В результате эти нейроны коры имели очень ограниченный контакт с внешним миром, и все, что они испытывали, происходило через одинаковые интервалы времени 100, 250 или 500 мс. Вопрос заключался в том, повлияет ли каким-то образом это воздействие на поведение нервных клеток. Срезы нервной ткани часто отвечают на краткий электрический импульс взрывом активности, длящейся до нескольких сотен миллисекунд. Это происходит по той причине, что нейроны, напрямую активированные током, активируют другие нейроны, те, в свою очередь, активируют следующие и т. д., пока волна активности не утихнет.
Эта активность — характеристика внутренней динамики сети. В зависимости от интервала времени, на котором «тренировали» ткань, эта внутренняя динамика имела разные характеристики. При тренировке на коротком интервале активность длилась недолго, при тренировке с интервалами 250 или 500 мс средняя продолжительность активности постепенно удлинялась. Таким образом, мало того, что в результате тренировки изменялась внутренняя динамика ткани, эта динамика адаптировалась к временному интервалу, на котором происходила тренировка.
Исследования, проведенные в лаборатории Маршалла Шулера в Университете Джонса Хопкинса, показали, что клетки зрительной коры мозга в условиях in vitro тоже «обучались» распознавать интервалы времени
129. Возможная интерпретация этих результатов заключается в том, что даже в чашке нейронные сети коры способны в каком-то смысле обучаться распознавать время.
Эти исследования in vitro подтверждают идею о том, что отсчет времени в диапазоне сотен миллисекунд осуществляется не какими-то специализированными сетями нейронов, а является природным свойством сетей нейронов в целом.
Людей часто интересует, существуют ли какие-то неврологические нарушения, связанные с потерей способности определять время. Ответ на этот вопрос зависит от того, о каких интервалах времени идет речь. Мы уже упоминали случай Клайва Уэринга, который потерял способность отсчитывать время в пределах минут и поэтому все время считал, что только что проснулся. Это понятно. Даже если у нас на стене висят часы, мы не сможем с их помощью определить, что прошел час, если не помним, когда он начался. Но поскольку Уэринг сохранил способность исполнять музыку, понимать речь и говорить, значит механизм отсчета времени в диапазоне сотен миллисекунд не пострадал. Кроме того, как и знаменитый пациент H. M.
130, страдавший амнезией, Уэринг может точно воспроизводить интервалы в несколько секунд
131. У Уэринга и H. M. нарушена способность создавать новые долгосрочные воспоминания (точнее, воспоминания о фактах или эпизодах собственной жизни).
Такие нарушения позволяют понять, как мозг накапливает воспоминания. Поэтому вполне естественно задать вопрос, существуют ли специфические нарушения, затрагивающие способность человека определять время в диапазоне нескольких секунд. Ответ на этот вопрос отрицательный. Мы не знаем неврологических нарушений, при которых человек одновременно теряет способность оценивать музыкальный ритм, узнавать интервалы времени в пределах нескольких секунд и учиться моргать в такт музыке. И таких нарушений быть не должно, поскольку разные временные задачи решаются разными сетями нейронов головного мозга.
***
Предметы — это физические тела, которые можно увидеть или потрогать, но сам мозг не может ничего увидеть или потрогать напрямую. Все знания о внешнем мире он получает в виде профилей потенциалов действия, создаваемых в одном из пяти органов чувств. С помощью этих профилей мозг обучается идентифицировать реальные физические сущности, такие как лазерный меч или плод папайи. Подобные предметы в каком-то смысле существуют вне времени, их можно идентифицировать по «моментальному снимку». Однако многие элементы внешнего мира имеют временну́ю составляющую: движение руки, рябь на воде, буква … («s» в азбуке Морзе), запоминающаяся мелодия, взмах крыльев летучей мыши и сами слова «взмах» и «летучая мышь». Все это временны́е «сущности». Чтобы обнаружить и воспроизвести такие предметы или сущности, мозг должен уметь определять время и хронологию событий.
ОБЕЗЬЯНЫ СПОСОБНЫ НАУЧИТЬСЯ ВОСПРОИЗВОДИТЬ РАЗМЕРЕННЫЕ ДВИЖЕНИЯ, НО ДАЖЕ ПРОСТАЯ ЗАДАЧА ПО СИНХРОНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЙ И ЗВУКА ИМ НЕ ПОД СИЛУ. В ОДНОМ ИССЛЕДОВАНИИ БЫЛО ПОКАЗАНО, ЧТО ДАЖЕ ПОСЛЕ ГОДА ТРЕНИРОВКИ МАКАКИ РЕЗУС НЕ МОГЛИ НАЖИМАТЬ НА КНОПКУ ОДНОВРЕМЕННО С ПЕРИОДИЧЕСКИ ПОВТОРЯЮЩИМСЯ ЗВУКОМ, А ДЕЛАЛИ ЭТО С НЕБОЛЬШОЙ ЗАДЕРЖКОЙ.
Определение начала озвончения фонемы, длительности музыкальной ноты или разницы между точкой и тире в азбуке Морзе требуют распознавания очень коротких временны́х интервалов — все это деревья в лесу. Но речь, музыка и сообщения, переданные с помощью азбуки Морзе, — это уже гораздо более пространный пейзаж, разглядеть который можно только во временном диапазоне от десятков миллисекунд до нескольких секунд. Вне этого временного окна речь и музыка не существуют. Ускорьте или замедлите музыку слишком сильно, и она перестанет быть музыкой. Начните говорить слишком быстро, и фонемы сольются друг с другом, слишком медленно — и они изменятся до неузнаваемости, и слушатели станут забывать предыдущие фонемы и предыдущие слова предложения. Время в диапазоне долей секунды — это «зона обитаемости» для обработки временны́х образов, именно здесь мы можем различить одновременно и лес, и деревья.
Без возможности различать сложные временны́е образы мы не владели бы двумя характерными для человека способностями: говорить (слушать) и создавать музыку. Но как мозг решает сложные проблемы отсчета времени, связанные с восприятием речи и музыки? Как мозг отмеряет длительность слогов и определяет ритм песни?
6:00
ВРЕМЯ, ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ И ХАОС
Что такое часы? Примитивное субъективное чувство течения времени позволяет нам упорядочить наши впечатления, судить о том, что одно событие происходит раньше, другое — позднее. Но чтобы показать, что промежуток времени между двумя событиями равен 10 секунд, нужны часы. Благодаря применению часов понятие времени становится объективным. В качестве часов может быть использовано любое физическое явление, если только оно может быть повторено столько раз, сколько необходимо
132.
Часы, сделанные человеком, действуют по удивительно простому принципу — считают число циклов осциллятора
134. Устройство осциллятора может быть самым разным — качающийся маятник, вибрирующий кристалл кварца, циклы «вибрации» электромагнитного излучения, но суть одна: такие часы просто считают циклы периодических процессов. Учитывая невероятную успешность этой стратегии, невольно задумаешься о том, что мозг для определения времени мог бы использовать аналогичный механизм.
