Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени - Алан Бёрдик

Мэтелл – специалист по нейробиологии поведения в Университете Вилланова, расположенного в окрестностях Филадельфии. Когда ученый сообщает новому знакомому, что занимается исследованием восприятия времени, ему нередко досаждают банальными вопросами. Почему по утрам я всегда просыпаюсь в одно и то же время без будильника? Почему я всегда устаю, когда вторая половина дня близится к середине? Эти вопросы следует задавать хронобиологам. Мэтелл изучает синхронизацию временных интервалов – механизм, отвечающий за способность мозга к планированию, оценке обстановки и принятию решений в течение коротких отрезков времени – продолжительностью примерно от секунды до нескольких минут.

Но какова природа механизма синхронизации? Содержит ли мозг центральный таймер для определения длительности временных промежутков наподобие эталонных циркадных часов супрахиазматического ядра? Существует ли распределенная сеть часов, подключающихся к ней по мере поступления новых задач? В течение тридцати лет модель тактового генератора-аккумулятора считалась надежным основанием для проведения опытов с восприятием времени; бесспорно, манипулировать нашими суждениями о длительности временных промежутков так же легко, как и восприятием яркости или звука, – эффект столь же предсказуем. Но при этом у исследователей всегда был в ходу эвристический прием: представьте себе часы вроде тех, которые обычно рисуют на салфетке, а потом ответьте на вопрос: где найти для них место среди трехфунтового[57] сообщества нейронов? «Внутренний таймер существует в виде концепции, – однажды сообщил мне Уэарден. – Также он существует в математическом выражении и служит отправной точкой для активизации научного поиска и разъяснения результатов исследовательской деятельности. Однако до сих пор неизвестно, существует ли такого рода механизм в физическом смысле – это еще предстоит установить». Вот Мэтелл и пытается это выяснить.

Я нашел кабинет Мэтелла в верхнем углу старого здания университетского кампуса Вилланова, преодолев четыре пролета мраморных ступеней с закругленными углами, отполированными временем. Занятия недавно прекратились в связи с началом летних каникул, и коридоры, застеленные линолеумом, полностью опустели. В объятиях тишины все казалось непривычно огромным, и мне подумалось, что я снова нахожусь в начальной школе, а может быть, забрался еще дальше в прошлое и теперь пробираюсь наугад сквозь закоулки памяти. За левым поворотом вестибюль сузился и внезапно оборвался, оставив позади еще несколько дверей. Я обратился за помощью к прохожим и узнал, что дверь, которую я принял за выход, на самом деле вела в тупик, обернувшийся лабиринтом офисных и лабораторных помещений.

Вскоре появился Мэтелл в футболке, шортах и походных сникерах и энергично меня поприветствовал. Он как раз направлялся в секцию лаборатории, которую называл крысиной комнатой, предусмотрительно надев пару голубых эластичных перчаток. Вследствие многолетнего ухода за крысами кожа его рук приобрела склонность к аллергическим реакциям, а студент выпускного курса, обычно присматривающий за крысами, в тот день отсутствовал. Мэтелл говорил быстро, но приветливо, и чем дольше он говорил, тем шире раскрывались его глаза. Как-то он заметил: «Наука сочиняет разные истории, а потом проверяет, насколько они убедительны».

Первые сто лет исследования восприятия времени сосредоточивались преимущественно на когнитивных аспектах. Ученых интересовало, какова реакция различных индивидуумов – людей и животных – на предъявление раздражителя (яркой вспышки, разгневанных лиц или скульптур Дега) и при каких обстоятельствах реакция может измениться (употребление кокаина, падение с тридцатиметровой высоты или езда на велосипеде в резервуаре с водой). При этом все больше исследователей заботит, каким образом и в каких участках мозга осуществляются вышеупомянутые реакции. Путем введения микротаргетных препаратов можно отключить или активировать отдельные кластеры нейронов, выясняя, какую роль они играют в восприятии времени. Средства визуализации мозговых структур показывают, какие группы нейронов задействованы при выполнении задач, требующих расчета времени. Психология восприятия времени дала импульс развитию нейронауки о времени. Предпринимая дерзкие попытки забраться в наши головы, Мэтелл и другие исследователи покушаются на главную загадку человеческой природы: как трехфунтовая масса нервных клеток ухитряется генерировать воспоминания, мысли и чувства, которые мы ассоциируем с собственной личностью? Как из плоти создается программное обеспечение? Один исследователь сказал мне, что каждый из нас в некотором отношении нейробиолог, так как нам всем почти ничего не известно о том, как человеческий мозг порождает человеческое сознание.

«Мозг функционирует подобно корпорации, – сообщил Мэтелл. – Множество звеньев одной цепи выполняют определенные задачи в рамках своей компетенции; возможно, присутствует некоторая доля директивного управления. Каждая ячейка занята своим делом; в ее состав входят отдельные единицы, – ученый говорил о нейронах, – и для каждой из них находится работа. Я часто провожу аналогии между нейронами и людьми. И те и другие представляют собой сборные агрегаты по обработке информации в миниатюре. В каком-то смысле нейроны функционируют как автоматы. Главный вопрос состоит в том, как физиологические системы, такие как мозги, состоящие из нейронов, создают психологические феномены, например сознание? Нам приятно думать, будто мы наделены свободной волей, но я не думаю, что можно всерьез верить в это и оставаться нейробиологом, иначе получается, будто наше поведение определяется не мозгом, а какими-то сторонними факторами».

Человеческий мозг представляет собой сложное устройство, вмещающее сотни миллиардов нейронов. Нейрон напоминает провод под напряжением: он передает информацию в виде электрохимических импульсов от одного конца отростка к другому, причем, как правило, только в одном направлении. Некоторые нейроны довольно крупные – взять, к примеру, седалищный нерв, который проходит от основания позвоночника к большим пальцам ног и достигает 90 сантиметров в длину. Большинство нервных клеток имеют микроскопические размеры и вдобавок исключительно тонки и тесно примыкают друг к другу; в отрезке, равном по длине заключительному фрагменту этого предложения, может разместиться от десяти до пятидесяти нейронов. В структуре нейрона выделяют конец, предназначенный для приема импульсов и состоящий из ветвящихся дендритов, которые выглядят как корни дерева под микроскопом; продолговатое тело нервной клетки, или аксон, вдоль которого распространяется сигнал; и разветвленное нервное окончание, передающее нервный импульс следующему нейрону. Типовой нейрон принимает входящие данные от десятка тысяч нервных клеток восходящего направления, передавая их меньшему количеству нейронов нисходящих нервных путей. Обычно нейроны не соприкасаются друг с другом напрямую; сообщение нервных клеток осуществляется через крошечные щели, которые называются синапсами. Возбуждение нервных окончаний входящим сигналом инициирует выработку нейромедиаторов, которые пересекают синаптическую щель и прикрепляются к дендритам близлежащих нейронов подобно тому, как ключи подходят к замочным скважинам из одного набора. Прием одиночного импульса исключительной силы побуждает нейрон к генерации собственного сигнала, который также передается в нисходящем направлении. Нейрон может находиться в двух состояниях – возбужденном и невозбужденном. Потенциал действия возбужденного нейрона всегда остается неизменным; изменяется только частота передачи. Сильные раздражители, к примеру яркая световая вспышка, индуцируют более высокую скорость передачи импульсов, чем слабые раздражители, следовательно, нейроны, приведенные в возбужденное состояние сильными раздражителями, чаще выступают в роли источников возбуждения для нисходящих нейронов. Так что даже в масштабе клеток время, измеряемое количеством импульсов, принятых за единицу времени, по-прежнему играет важную роль.