Нейроны, отмечающие ход времени, которые называют «клетками времени», могут быть встроенной в мозг структурой. В пользу этого говорят эксперименты Сена Лу и коллег из Мичиганского университета в США. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Сам феномен нейробиологам давно известен: в гиппокампе, префронтальной коре и полосатом теле есть нейроны, которые срабатывают по очереди, каждый в свой момент паузы, — вместе они размечают время, как секундная стрелка. Рядом работают «нарастающие» клетки, чья активность плавно растёт или падает в течение интервала. Спор шёл о происхождении этих сигналов: появляются ли они в результате обучения или это врождённая особенность мозга.
Проверить это на живом мозге сложно, поэтому авторы обратились к математике — моделям, которые описывают, как система меняется во времени и которые сегодня применяют и в нейросетях. Искусственного агента обучали методом проб и наград находить самый длинный из трех последовательно показанных сигналов. Сеть, у которой начальные настройки были математически подходящими, сама породила последовательности клеток времени, нарастающую активность и колебания еще до всякого обучения. А сеть со случайными настройками не давала упорядоченных сигналов даже после долгой тренировки.
Обучение вело себя не менее интересно: внутренние параметры «правильно» настроенной сети почти не менялись — их сдвиг был в 12 раз меньше, чем у обычной, — а настраивались лишь входы и выходы. Когда паузу в задаче удлинили более чем втрое без переобучения, временные последовательности растянулись и перестроились, как это делает гиппокамп. Тот же механизм позволил агенту безошибочно считать круги в виртуальной беговой задаче, как лабораторным мышам.
«Клетки времени и другие временные сигналы, возможно, отражают заранее заданную структуру, которую обучение лишь подстраивает», — заключают авторы. Они подчёркивают, что речь идет пока о математической модели, а не о доказательстве устройства мозга. Для строгих выводов нужны прямые сравнения с данными о работе нейронов.
Гипотезу о врождённых временных сигналах недавно поддержали опыты с органоидами — миниатюрным мозгом, выращенным в лаборатории: упорядоченные последовательности импульсов возникали там без какого-либо сенсорного опыта. Если живой мозг действительно использует похожую математику, наука получит мост между работой отдельных нейронов и чувством времени — способностью, на которой держатся память, планирование и счет событий.
Ранее сообщалось, что три мини-мозга прочитали шрифт Брайля лучше, чем один, и ученые не нашли этому объяснений.