Celulele din creier care-ți permit să „călătorești” în timp

Când îți amintești evenimente din trecut, poți adesea reproduce mental o experiență exact în ordinea secvențială în care s-a întâmplat. Revizitarea acestor amintiri episodice poate părea o activitate obișnuită, dar abilitatea creierelor noastre de a înregistra evenimente în ordine temporală și de a le reproduce mai târziu e un mister științific.

Acum, o echipă condusă de Leila Reddy, neurolog la Brain and Cognition Research Center (CerCo) din cadrul Centrului Francez Național pentru Cercetare Științifică, a izolat câteva dintre căile neuronale din creier care sunt responsabile de înregistrarea și redarea secvențelor temporale.

Reddy și colegele ei au monitorizat atent activitatea creierului la pacienții umani în timp ce aceștia au completat sarcinile care necesitau utilizarea memoriei secvențiale. Rezultatele „sugerează o reprezentare robustă a timpului în hipocampul uman”, conform unui studiu publicat luni în Journal of Neuroscience.

„Studiul dezvăluie o reprezentare a unei curgeri interne a timpului care nu e motivată de ceva ce se petrece în lumea exterioară”, a zis Reddy într-un e-mail.

Pe lângă faptul că aduce informații noi despre un proces complex de organizare temporală din creier, noua cercetare ar putea să îi ajute pe pacienții care suferă de boli care afectează memoria și abilitatea de procesare a timpului.

„Hipocampul e important pentru analiza ordinii temporale a evenimentelor (printre altele), iar dacă acesta e vătămat, memoria poate avea probleme cu ordinea temporală (de exemplu, nu îți poți aminti ordinea de pe o listă de produse)”, a zis Reddy. „De aceea e important să înțelegem cum e reprezentată informația temporală în creier, ca să putem crea intervenții sau tratatmente pentru reducerea acestor deficite de memorie.”

Studiile anterioare pe șobolani și șoareci au arătat că neuronii din hipocamp sau „celulele temporale” sunt esențiale pentru experimentarea și reproducerea temporală a evenimentelor. Dar nu se știe cât de similari sunt neuronii rozătoarelor cu cei umani. 

Ca să rezolve această lacună, Reddy și colegii ei au efectuat două experimente cu scopul ce a înregistra neuronii izolați din creierul uman. Pentru a obține acest nivel de claritate neurală e nevoie de implantarea unor electrozi în creier, o procedură invazivă care nu poate fi efectuată pe oameni în circumstanțe normale. Din acest motiv, echipa lui Reddy a invitat în proiect pacienți umani care suferă de epilepsie, care aveau deja aceste implanturi în creier din motive clinice fără legătură cu studiul.

„Acești pacienți au epilepsie severă, rezistentă la medicamente, și așteaptă să fie operați”, a zis Reddy. „Procedura dinaintea operației implică implantarea unor electrozi în creier pentru monitorizarea activității pe timpul crizelor. După ce electrozii sunt introduși în creier, îi întrebăm pe pacienți dacă vor să participe la niște mici experimente ca să putem testa diverse ipoteze despre neuroni.”

În primul experiment, Reddy și colegii ei au rugat nouă dintre participanți să memoreze o scurtă secvență vizuală care includea imagini precum o floare, o pasăre și Barack Obama. Participanții au privit secvența în ordine de mai multe ori. Apoi, experimentul a fost pus pe pauză aleatoriu și pacienții au fost întrebați ce imagine urmează. Cercetătorii le-au analizat reacțiile neuronale și au descoperit că neuronii temporali din creierul lor se înviorau în anumite momente specifice ale experimentului.

În cadrul celui de-al doilea eveniment, un grup de șase pacienți au privit și memorat aceeași secvență și au învățat să anticipeze următoarea imagine din tipar. De data asta, Reddy și colegii ei au oprit ocazional secvența timp de zece secunde și nu au dat niciun fel de feedback. În scurtele pauze în care pacienții așteptau să continue secvența, neuronii temporali din creierele lor procesau în mod activ experiențele lor temporale, chiar și în lipsa stimulilor sau a evenimentelor externe.

„A fost deja tare să vedem dovezile de codificare temporală când participanții învățau ordinea secvențială a unei liste de elemente, după cum s-a demonstrat în primul experiment”, a zis Reddy. „Dar revelația că celulele temporale erau active în continuare în momentele de pauză sugerează că reprezentarea curgerii timpului nu e alimentată de ceva ce se petrece în lumea exterioară”, a adăugat ea.

„Până la urmă, am descoperit și că, dacă analizam un grup întreg de neuroni (deci nu neuronii izolați), puteam decoda sau citi în ce interval temporar era pacientul”, a notat Reddy.

Echipa a demonstrat că, la fel ca în cazul experimentelor pe rozătoare, și creierele umane folosesc hipocampul ca să proceseze și să stocheze amintirile într-o ordine secvențială.

„În viitorul apropiat, va fi important să înțelegem precizia temporală cu care e reprezentată informația temporală în acești neuroni”, a continuat ea. De exemplu: există celule temporale diferite care stochează evenimente cu o durată scurtă sau lungă? Se pot adapta celulele temporale la diverse ierarhii temporale în funcție de context?

Reddy și colegii ei speră să răspundă la unele dintre aceste întrebări prin noi expermiente care vor aprofunda procesul. 

„Cred că cea mai importantă întrebare e să înțelegem cum se înregistrează amintirile”, a zis Reddy. „Memoria episodică se referă la ce s-a întâmplat, când și unde. Celulele temporale pot să ne explice când s-a petrecut ceva, dar și ce s-a petrecut și unde. Înțelegerea acestor mecanisme va fi un domeniu important de cercetare”, a concluzionat ea.