Molte persone pensano che il loro cervello sia intrinsecamente sincronizzato con gli orologi artificiali sui loro dispositivi elettronici, che contano il tempo in incrementi molto specifici, minuto per minuto. Ma uno studio, pubblicato su Current Biology, dimostra che non funziona in questo modo.
Il cervello indica oggettivamente il tempo
Analizzando i cambiamenti nei modelli di attività cerebrale, il team di ricerca ha scoperto che percepiamo il passare del tempo in base al numero di esperienze che abbiamo, non in base a una sorta di orologio interno. Inoltre, l’aumento della velocità o dell’output durante un’attività sembra influenzare il modo in cui il nostro cervello percepisce il tempo.
“Nella nostra esperienza, il tempo lo esprimiamo attraverso le cose che facciamo, le cose che ci accadono”, ha affermato James Hyman, professore associato di psicologia alla UNLV e autore principale dello studio.
“Quando siamo fermi e ci annoiamo, il tempo scorre molto lentamente perché non stiamo facendo nulla o non sta succedendo nulla. Al contrario, quando accadono molti eventi, ciascuna di quelle attività fa avanzare il nostro cervello. E se è così che la nostra attività cerebrale indica oggettivamente il tempo, allora più facciamo e più ci succede, più velocemente scorre il tempo”.
I risultati si basano sull’analisi dell’attività nella corteccia cingolata anteriore (ACC), una porzione del cervello importante per il monitoraggio dell’attività e il tracciamento delle esperienze. Per fare questo, ai roditori è stato chiesto di usare il naso per rispondere a un prompt 200 volte.
Gli scienziati sapevano già che i pattern cerebrali sono simili, ma leggermente diversi, ogni volta che si esegue un movimento ripetitivo, quindi si sono prefissati di rispondere: è possibile rilevare se queste lievi differenze nei cambiamenti dei pattern cerebrali corrispondono all’esecuzione del primo rispetto al 200° movimento in serie? E la quantità di tempo impiegata per completare una serie di movimenti influisce sull’attività delle onde cerebrali?
Confrontando i cambiamenti di pattern durante il corso del compito, i ricercatori hanno osservato che ci sono effettivamente cambiamenti rilevabili nell’attività cerebrale che si verificano quando ci si sposta dall’inizio alla metà alla fine dell’esecuzione di un compito. E indipendentemente da quanto lentamente o rapidamente si muovessero gli animali, i pattern cerebrali seguivano lo stesso percorso.
I modelli erano coerenti quando i ricercatori applicavano un modello matematico basato sull’apprendimento automatico per prevedere il flusso dell’attività cerebrale, rafforzando l’evidenza che sono le esperienze (non il tempo o un numero prescritto di minuti, come lo misureremmo su un orologio) a produrre cambiamenti nei modelli di attività dei nostri neuroni.
Hyman ha chiarito il punto cruciale delle scoperte raccontando un aneddoto su due operai in una fabbrica incaricati di realizzare 100 gadget durante il loro turno: uno dei due ha completato il compito in 30 minuti e l’altro in 90 minuti.
“Il tempo impiegato per completare il compito non ha avuto alcun impatto sui modelli cerebrali. Il cervello non è un orologio; agisce come un contatore”, ha spiegato Hyman. “Il nostro cervello registra una vibrazione, una sensazione del tempo. …E ciò significa per i nostri lavoratori che realizzano widget che si può distinguere la differenza tra la realizzazione del widget n. 85 e del widget n. 60, ma non necessariamente tra il n. 85 e il n. 88”.
Esattamente “come” conta il cervello? I ricercatori hanno scoperto che mentre il cervello progredisce in un compito che comporta una serie di movimenti, vari piccoli gruppi di cellule che sparano iniziano a collaborare, essenzialmente passando il compito a un diverso gruppo di neuroni ogni poche ripetizioni, in modo simile ai corridori che passano il testimone in una staffetta.
“Quindi, le cellule lavorano insieme e nel tempo si allineano casualmente per portare a termine il lavoro: una cellula eseguirà alcuni compiti e poi un’altra ne eseguirà altri”, ha detto Hyman. “Le cellule tracciano i movimenti e, quindi, blocchi di attività e tempo nel corso del compito”.
E le scoperte dello studio sulla percezione del tempo da parte del nostro cervello si applicano anche ad azioni basate su attività diverse dai movimenti fisici.
“Questa è la parte del cervello che usiamo per seguire qualcosa come una conversazione durante la cena”, ha detto Hyman. “Pensa al flusso della conversazione e puoi ricordare cose prima e dopo durante la cena. Ma distinguere una frase dall’altra nella tua memoria è impossibile. Ma sai che hai parlato di un argomento all’inizio, di un altro durante il dessert e di un altro alla fine”.
Osservando i roditori che lavoravano velocemente, gli scienziati hanno anche concluso che mantenere un buon ritmo aiuta a influenzare la percezione del tempo: “Più facciamo, più velocemente scorre il tempo. Dicono che il tempo vola quando ci si diverte. Invece di divertirsi, forse bisognerebbe dire ‘il tempo vola quando si fa molto'”.
Sebbene esista già una grande quantità di informazioni sui processi cerebrali in scale temporali molto brevi, inferiori al secondo, Hyman ha affermato che lo studio dell’UNLV è rivoluzionario nel suo esame dei modelli cerebrali e della percezione del tempo in un arco di tempo che va da pochi minuti a poche ore, “che è il modo in cui viviamo gran parte della nostra vita: un’ora alla volta”.
“Questo è uno dei primi studi che esaminano le scale temporali comportamentali in questa particolare parte del cervello chiamata ACC, che sappiamo essere così importante per il nostro comportamento e le nostre emozioni”, ha affermato Hyman.
L’ACC è implicato nella maggior parte dei disturbi psichiatrici e neurodegenerativi, ed è un’area di concentrazione per disturbi dell’umore, PTSD, dipendenza e ansia. La funzione dell’ACC è anche centrale per varie demenze, tra cui il morbo di Alzheimer, che è caratterizzato da distorsioni nel tempo.
Da tempo si ritiene che l’ACC aiuti gli esseri umani a sequenziare eventi o attività come seguire una ricetta, e il team di ricerca ipotizza che le loro scoperte sulla percezione del tempo possano rientrare in questo ambito.
Sebbene i risultati rappresentino una svolta, sono necessarie ulteriori ricerche. Tuttavia, ha affermato Hyman, i risultati preliminari propongono alcuni spunti potenzialmente utili sulla percezione del tempo e la sua probabile connessione con i processi di memoria per la vita quotidiana dei cittadini comuni. Ad esempio, i ricercatori ipotizzano che potrebbe fornire spunti per gestire cose come i compiti scolastici o persino le rotture.
“Se vogliamo ricordare qualcosa, potremmo voler rallentare studiando a brevi intervalli e prenderci del tempo prima di impegnarci nell’attività successiva. Prendetevi dei momenti di tranquillità per non muovervi”, ha detto Hyman. “Al contrario, se volete voltare pagina rapidamente, impegnatevi subito in un’attività”.
Hyman ha detto che c’è anche un’enorme relazione tra ACC, emozione e cognizione. Pensare al cervello come a un’entità fisica di cui si può prendere possesso potrebbe aiutarci a controllare le nostre esperienze soggettive.
“Quando le cose si muovono più velocemente, tendiamo a pensare che sia più divertente, o a volte travolgente. Ma non dobbiamo pensare che sia un’esperienza puramente psicologica, divertente o travolgente; piuttosto, se la si vede come un processo fisico, può essere utile”, ha detto.
“Se è opprimente, rallenta o se ti annoi, aggiungi delle attività. Le persone lo fanno già, ma è incoraggiante sapere che è un modo per lavorare sulla propria salute mentale, dal momento che il nostro cervello funziona già in questo modo.”
Le “cellule del tempo” nel cervello sono fondamentali per l’apprendimento complesso
Il senso del tempo è fondamentale per il modo in cui comprendiamo, ricordiamo e interagiamo con il mondo. Compiti che vanno dal tenere una conversazione alla guida di un’auto richiedono di ricordare e percepire quanto tempo ci vuole per fare le cose, un calcolo complesso ma in gran parte inconscio che scorre costantemente sotto la superficie dei nostri pensieri.
Ora, i ricercatori della University of Utah Health hanno scoperto che, nei topi , una popolazione specifica di “cellule del tempo” è essenziale per apprendere comportamenti complessi in cui il tempismo è fondamentale. Come la lancetta dei secondi di un orologio, le cellule del tempo si attivano in sequenza per mappare brevi periodi di tempo.
Ma le cellule del tempo non sono solo un semplice orologio, hanno scoperto i ricercatori: man mano che gli animali imparano a distinguere tra eventi cronometrati in modo diverso, il modello di attività delle cellule del tempo cambia per rappresentare ogni modello di eventi in modo diverso. La scoperta potrebbe in ultima analisi aiutare nella diagnosi precoce di malattie neurodegenerative , come l’Alzheimer, che influenzano il senso del tempo.
Combinando un complesso compito di apprendimento basato sul tempo con un’immagine cerebrale avanzata, i ricercatori sono stati in grado di osservare come i modelli di attività delle cellule temporali diventassero più complessi man mano che i topi imparavano.
I ricercatori hanno prima impostato un esperimento in cui apprendere le differenze nella tempistica degli eventi era fondamentale. Per ottenere una ricompensa, i topi dovevano imparare a distinguere tra modelli di uno stimolo olfattivo che aveva una tempistica variabile, come se stessero imparando una forma molto semplice di codice Morse.
Prima e dopo che i topi imparassero, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia all’avanguardia per osservare le singole cellule del tempo attivarsi in tempo reale. All’inizio, le loro cellule del tempo rispondevano allo stesso modo a ogni schema di stimolo olfattivo. Ma man mano che imparavano gli schemi di stimolo con tempi diversi, i topi sviluppavano schemi diversi di attività delle cellule del tempo per ogni schema di eventi.
In particolare, durante gli esperimenti in cui i topi sbagliavano, i ricercatori hanno potuto osservare che le loro cellule del tempo spesso si attivavano nell’ordine sbagliato, il che suggerisce che la giusta sequenza di attività delle cellule del tempo è fondamentale per l’esecuzione di attività basate sul tempo.
“Si suppone che le cellule del tempo siano attive in momenti specifici durante la sperimentazione”, ha affermato Hyunwoo Lee, Ph.D., ricercatore post-dottorato in neurobiologia presso la Spencer Fox Eccles School of Medicine presso l’Università dello Utah e co-primo autore dello studio. “Ma quando i topi commettevano errori, quell’attività selettiva diventava caotica”.
Sorprendentemente, le cellule del tempo svolgono un ruolo più complicato del semplice tracciamento del tempo, ha affermato Erin Bigus, assistente di ricerca laureata in neurobiologia e co-prima autrice dello studio. Quando i ricercatori hanno bloccato temporaneamente l’attività della regione cerebrale che contiene le cellule del tempo , la corteccia entorinale mediale (MEC), i topi potevano ancora percepire e persino anticipare la tempistica degli eventi. Ma non potevano imparare da zero compiti complessi correlati al tempo.
“Il MEC non si comporta come un cronometro davvero semplice, necessario per tenere traccia del tempo in qualsiasi circostanza semplice”, ha detto Bigus. “Il suo ruolo sembra essere quello di apprendere effettivamente queste relazioni temporali più complesse”.
È interessante notare che ricerche precedenti sulla MEC hanno scoperto che è coinvolta anche nell’apprendimento di informazioni spaziali e nella costruzione di “mappe mentali”.
Nello studio, i ricercatori hanno notato che i modelli di attività cerebrale che si verificano durante l’apprendimento di compiti basati sul tempo mostrano alcune somiglianze con i modelli precedentemente osservati coinvolti nell’apprendimento spaziale; aspetti di entrambi i modelli persistono anche quando l’animale non sta imparando attivamente.
Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, questi risultati suggeriscono che il cervello potrebbe elaborare spazio e tempo in modi fondamentalmente simili, secondo i ricercatori. “Riteniamo che la corteccia entorinale possa avere un duplice scopo, agendo sia come contachilometri per tracciare la distanza sia come orologio per tracciare il tempo trascorso”, ha affermato James Heys, Ph.D., professore associato di neurobiologia e autore senior dello studio.
“Queste sono le prime aree del cervello ad essere colpite da malattie neurodegenerative come l’Alzheimer. Siamo interessati a scoprire se i compiti di comportamento temporale complessi potrebbero essere un modo utile per rilevare l’insorgenza precoce dell’Alzheimer”, ha affermato Heys.
“Queste sono le prime aree del cervello ad essere colpite da malattie neurodegenerative come l’Alzheimer. Siamo interessati a scoprire se i compiti di comportamento temporale complessi potrebbero essere un modo utile per rilevare l’insorgenza precoce dell’Alzheimer”, ha affermato Heys.
Imparare come il cervello elabora il tempo potrebbe in ultima analisi aiutare nella rilevazione di malattie neurodegenerative come l’Alzheimer, affermano i ricercatori. La MEC è una delle prime aree del cervello colpite dall’Alzheimer, il che suggerisce che compiti complessi di temporizzazione potrebbero potenzialmente essere un modo per individuare precocemente la malattia.