Ученые изучают восприятие человеком квантов времени при помощи уникального аппаратно-программного комплекса
Почему для детей время течет медленнее, а для взрослых — быстрее? Почему в стрессовой ситуации мы можем вспомнить все? Ответы или, по крайней мере гипотезы, объясняющие эти непростые загадки нашего мозга, мы получили в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт». Недавно здесь разработали оборудование и программу, позволяющие определить у отдельного взятого индивидуума чувство времени. Корреспондент «МК» стала одной из тех, на ком ученые проверили новую систему.
Эти два прибора, в принципе, нам хорошо знакомы — МРТ (магнитно-резонансный томограф) и ЭЭГ (электроэнцефалограф). Но мало кто знает, что вместе они позволяют одновременно получать высокое временное разрешение при помощи энцефалографа и высокое пространственное разрешение с помощью томографа. Здесь регистрируют быстрые события, происходящие в пределах миллисекунд. Например, благодаря новой аппаратуре у больных эпилепсией удается поймать и отследить время начала эпилептического припадка и точно определить локализацию очага эпилептической активности. Это нужно для того, чтобы врачи смогли произвести более целенаправленное хирургическое вмешательство в мозге у сложных пациентов. Раньше это не удавалось никому, теперь стало возможным и уже внедряется в ряде российских клиник.
Та же взаимосвязь: зона мозга и время возникновения той или иной мыслительной реакции — важна и для определения у человека чувства времени. Это новая работа лаборатории нейрокогнитивных технологий Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий, по которой ее сотрудники недавно выпустили монографию.
— Чувство времени является для людей одним из основополагающих, — говорит ведущий научный сотрудник комплекса, кандидат биологических наук Вадим Ушаков. — С детства мы начинаем выстраивать свою картину мира и постепенно обнаруживаем в окружающей реальности все больше причинно-следственных связей. Для адекватного восприятия мира необходимо чувствовать время, отделяя прошлое от настоящего и будущего, а также понимать, что из чего вытекает. Конечно, наша главная задача — помочь людям с ярко выраженными отклонениями от нормы. К примеру, иногда случается, что у человека размыты временные границы, и в его реальности события прошлого переплетаются с настоящим, или ему кажется, что они произойдут в будущем. Есть люди, которые из-за отсутствия чувства времени путают настоящее и события из мира фантазий, снов, страхов, не имеющие отношения к реальности. Конечно, в таких случаях необходима профессиональная помощь психиатров, чтобы попытаться отделить иллюзии от настоящего.
Однако временные границы важно изучать не только с целью борьбы с явными патологиями, но и вообще для понимания процессов, протекающих в мозге.
Как мы «зеркалим» чувство времени
Логика наших действий основывается на причинно-следственных связях и чувстве времени. Но вместе с этими внутренними чувствами и связями у нас в мозге, по словам ученых, очень активно работают так называемые зеркальные нейронные системы.
— Существуют нейроны, которые отражают свое представление о совершаемых действиях во времени, — подключается к разговору коллега Ушакова, молодой научный сотрудник комплекса НБИКС-природоподобных технологий Сергей Карташов. — В зеркальных мирах мы должны сначала проиграть все события, после чего мозг примет данный тип поведения, и запомнит, к чему он привел — к удаче или неудаче. В случае последней мозг пересмотрит ранее выбранное поведение и попытается в будущем применить другой путь.
Зеркальные нейроны также задействованы при распознавании намерений других людей, их мыслей, чувств и будущих действий, — добавляет исследователь. — Вот кто-то сел за накрытый стол, и мы понимаем, что сейчас он будет кушать. Это подсказывают нам наши зеркальные системы, которые в момент созерцания того или иного действия активизируются так, как будто мы сами это действие выполняем. Если видим плачущего человека, мы понимаем, что он страдает, потому что у нас есть зеркальные системы, которые также активируются, как если бы страдали мы сами. Это то, что мы называем эмпатией. Так же мы определяем добрых, злых людей, — достаточно нам взглянуть на их лицо. Понять кошек и собак нам сложнее, потому что они устроены по-другому, и мы не можем «зеркалить» их адекватно.
— Но как зеркальные нейроны связаны с чувством времени?
— Без этой связи мы не могли бы выполнять логических действий. Ведь нам только кажется, что пришла мысль встать, поднять, руку и т.п., и мы тут же совершили это действие. На самом деле перед этим действием мозг за сотые доли секунды проигрывает, моделирует каждый наш жест. Ему все известно заранее. И проигрывает наперед он не только наши действия, но и временные промежутки.
Это пока гипотеза, и в Курчатовском институте мы ее решили проверить: существует ли такая система нейронов, которая активирует чувство времени в голове? И если они есть, то где локализованы?
— До вас никто не задавался таким вопросом?
— До нас было доказано только, что существуют зеркальные нейроны, — поясняет Карташов. — Это установил итальянский нейрофизиолог Джакомо Ризолатти. Однажды он забыл выключить электрод, вживленный в мозг неподвижно сидящей обезьянки, и потянулся за бананом на ее глазах. Программа записала разряд, возникший в мозге животного в этот момент. Этот разряд соответствовал мнимому поднятию руки. То есть мозг обезьянки сразу «срисовал» действие экспериментатора.
Мы задались целью установить точную связь зеркальных систем с восприятием времени. Для этого необходимо было изучить, как такие системы участвуют в восприятии времени, течении времени и его прогнозировании, как мозг дробит «кванты времени». Мы впервые решили проверить на человеке.
Испытание «музыкальной шкатулкой»
Итак, в роли одного из участников научного опыта выступает корреспондент «МК». На меня надевают датчики ЭЭГ и загружают в аппарат МРТ. Те, кто проходил обследование при помощи томографа, знают, какими неприятными звуками сопровождается это действие. Для тех, кто не проходил, сравните звуки с «музыкальной шкатулкой», в которую сажали иностранные агенты нашего сотрудника КГБ Павла Синицына в фильме «Ошибка резидента». Так вот если Павел (его играл Михаил Ножкин) обдумывал, как ему обвести вокруг пальца политического противника, я под режуще-свистящие звуки, которые периодически сменялись просто стуком, должна была просто отмерять отрезки времени. Сначала повторяла короткие отрезки за другими людьми по звуку, нажимая пальцем специальную кнопку. Когда эти отрезки составляли 0,8–1,5–2 секунды, повторять было легко, — я просто улавливала правильный ритм. С увеличением продолжительности временных интервалов повторы получались все хуже. По крайней мере, мне самой так казалось. Когда же передо мной оказался только экран с появляющимися и исчезающими точками (без образца для подражания) последовала команда оператора: «Теперь постарайтесь определять интервалы самостоятельно, воспроизводя ритм мигающих точек по памяти. Только ни в коем случае не считайте, — воспроизводите временные отрезки исключительно по тому, как вы их чувствуете, а мы при помощи электроэнцефалограммы и данных функциональной МРТ попробуем определить зоны вашего мозга, которые отвечают за определение временных границ».
Вывод, который я получила по окончании полуторачасового пребывания в камере МРТ, меня не слишком порадовал, — я делала ошибки при выполнении задания и часть данных из дальнейшего анализа будет убрана. Надо признаться, что во время эксперимента, я, как ни старалась держаться, все равно на секунды проваливалась в сон, — уж очень убаюкивал меня монотонный «метроном» томографа, к которому я со временем привыкла.
— Это нормально, — успокаивал меня после Вадим Ушаков. — Мы видели ваши «провалы», — в этот момент энцефалограф показывал соответствующие изменения в ритмах головного мозга. Если честно, мы удивились этому, потому что обычно людям, участвующим в нашем эксперименте, не до сна, они находятся в состоянии стресса.
— Видимо, в моем случае сказалась бессонная ночь за написанием текста и высокий уровень доверия ученым. И все-таки вы сейчас можете сказать, какие же зоны были задействованы в моем мозге при отсчете отрезков времени?
— Да, сделав большую выборку людей, в которую вошли и вы, мы определили, что к работе были подключены моторные, ассоциативные зоны, лобные отделы, — сообщил исследователь. — Теперь наша задача изучить полученные данные на предмет определения, не только включенных в работу зон, но и их причинно-следственных связей. Кто там был ведущим, а кто — ведомым.
— Для чего это нужно?
— Без понимания направленной передачи сигналов у нас не будет целостной картины процесса. А он, как мы говорили, нужен для понимания всех наших действий. К примеру, для распознавания текста. Мы слышим отдельные буквы, словосочетания, а мозг-то воспринимает речь целиком, значит, он как-то успевает связать все эти разрозненные инструменты воедино, объединяя их во времени.
В некоторых случаях наш мозг способен даже раньше отзеркалить событие и понять, что будет сказано еще до того, как это будет произнесено.
К примеру, прозвучала команда: «Бросай!» У человека тут же, спустя всего 80 миллисекунд (!), активируются моторные зоны. А осознание действия в речевых структурах мозга придет только через 300 миллисекунд. То есть наш мозг реагирует на все 200 миллисекунд раньше самого человека.
— Что вы видели на своем компьютере, когда я отмеряла участки, лежа в МРТ?
— Весь ваш мозг мы отсканировали таким образом, что получили около 4 тысяч его объемов во времени, при этом каждый объем был составлен из 140 тысяч (!) его отдельных объемов порядка 8 кубических миллиметров. Это огромные ряды информации, в основном цифровой, которые позволят нам сказать, чем, к примеру, механизм автоматического, ритмичного восприятия времени отличается от произвольного, который зависит только от временнóго «контролера», сидящего в вашей голове. На ваших данных и результатах других испытуемых мы, например, показали, что в процессах отмеривания интервалов времени и при наблюдении за отмериванием интервалов времени активируются районы головного мозга, включающие в том числе сеть «двигательных» зеркальных нейронов.
Активность субъективно ускоряет наше время
— Здоровому человеку можно «подтянуть» свое чувство времени? — спрашиваю я Ушакова.
— Наверное, можно. Вы никогда не слышали о квантовом принципе, по которому может работать наше сознание?
— Честно говоря, нет.
— Когда мы не успеваем различить два события, и они сливаются для нас в одно. Представьте, что вам для зрительного восприятия дают два различных стимула — какую-то картинку и следом — яркую вспышку света. Затем определяют, получилось ли у вас идентифицировать оба стимула. В ходе такого эксперимента было установлено, что временной интервал между стимулами имеет принципиальное значение. В случае очень коротких промежутков между стимулами (до 20 миллисекунд), испытуемый осознает только вспышку света, как более яркое событие, которое забивало менее яркое. Чем продолжительней был интервал между стимулами, тем отчетливей испытуемый мог дифференцировать два события. Таким образом, получается очень интересный вывод: если так квантово мы воспринимаем два стимула в эксперименте, значит, и мир в целом мы воспринимаем также, — наше сознание просто не в состоянии различить более мелкие события, происходящие с интервалами ниже 40–50 миллисекунд.
— Потрясающе! Значит, теоретически мы каждую секунду упускаем из поля зрения что-то важное, какие-то события вокруг, людей, звуки? Может, там, в пределах 20 миллисекунд, и прячется от нас какой-нибудь загадочный параллельный мир?
— Не могу ничего сказать про параллельный мир… Лучше использовать другую формулировку: с помощью головного мозга мы видим не все, а то, что мозг «хочет» нам показать — некую иллюзию мира. Мозг, сканируя покадрово, сам достраивает картину мира, чтобы события нам казались непрерывными. Особенно это видно в экспериментах с гипнозом.
Но что касается, исследований, связанных с улучшением внимания, мы показали, в каких структурах мозга это может теоретически реализовываться. Если нам удастся определить границу отсчета «квантов времени», возможно, мы сможем как-то влиять на ее расширение, что позволит включить даже самые скоростные события в нашу реальность.
Этот же механизм можно попытаться использовать и для открытия некоего временного окна в прошлое, для прокручивания всех мельчайших событий нашей жизни. Люди, пережившие сильные стрессовые ситуации, рассказывают, что в тот момент словно вся жизнь пронеслась перед глазами. И это не образное выражение — люди в экстремальные моменты жизни действительно за секунды в деталях видят события прошлого, начиная с самого рождения.
Получается, что время за «воротами памяти», с одной стороны, очень скомпоновано, все причинно-следственные связи нашей жизни уложены в очень маленький кейс. Но мы можем в какие-то моменты получать доступ к этому кейсу и просматривать все, что в нем находится, причем единомоментно!
— Что это могло бы дать нам?
— К примеру, развить способности к моментальному запоминанию тысяч слов, человеческих лиц. Есть люди с фотографической памятью — увидел один раз и запомнил всю обстановку в деталях. Есть мнение, что все это может быть связано именно с чувством времени.
— Есть еще волнующий меня вопрос: почему для одних время бежит быстро, для других медленно? Отчего это зависит?
— Мы мыслим нейронами, внутри нас нет никаких маленьких существ, которые рождают наши мысли, — поясняет Сергей. — А значит, и наше восприятие времени зависит от нейронов: чем быстрее они разряжаются, передавая информацию друг другу в соседние зоны мозга, тем быстрее, как нам кажется, течет время. То есть, на субъективное восприятие времени может оказывать влияние обычный метаболизм.
— Слышала другую версию на этот счет. Она гласит, что именно у детей время течет дольше, потому что психологически они еще не осознают границ времени, у них впереди целая необъятная жизнь… Но ближе к старости человек легче сравнивает временные промежутки между собой, меряет время десятилетиями, потом пятидесятилетиями. Опыт порой упущенного зря времени опять же учит его тому, что это очень быстротечная субстанция.
— Возможно, возраст имеет значение, но все-таки метаболизм здесь играет первостепенную роль. Богатство индивидуального жизненного опыта позволяет взрослому человеку воспринимать события ярче, оценивая их со всех сторон (при этом оказываются задействованы различные зоны мозга). Ребенок же, сталкиваясь с новым явлением, сопоставляет его с меньшим количеством событий. Скорее всего, на субъективное восприятие скорости времени влияет именно количество индивидуального опыта, который мы можем извлечь в единицу времени.
— Не раз ловила себя на том, погрузившись в любимую работу, я не замечаю, как проносится время, — поднимешь голову, а за окном уже вечер.
— Такое бывает, если человек выполняет важную для него работу в отведенный промежуток времени. Тут играет роль здоровая доля легкого стресса, которая тоже может «ускорять» время.
На прощание исследователи Курчатовского института дали читателям «МК» полезный совет: необходимо постоянно подпитывать нейроны новыми задачами, расширяющими мировоззрение, обучающими нас чему-либо. Таким образом происходит тренировка мозга. Ученые, достигшие весьма солидного возраста, но не прекратившие научную деятельность, выглядят гораздо моложе своих ровесников, которые давно не утруждают себя сложными задачами и перестали мечтать.
