Дин Буономано - Мозг – повелитель времени

• Название: Мозг – повелитель времени
• Автор: Дин Буономано
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-095335-6

Где хранятся наши воспоминания и можно ли предвидеть будущее? Человеческий мозг совершенно по-особому относится ко времени, отсюда и шестое чувство, и ощущение быстротечности и стремительности жизни. Как это работает, выяснил известный американский нейробиолог Дин Буономано с помощью результатов революционных исследований. Как же наш мозг ощущает и считывает время? Что такое чувство времени? Как связано оно с распознаванием речи и музыки? Можно ли на самом деле путешествовать во времени? Ответы – в этом бестселлере серии «Большая наука».

---

Способность правильно распределять физиологические функции, предвидеть восход солнца и прием пищи является полезной адаптацией, но если биологический ритм не соответствует ритму внешнего мира, могут возникнуть столь серьезные проблемы, что лучше вовсе обойтись без внутренних часов. Возможно, когда-нибудь люди переселятся на другие планеты, и маловероятно, что период вращения какой-нибудь планеты из зоны обитаемости будет находиться в резонансе с нашим биологическим ритмом. Например, период вращения Марса близок к земному (24 ч и 39 мин), а вот на Меркурии «сутки» длятся более 58 земных суток. Таким образом, если этот момент наступит, возможно, правильнее будет не бороться со своими внутренними часами, а отключить их навсегда.

ПРИНЦИП МНОЖЕСТВЕННОСТИ ЧАСОВ

Атомные часы в Национальном институте стандартов и технологий необычны не только тем, что обладают сверхъестественной точностью, но и тем, что измеряют время в невероятно широком диапазоне – от наносекунд до лет. Умеют ли биологические часы, спрятанные в супрахиазматическом ядре, определять время в разных временны́х диапазонах? С ними ли связана наша способность отличать целую ноту от половины ноты, оценивать время ожидания в кафе или контролировать 28-дневный менструальный цикл?

Один из первых подходов к решению этого вопроса заключался в том, чтобы понять, влияет ли изменение биологического ритма людей, находившихся в изоляции от внешнего мира, на их способность оценивать события в более коротких временны́х интервалах. В одной серии экспериментов добровольцев просили нажимать на кнопку каждый раз, когда, по их мнению, прошел один час. В период 16-часового бодрствования один человек нажимал на кнопку примерно каждые 2 ч, а в период 44-часового бодрствования – примерно каждые 3,5 ч. В целом наблюдалась корреляция между длительностью циркадного цикла и субъективной оценкой часового интервала. На этом основании можно было заключить, что биологические часы служат для оценки самых разных временны́х интервалов, включая такие короткие, как в музыкальных ритмах или сигналах светофора. Но оказалось, что это не так. Когда людей просили нажимать на кнопку через интервалы в пределах от 10 до 120 секунд, устойчивой связи с длительностью биологического цикла не наблюдалось.

Отсутствие связи между периодом циркадного ритма и оценкой интервалов времени в пределах нескольких секунд или минут вполне соответствует экспериментальным данным, которые показывают, что для определения времени в разном диапазоне у животных имеются разные инструменты62. Например, в экспериментах с грызунами было показано, что мутации, нарушающие циркадный ритм, или повреждения супрахиазматического ядра не влияют на способность оценивать длительность событий, происходящих в пределах нескольких секунд63. В следующей главе мы поговорим о том, как ученые догадывались о субъективных ощущениях животных относительно длительности интервалов времени.

Механизм циркадного ритма не связан с нашей способностью оценивать время в пределах секунд. Структура элементов и принцип действия циркадного ритма не позволяют этому механизму измерять столь краткие интервалы времени. Другими словами, у этих часов нет ни секундной, ни минутной стрелки. Реакции транскрипции и трансляции протекают слишком медленно, чтобы их можно было приспособить для отслеживания смены сигнала светофора. Это не означает, что циркадные часы не влияют на оценку времени в других диапазонах, они могут это делать. Но лишь по той причине, что циркадный ритм косвенным путем влияет на множество физиологических и когнитивных функций, включая обучение, память, скорость реакции и внимание – вот почему лучше не садиться в самолет к пилоту, переживающему джетлаг, и не встречать на шоссе невыспавшегося водителя грузовика64.

А как мозг оценивает более длительные интервалы времени? Участвуют ли циркадные часы в оценке событий, происходящих в более медленном инфрадианном ритме65?

Луна оборачивается вокруг Земли примерно за 29,5 суток. Этот цикл оказал глубокое влияние на формирование человеческой культуры. Большинство ческой культуры. Большинство календарей, включая наш современный григорианский календарь, основаны на смене примерно 12 полнолуний, происходящих за один год. И во многих языках прослеживается связь между словом «луна» (или «месяц») для обозначения небесного тела и словом «месяц» для обозначения длительности времени.

ПОСКОЛЬКУ ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ МЕНСТРУАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ОЧЕНЬ БЛИЗОК ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ К ЛУННОМУ МЕСЯЦУ, ЛУНЕ ОТВОДИЛИ ВАЖНУЮ РОЛЬ В ДЕТОРОЖДЕНИИ. ПО-ВИДИМОМУ, ЭТО ПРОСТОЕ СОВПАДЕНИЕ, ПОСКОЛЬКУ МЕНСТРУАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ДРУГИХ ПРИМАТОВ МОЖЕТ БЫТЬ НАМНОГО ДЛИННЕЕ И НАМНОГО КОРОЧЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО. ПОЭТОМУ, КРОМЕ ОЧЕВИДНОГО ФАКТА, ЧТО ЛУННЫЙ СВЕТ МОЖЕТ ВЛИЯТЬ НА СОН И СОЦИАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ, НИКАКИХ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВЛИЯНИЯ ФАЗ ЛУНЫ НА ФИЗИОЛОГИЮ ЧЕЛОВЕКА ПРАКТИЧЕСКИ НЕ СУЩЕСТВУЕТ.

Уже давно существует предположение, что фазы Луны влияют на физиологию человека. Например, как показывает термин «лунатизм», раньше считалось, что в полнолуние некоторые люди сходят с ума. Теперь ученые полагают, что эта идея возникла по той причине, что изменение характера сна, вызванное светом полной Луны, могло провоцировать приступы эпилепсии или биполярного расстройства. Кроме того, поскольку человеческий менструальный цикл очень близок по длительности к лунному месяцу, Луне отводили важную роль в деторождении. По-видимому, это простое совпадение, поскольку менструальный цикл других приматов может быть намного длиннее и намного короче человеческого. Поэтому, кроме очевидного факта, что лунный свет может влиять на сон и социальную активность, никаких доказательств непосредственного влияния фаз Луны на физиологию человека практически не существует66.

Однако Луна играет важную роль в физиологии многих животных. В частности, развитие и периоды спаривания некоторых морских беспозвоночных синхронизированы с лунным циклом. В естественной среде Луна – главный источник света по ночам. Полная Луна помогает хищникам отыскивать потенциальных жертв, так что наиболее уязвимые фазы жизненного цикла некоторых животных происходят вне периода полнолуния. Какие-то животные спариваются в зависимости от фазы Луны. Половое размножение путем внутреннего оплодотворения требует, чтобы самец и самка находились в одном и том же месте в одно и то же время. Для животных с внешним типом оплодотворения это условие не является обязательным, но все же важно, чтобы самец и самка нерестились примерно в одно и то же время. Морские черви (сегментированные беспозвоночные животные, родственные земляным червям) в сезон спаривания ориентируются на фазы Луны в качестве синхронизирующего сигнала для выпуска икры и спермы. Благодаря этой синхронизации миллионы червей оказываются на поверхности одновременно, что некоторые народы успешно используют в гастрономических целях. Кроме того, жители некоторых индонезийских островов по моменту нереста морских червей определяют начало новогодних праздников67.

Наличие циркалунного ритма у морских червей можно продемонстрировать в эксперименте с определением свободного циркадного ритма в лунном варианте. Циркалунные часы сначала нужно настроить, но не по солнечному, а по лунному свету (в лабораторных условиях – путем включения слабого света ночью на несколько часов). Если в период тренировки червей выдерживать в условиях нормальной смены дня и ночи, у них все равно наблюдается 30-суточный репродуктивный цикл. Как им это удается? Используют ли они внутренние часы в качестве маятника с периодом колебания 1 день и отсчитывают 30 колебаний? Если это так, нарушение работы внутренних часов должно изменять длительность репродуктивного цикла. Но это не так: когда морским червям давали препарат, сдвигавший их циркадный ритм, они все равно сохраняли 30-суточный циркалунный цикл размножения68. Это еще одно доказательство в пользу существования в организме нескольких типов биологических часов.

МОРСКИЕ ЧЕРВИ (СЕГМЕНТИРОВАННЫЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ ЖИВОТНЫЕ, РОДСТВЕННЫЕ ЗЕМЛЯНЫМ ЧЕРВЯМ) В СЕЗОН СПАРИВАНИЯ ОРИЕНТИРУЮТСЯ НА ФАЗЫ ЛУНЫ В КАЧЕСТВЕ СИНХРОНИЗИРУЮЩЕГО СИГНАЛА ДЛЯ ВЫПУСКА ИКРЫ И СПЕРМЫ. БЛАГОДАРЯ ЭТОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МИЛЛИОНЫ ЧЕРВЕЙ ОКАЗЫВАЮТСЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ОДНОВРЕМЕННО, ЧТО НЕКОТОРЫЕ НАРОДЫ УСПЕШНО ИСПОЛЬЗУЮТ В ГАСТРОНОМИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ.

Мы видим, что устройства, отсчитывающие время в теле и в головном мозге, отличаются от часов, сделанных руками человека. Одни и те же рукотворные часы могут отсчитывать миллисекунды, секунды, минуты, дни и месяцы нашей жизни. Но в соответствии с принципом множественности внутренних часов у мозга есть разные механизмы для отсчета разных отрезков времени.

***

Предвосхищение суточных изменений освещенности, температуры и наличия пищи настолько важно, что практически все формы жизни от бактерий до Homo sapiens имеют высокоточные циркадные часы. Однако циркадные часы так же хорошо подходят для определения времени переключения сигнала светофора, как солнечные часы для измерения скорости бега на стометровку – это часы для решения лишь одного типа задач.