Od Aristotelovih razmišljanja o prirodi vremena do Einsteinove teorije relativnosti, čovječanstvo je dugo razmišljalo: kako percipiramo i razumijemo vrijeme? Teorija relativnosti tvrdi da se vrijeme može rastezati i skupljati, što je fenomen poznat kao dilatacija vremena. Baš kao što kozmos iskrivljuje vrijeme, naši neuronski sklopovi mogu rastegnuti i sabiti naše subjektivno iskustvo vremena. Ili, kako je Einstein jednom objasnio: "Stavi ruku na površinu vrućeg štednjaka na minutu i činit će se kao da je tamo držiš sat vremena. Provedi sat vremena s lijepom djevojkom i činit će se kao minuta."

Iskrivljena procjena

Znanstvenicima Laboratorija za učenje Champalimaud Researcha uspjelo je umjetno usporiti i ubrzati obrasce neuralne aktivnosti kod štakora. Time su iskrivili njihovu procjenu trajanja vremena i pružili dosad najuvjerljivije uzročne dokaze o funkcioniranju unutarnjeg sata u mozgu. 

Za razliku od poznatijih cirkadijskih satova koji upravljaju našim 24-satnim biološkim ritmovima i oblikuju naš svakodnevni život od ciklusa spavanja i budnosti do metabolizma, puno se manje zna o tome kako tijelo mjeri vrijeme. Studija u časopisu Nature Neuroscience usredotočila se na vremensku skalu od sekunde do minute u kojoj se odvija velik dio našeg ponašanja, od čekanja na semaforu do napucavanja lopte.

Hipoteza populacijskog sata

Za razliku od točnog otkucaja centraliziranog sata računala, naši mozgovi održavaju decentraliziran i fleksibilan osjećaj vremena, za koji se smatra da ga oblikuje dinamika neuronskih mreža razasutih po mozgu. U ovoj hipotezi o "populacijskom satu", naši mozgovi drže vrijeme oslanjajući se na dosljedne obrasce aktivnosti koji se razvijaju u skupinama neurona tijekom određenog ponašanja.

Trenirajući štakore da razlikuju različite vremenske intervale, istraživači su otkrili da aktivnost u striatumu, dubokoj regiji mozga, slijedi predvidljive obrasce koji se mijenjaju različitim brzinama: kad životinje izvješćuju da je određeni vremenski interval dulji, aktivnost se razvija brže, a kada ga prijavljuju kao kraći, aktivnost se razvija sporije. Međutim, ova korelacija ne implicira uzročnost pa su istraživači odlučili manipulirati tom dinamikom.

Utjecaj temperature

Razvili su termoelektrični uređaj za žarišno zagrijavanje ili hlađenje striatuma koji istovremeno bilježi neuralnu aktivnost. Anestezirali su štakore i koristeći optogenetiku, tehniku ​​koja koristi svjetlo za stimulaciju određenih stanica,  stvorili valove aktivnosti u inače uspavanom striatumu. Pomoću različitih temperatura rastezali su i skupljali neuralnu aktivnost u vremenu i otkrili da je hlađenje doista proširilo obrazac aktivnosti, dok ga je zagrijavanje suzilo, bez poremećaja samog obrasca.

U zasebnoj studiji znanstvenici sada istražuju mali mozak u kojem se nalazi više od polovice moždanih neurona, a povezan je s kontinuiranim izvršavanjem naših radnji. Preliminarni podaci pokazuju da primjena temperaturnih manipulacija na malom mozgu, za razliku od striatuma, utječe na kontinuiranu kontrolu pokreta. Ova podjela rada između dva moždana sustava, ističu istraživači, može se vidjeti u poremećajima kretanja poput Parkinsonove bolesti i cerebelarne ataksije.

Implikacije i budući smjerovi

Parkinsonova bolest zahvaća striatum i često otežava sposobnost pacijenata da sami pokrenu motoričke planove, poput hodanja. Hodanje mogu olakšati senzorni znakovi poput traka na tlu, a takvi znakovi uključuju druge, netaknute regije mozga, poput malog mozga i korteksa, koji mogu učinkovito upravljati kontinuiranim kretanjem. S druge strane, pacijenti s oštećenjem malog mozga imaju problema s izvođenjem glatkih i koordiniranih pokreta, ali ne nužno i s inicijacijom ili prijelazom između pokreta.

Rezultati istraživanja mogli stoga unaprijediti razvoj novih terapija za Parkinsonovu i Huntingtonovu bolest, koje uključuju simptome povezane s vremenom i kompromitirani striatum. Naglašavajući specifičniju ulogu striatuma u diskretnoj, za razliku od kontinuirane, motoričke kontrole, rezultati bi mogli utjecati i na izradu algoritamskih okvira koji se koriste u robotici i učenju.