Представьте себе рой светлячков, мерцающие огни, включающиеся и выключающиеся в ночном пространстве. Как человеческий мозг обрабатывает и интегрирует информацию о длительности и пространственном положении, обеспечивая это видение? Этот вопрос задали Валерия Чентанино, Джанфранко Фортунато и Доменика Буэти из группы когнитивной нейронауки SISSA в своем исследовании, опубликованном в Nature Communications .
Исследование подчеркивает существование функциональной иерархии в коре головного мозга человека, где задние области — те, которые первыми получают визуальную информацию — обрабатывают пространство и время вместе. Напротив, в теменных областях и, тем более, в лобных областях, которые позже участвуют в обработке информации , пространство и время постепенно разделяются. Более того, способ кодирования времени различается в этих областях мозга .
В затылочных областях, где пространство и время обрабатываются вместе, время кодируется в активности той же нейронной популяции , которая становится пропорционально более активной с увеличением длительности. В теменных и лобных областях, напротив, где связь между пространством и временем постепенно слабеет и в конечном итоге исчезает, время кодируется различными нейронными популяциями, каждая из которых избирательно реагирует на определенные длительности. В теменных областях, в промежуточном положении этой иерархии, наблюдается сосуществование механизмов кодирования длительности, а время и пространство обрабатываются либо вместе, либо независимо.
Эксперимент: Визуальные стимулы в разных положениях экрана
«Как человеческий мозг обрабатывает визуальную информацию, изменяющуюся как в пространственном положении, так и в длительности?» Этот вопрос был движущей силой исследования. «Мы хотели понять, обрабатываются ли пространство и время независимо или нет», — объясняют авторы исследования.
Чтобы смоделировать то, что может произойти в реальности, они попросили молодых здоровых участников оценить длительность визуального стимула, представленного в разных местах на экране в течение разного количества времени. Во время этого задания нейронные реакции регистрировались с помощью пространственной магнитно-резонансной томографии высокого разрешения (фМРТ).
Задняя кора: пространство и время обрабатываются вместе
«Мы обнаружили, что связь между пространством и временем в человеческом мозге не является фиксированной, а зависит от задействованных областей мозга. В задней части нашего мозга, особенно в затылочной зрительной коре, связь сильна, поскольку пространство и время обрабатываются одними и теми же нейронами.
«Эта область, специализирующаяся на получении визуальных сигналов, реагировала как на положение, так и на продолжительность стимула: чем дольше время просмотра, тем выше активность мозга в этих популяциях нейронов», — объясняют Чентанино, Фортунато и Буэти.
Изменения параметров pRF. Кредит: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54336-5
Передняя кора: отдельные нейроны для пространства и времени
Однако в передних областях эта связь исчезает. В лобных премоторных областях, участвующих в подготовке движения, время обрабатывается независимо от положения зрительного стимула. Отдельные популяции нейронов обрабатывают пространство и время.
Более того, авторы добавляют: «Длительность кодируется иначе, чем в задних областях. Здесь отдельные нейронные популяции предпочтительно реагируют на определенные длительности, а нейронные популяции, которые предпочитают схожие длительности, смежны на поверхности коры, образуя то, что мы могли бы назвать «временными картами»».
Промежуточная кора: Разнообразие механизмов
В промежуточной области этой кортикальной иерархии, а именно в теменной коре , которая известна своей интеграцией различных источников информации и функционально расположена между затылочной и лобной премоторной корой, связь между пространством и временем многогранна.
Трое исследователей объясняют: «Некоторые популяции нейронов реагировали как на положение, так и на продолжительность стимула, в то время как другие реагировали только на один из этих параметров. Реакция на время в некоторых случаях была монотонной, как в затылочной коре , в то время как в других она демонстрировала избирательность в отношении определенных длительностей, подобно передним областям».
Функциональная иерархия в обработке времени
«Это исследование, — заключают Чентанино, Фортунато и Буэти, — расширяет наше понимание того, как пространство и время, два фундаментальных аспекта нашего восприятия мира, обрабатываются и интегрируются в человеческом мозге».
«Более того, это проливает свет на наличие функциональной иерархии в обработке времени. Существование множественных профилей реагирования на длительность стимула, наряду с их особой связью с пространственной обработкой, предполагает, что различные области мозга вносят различный вклад в обработку и восприятие времени».
Спасибо за увлекательную статью! Мне всегда было интересно, как наш мозг справляется с восприятием времени и пространства. Это действительно удивительно!
Вопрос о том, как мозг обрабатывает информацию, всегда меня волновал. Интересно, есть ли у вас данные о том, как это может влиять на наше восприятие реальности?
Удивительно, как светлячки могут стать метафорой для работы нашего мозга. Я сама когда-то занималась нейробиологией и знаю, насколько это сложный процесс.
Я никогда не задумывался о том, как время и пространство взаимодействуют в мозге. Эта статья открыла для меня новые горизонты! Спасибо!
Интересно, как исследование таких явлений может повлиять на практические аспекты, например, на разработку технологий виртуальной реальности. Есть ли у вас мысли на этот счет?
Я всегда считал, что восприятие времени зависит от нашего опыта. Может ли существовать связь между личным жизненным опытом и тем, как мы воспринимаем пространство?
Огромная благодарность авторам исследования! Это действительно вдохновляет, и я верю, что понимание этих процессов может изменить подход к обучению.
Замечательная аналогия со светлячками! Это напоминает мне о том, как мы воспринимаем события в нашей жизни – как единый поток света.
Я заинтересовалась когнитивной нейронаукой после прочтения этой статьи. Есть ли рекомендованные книги или статьи для дальнейшего изучения?
Мне кажется, что понимание того, как мозг воспринимает время и пространство, может помочь в терапии различных расстройств. Есть ли такие исследования?
Эта тема действительно актуальна, особенно в свете современных технологий. Как вы думаете, изменится ли наше восприятие с развитием искусственного интеллекта?
Я заметил, что иногда теряю ощущение времени, когда погружаюсь в творчество. Связано ли это с тем, о чем вы пишете в статье?
Благодарю за такую глубокую статью! Она заставила меня задуматься о том, как наш мозг создает наше восприятие мира.
Очень интересно! Есть ли исследования о том, как различные культуры воспринимают время и пространство по-разному?
Такая информация может быть полезна для педагогов! Замечательная статья, полезно знать, как работаем мы и наши ученики.
Я всегда считал, что время и пространство – это отдельные измерения. Теперь мне стало понятно, что они тесно связаны в нашем восприятии. Спасибо за enlightening пост!