Вместо единен часовник, с който нашият мозък може да оценява промеждутъците от време, вероятно разполагаме с огромен набор невронни хронометри, включващи се в отговор на различни ритмични рисунки, постъпващи в мозъка с външните стимули.
Една от най-големите загадки на мозъка е това как той се справя с времето. Ние интуитивно разбираме какво се е случило по-рано и какво – по-късно, и колко време е изминало между събитията, пише Medical Xpress.
Но какви невронни механизми работят тук, учените и досега не си представят добре.
Очевидно в основата на чувството за време трябва да има ритмична активност, която да дели времевия поток на равни части. Една от разпространените хипотези на тази тема говори за съществуването на собствен часовник в мозъка – група неврони, които сравняват произтичащото навън със своя ритъм.
Но са възможни и други обяснения – според изследователите от Пекинския педагогически университет мозъкът може да отчита външните ритми, които идват към него със зрителните, слуховите и прочие стимулатори. Тоест има „часовници“, но те се пускат отвън и притежават различен ход.
Но ако ритъмът се задава отвън, то по какъв начин невронната мрежа успява да поддържа възбудени колебания? Както знаем, входящият импулс ражда отговор в неврона и това се случва доста бързо, тоест преди невронът да предаде втори импулс от ритмичната серия, той вече е забравил за първия.
С други думи, двата стимула, макар и с една природа и напълно ритмични, ще се възприемат като нещо несвързано помежду си. Но за да влезе ритъмът в невронната мрежа, всичко трябва да е различно – в невроните трябва да остава памет за предишния стимул, за да се окаже следващият свързан с него.
В сп. PNAS Си У и колегите му предлагат модел на невронни часовници, които задържат за доста дълго време паметта за ритмичните стимули. Моделът се строи върху невронна верига, способна да обедини много клетки, но която е защитена от синхронно възбуждане.
Обикновено, ако говорим за група неврони, свързани помежду си, то едновременно смятаме, че входящият импулс трябва да възбужда едновременно всички клетки от групата или да прави това с нищожно забавяне.
В тази мрежа, която описват изследователите, нещата стоят малко по-различно: в нея влизат неврони, съединени само с някои съседи, и други неврони, които изпълняват функцията на центрове, тоест осигуряват мигновеното включване едновременно на голям брой други клетки.
Невроните в такава мрежа са съединени от различни синапси – едни съединения представляват прости електрични синапси, други – химични, които позволяват да се регулира съответствието между входящите импулси и възбуждането на приемащия неврон.
Как се случва всичко това? Стимулът предизвиква пробягващ импулс по пръстена (мрежата) от неврони и времето на неговия път зависи от дължината на мрежата, от това колко клетки влизат в нея. Сигналът по този пръстен може да пробяга няколко пъти, но тук няма ритмична отбивка – сигналът бяга, но е трудно да се каже къде е неговото начало и къде – краят му.
Към тази мрежа са съединени невроните центрове, които трудно се възбуждат, но самите те лесно възбуждат своите съседи. За да се инициира клетката център, към нея трябва да потече усилен сигнал – например двоен. Такъв неврон може да бъде съединен с две мрежи с еднаква дължина и тогава периодично върху него ще постъпва двоен сигнал. И в този момент невронът център ще провокира масов импулс към всичките си приемници и този импулс ще бъде ритмична отбивка.
Самият размер на ритъма в този случай се определя от различни пръстени, примки, вериги лесновъзбудими неврони, които задържат първоначалния ритмичен сигнал. От конфигурацията на тези пръстени, както и от това как в тях са построени трудновъзбудимите центрове и колко усилия са необходими, за да се пуснат те в действие, ще зависи редуването на масовите ритмични импулси.
Главното тук е изборът на подходяща невронна примка в момента, когато отвън постъпва ритмичен сигнал – мозъкът трябва да избере подходящите „часовници“, които да съответстват на конкретния ритъм.
Разбираемо е, че огромна роля тук ще играе синаптичната пластичност, позволяваща да се престрояват невронните мрежи в зависимост от текущата задача. Освен това авторите смятат, че такава часовникова система трябва да представлява безмащабна мрежа, макар това изискване да не е задължително да се изпълнява прекалено строго – главното е в системата да има много неврони с малък брой съединения („съхранители на ритъма“) и малко неврони с голям брой съединения (неврони центрове).
С други думи, моделът се отказва от единен часовников център в мозъка и ни предлага в замяна доста пластична (но и доста неикономична) система, която поглъща различните ритми отвън.
