Дин Буономано - Мозг – повелитель времени

Атомные часы в Национальном институте стандартов и технологий необычны не только тем, что обладают сверхъестественной точностью, но и тем, что измеряют время в невероятно широком диапазоне – от наносекунд до лет. Умеют ли биологические часы, спрятанные в супрахиазматическом ядре, определять время в разных временны́х диапазонах? С ними ли связана наша способность отличать целую ноту от половины ноты, оценивать время ожидания в кафе или контролировать 28-дневный менструальный цикл?

Один из первых подходов к решению этого вопроса заключался в том, чтобы понять, влияет ли изменение биологического ритма людей, находившихся в изоляции от внешнего мира, на их способность оценивать события в более коротких временны́х интервалах. В одной серии экспериментов добровольцев просили нажимать на кнопку каждый раз, когда, по их мнению, прошел один час. В период 16-часового бодрствования один человек нажимал на кнопку примерно каждые 2 ч, а в период 44-часового бодрствования – примерно каждые 3,5 ч. В целом наблюдалась корреляция между длительностью циркадного цикла и субъективной оценкой часового интервала. На этом основании можно было заключить, что биологические часы служат для оценки самых разных временны́х интервалов, включая такие короткие, как в музыкальных ритмах или сигналах светофора. Но оказалось, что это не так. Когда людей просили нажимать на кнопку через интервалы в пределах от 10 до 120 секунд, устойчивой связи с длительностью биологического цикла не наблюдалось.

Отсутствие связи между периодом циркадного ритма и оценкой интервалов времени в пределах нескольких секунд или минут вполне соответствует экспериментальным данным, которые показывают, что для определения времени в разном диапазоне у животных имеются разные инструменты 62 62 Aschoff, 1985. . Например, в экспериментах с грызунами было показано, что мутации, нарушающие циркадный ритм, или повреждения супрахиазматического ядра не влияют на способность оценивать длительность событий, происходящих в пределах нескольких секунд 63 63 Множество фактов подтверждают независимость циркадных ритмов от способности определять интервалы времени в диапазоне секунд. Вот некоторые из них. Мутации генов циркадного ритма не обязательно затрагивают способность определять секундные интервалы времени (Cordes and Gallistel, 2008; Papachristos et al., 2011). Замедление циркадного ритма у человека (влекущее за собой изменение оценки часового периода) не влияет на способность решать задачи, связанные с определением временных интервалов в диапазоне секунд (Aschoff, 1985). Повреждения ЦНС, сильно изменяющие циркадный ритм, не влияют на определение временных интервалов (Lewis et al., 2003). Некоторые данные показывают, что ген Period влияет на способность дрозофил контролировать длительность брачных песен (Kyriacou and Hall, 1980), однако эти результаты не всегда воспроизводятся (Stern, 2014) и не согласуются с нашим пониманием механизмов циркадных ритмов. Впрочем, хотя и маловероятно, но возможно, что гены циркадных ритмов могут напрямую влиять на другие аспекты функции нейронов, важные для определения времени в более коротком диапазоне. См. также Golombek et al., 2014. . В следующей главе мы поговорим о том, как ученые догадывались о субъективных ощущениях животных относительно длительности интервалов времени.

Механизм циркадного ритма не связан с нашей способностью оценивать время в пределах секунд. Структура элементов и принцип действия циркадного ритма не позволяют этому механизму измерять столь краткие интервалы времени. Другими словами, у этих часов нет ни секундной, ни минутной стрелки. Реакции транскрипции и трансляции протекают слишком медленно, чтобы их можно было приспособить для отслеживания смены сигнала светофора. Это не означает, что циркадные часы не влияют на оценку времени в других диапазонах, они могут это делать. Но лишь по той причине, что циркадный ритм косвенным путем влияет на множество физиологических и когнитивных функций, включая обучение, память, скорость реакции и внимание – вот почему лучше не садиться в самолет к пилоту, переживающему джетлаг, и не встречать на шоссе невыспавшегося водителя грузовика 64 64 Foster and Wulff, 2005; Loh et al., 2010. .

А как мозг оценивает более длительные интервалы времени? Участвуют ли циркадные часы в оценке событий, происходящих в более медленном инфрадианном ритме 65 65 Инфрадианные ритмы – это ритмы, периодичность повторения которых превышает длительность суток, т. е. один цикл ритма повторяется реже, чем раз в сутки. К таким ритмам относятся, например, менструальные циклы. – Прим. ред. ?

Луна оборачивается вокруг Земли примерно за 29,5 суток. Этот цикл оказал глубокое влияние на формирование человеческой культуры. Большинство ческой культуры. Большинство календарей, включая наш современный григорианский календарь, основаны на смене примерно 12 полнолуний, происходящих за один год. И во многих языках прослеживается связь между словом «луна» (или «месяц») для обозначения небесного тела и словом «месяц» для обозначения длительности времени.

ПОСКОЛЬКУ ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ МЕНСТРУАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ОЧЕНЬ БЛИЗОК ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ К ЛУННОМУ МЕСЯЦУ, ЛУНЕ ОТВОДИЛИ ВАЖНУЮ РОЛЬ В ДЕТОРОЖДЕНИИ. ПО-ВИДИМОМУ, ЭТО ПРОСТОЕ СОВПАДЕНИЕ, ПОСКОЛЬКУ МЕНСТРУАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ДРУГИХ ПРИМАТОВ МОЖЕТ БЫТЬ НАМНОГО ДЛИННЕЕ И НАМНОГО КОРОЧЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО. ПОЭТОМУ, КРОМЕ ОЧЕВИДНОГО ФАКТА, ЧТО ЛУННЫЙ СВЕТ МОЖЕТ ВЛИЯТЬ НА СОН И СОЦИАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ, НИКАКИХ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ВЛИЯНИЯ ФАЗ ЛУНЫ НА ФИЗИОЛОГИЮ ЧЕЛОВЕКА ПРАКТИЧЕСКИ НЕ СУЩЕСТВУЕТ.

Уже давно существует предположение, что фазы Луны влияют на физиологию человека. Например, как показывает термин «лунатизм», раньше считалось, что в полнолуние некоторые люди сходят с ума. Теперь ученые полагают, что эта идея возникла по той причине, что изменение характера сна, вызванное светом полной Луны, могло провоцировать приступы эпилепсии или биполярного расстройства. Кроме того, поскольку человеческий менструальный цикл очень близок по длительности к лунному месяцу, Луне отводили важную роль в деторождении. По-видимому, это простое совпадение, поскольку менструальный цикл других приматов может быть намного длиннее и намного короче человеческого. Поэтому, кроме очевидного факта, что лунный свет может влиять на сон и социальную активность, никаких доказательств непосредственного влияния фаз Луны на физиологию человека практически не существует 66 66 Foster and Roenneberg, 2008. Множество данных говорит о том, что фазы Луны не влияют на физиологию человека, но есть несколько исключений. Например, из одного исследования следует, что фазы Луны влияют на некоторые аспекты сна, в частности, на быстроту засыпания (Cajochen et al., 2013). .