을 추적하는 것 외에 다른 일을하지 않습니까?" Buzsáki가 말했다. "또는 모든 뉴런은 순차적 순서대로 발생하는 기능을 가지고 있으며, 실험자는 시간으로 번역 될 수 있습니까?"
Buzsáki는 해마 세포를 공간이나 시간을 독립적으로 코딩하는 것으로 생각하는 것이 합리적이지 않을 수도 있다고 지적합니다. 인간의 뇌는 종종 시간과 거리를 상호 교환 적으로 고려합니다. "뉴욕이 LA에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 묻는다면, 당신이 얻는 대답은 3,000 마일, 비행으로 6 시간입니다." "오래된 언어에서는 거리가 일반적으로 주어졌습니다 (한 계곡에서 다른 계곡으로가는 데 걸리는 날 - 거리가 아니라 계산하기 쉬운 일몰 수)."
.Buzsáki의 경우 문제는 신경 과학을 넘어 물리학에 도달합니다. 물리학 자들은 시공간을 응집력있는 4 차원 실체로 간주하며, 우주의 대상과 사건이 내장 된 직물입니다. “신경 과학은 물리학의 오래된 문제로 다시 수렴해야합니다. 장소와 시간 세포가 있습니까? 아니면 뇌에 단일 시간 공간-콘티 누움 표현이 있습니까?” Buzsáki는 말했다.
메모리 맵
Eichenbaum은 이러한 추상적 인 질문에 덜 관심이 있습니다. 그의 목표는 추억을 형성하는 데 시간이 걸리는 역할을 풀는 것입니다. "오늘 아침에 한 일을 기억할 때, 당신은 그들이 일어난 순서대로 사건을 기억합니다." “해마는 어떻게 기억을 정리합니까?”
해마에 손상을 입은 사람들은 종종 새로운 추억을 만들 수 없습니다. 뇌의 많은 부분을 제거하기 위해 lobotomy를 가진 유명한 환자 H.M.은 매일 의사에게 계속해서 자신을 소개했습니다. 그러나이 환자들은 또한 실험에 제시된 일련의 단어 나 대상을 기억하는 데 어려움을 겪고 있습니다. "해마는 일련의 사건의 시간 순서를 기억하는 능력을 어떻게 지원합니까?" 아이 첸 바움이 말했다.
Eichenbaum은 경험을 나타내는 순차적 사건이 첨부되는 타임 라인을 제공하는 것으로 시간 세포를 구상합니다. 그는 추억이 영화라면 시간 셀이 개별 프레임을 순서대로 두는 것이라고 말했다. 그의 팀은 다른 사건으로 시간 지연을 산재하는 실험을 계획하고 있으며,이 사건이 발생한 순서를 기억하기 위해 시간 셀이 코드를 수정하는 방법을 확인합니다. "나는 해마가 시계라고 생각하지 않는다"고 그는 말했다. "하지만 시계를 사용하여 메모리에서 일이 일어 났을 때 정리를 유지하기 위해 매핑하고 있습니다."
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