Egy lépéssel közelebb annak megértéséhez, hogyan érzékeli az agy az idő múlását

2022 / 09 / 11 / Bobák Zsófia
Egy lépéssel közelebb annak megértéséhez, hogyan érzékeli az agy az idő múlását
Az entrópia a titkos összetevő annak vizsgálatában, hogy a komplex rendszerekben az idő folyása mennyire mérhető vagy érzékelhető.

Azt, hogy pontosan hogyan írható le az idő múlása és hogyan érzékeli ezt a megfoghatatlan jelenséget az emberi agy, vagyis a neuronok szintjén miként lehetséges "megtalálni az időt" régóta kutatják a tudósok, de egy ennyire komplex rendszer pontos feltérképezése nehéz feladat. A kutatók már évekkel ezelőtt rátaláltak olyan idegsejtekre, amelyek az aktuális térbeli pozíció mellett az időbeli helyzetet is számon tartották, ebből pedig arra következtettek, hogy a hippokampusz/entorhinális kéreg területei felelősek azért, hogy egyfajta időzítő is működjön az agyban, amivel a történéseket megfelelő sorrendbe helyezi. A grid sejtek teszik lehetővé, hogy az ember (illetve, a kísérlet alapján, a patkányok is) tudják, éppen hol tartózkodnak, mivel ezek a neuronok navigálás közben időről-időre aktivizálódnak.

2021-ben egy másik kutatócsoport, a BCRC (Brain and Cognition Research Center) szakértői vizsgálták részletesebben az epizodikus memória működését, és sikerült felfedezniük a hippokampuszban az "idősejteket", amelyek a különféle emlékfoszlányok egybefüggő memóriává való összeállítását végzik.

"A szubjektív mentális időutazás jelensége a sarokköve az epizodikus memóriának.

A múlt újraátélésének élményében központi szerepet játszik a képesség, hogy élénken felidézzük a különböző eseményeket, amelyek egy meghatározott helyen és meghatározott sorrendben történtek." - írják a kutatók a tanulmányban - "[...] Az eredményeink további bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy az emberi hippokampusz idegsejtjei egy élmény során az idő múlását reprezentálják."


A hippokampusz egy sejtje (Kép: Robert McNeil, Baylor College of Medicine/SPL)

Létezik azonban egy másfajta meghatározása is az idő múlásának, vagy máshogy kifejezve az idő irányának: ez az entrópiával kapcsolatos, ami bizonyos folyamatok vissza nem fordítható jellegét jelenti. Az entrópia a rendezetlenség szintjét mutatja és a termodinamika második főtétele szerint egy zárt rendszerben, beavatkozás nélkül, a folyamatok csak egy irányba, a rendezetlenség irányába mozdulhatnak el, ez pedig irreverzibilis, vagyis nagyobb rendezettség nem jöhet létre. Ilyen értelmezésben az entrópia foka az idő múlásának jele is lehet, és ezt használja fel nyomravezető kapaszkodóként a Princeton Egyetem információelméleti szakértője, Christopher W. Lynn és kutatócsoportja a vizsgálatai során.

A kutatók szerint az "idő nyilának" megfelelő idegi jelek keresése a komplex biológiai rendszerekben ennek az irreverzibilitásnak a pontos meghatározásával válik lehetővé, emiatt fontos megismerni a rendszer visszafordíthatatlanságának az értékét, ami különböző szinteket érhet el.

"Alapvetően egy rendszer irreverzibilitása a matematikai megfelelője annak a távolságnak, ami a rendszer két állapot közti átmenetének valószínűsége és az átmenet visszafordításának valószínűsége között fennáll.

Amikor ezek a valószínűségek különböznek, a távolság pozitív. Ha az irreverzibilitást így határozzuk meg, ez nem egy mindent vagy semmit mennyiség, hanem bármilyen pozitív értéket felvehet." - írja a tanulmányról beszámoló Aps Physics.

A tudósok tehát első körben azt igyekeztek megtudni, hogy hogyan számítható ki a visszafordíthatatlanság szintje az idegsejti hálózat tekintetében. Az emberi agy átlagosan 86 milliárd neuront tartalmaz és minden egyes neuron kapcsolatot létesít és üzenetet közvetít a többi idegsejt számára is szinapszisokon keresztül. A bonyolult, élő, biológiai hálózatban a pozitív entrópia-produkció fokát különösen nehéz kiszámítani az állandó interakciók miatt, ezért kezdeti megoldásként először egy egyszerűbb és kisebb léptékű rendszert vettek alapul: egy szalamander retinájában található idegsejtek akciós potenciáljának sorát mérték.

A neuronok aktivitása az állatot érő ingerek függvényében változtak, miközben különböző videókat játszottak le neki, többek között egy olyat is, ami visszafelé lejátszva is ugyanazt mutatta. A kísérlet szerint az ilyenkor mért idegsejti aktivitás (tüzelés) sorozatának irreverzibilitása még nagyobb volt, aminek révén a kutatók arra a megállapításra jutottak, hogy a stimuláció formája nem áll közvetlen összefüggésben a rendszer entrópiájával.

"Az idő nyilának érzékelését a neuronhálók aktivitási mintája mozgatja.

A vizuális világról szóló tapasztalatunk az optikai idegben található retinális ganglion sejtek aktivitásából áll össze, információt hordozva a szemtől az agyig." - magyarázzák a kutatók a kísérlettel kapcsolatban, hozzátéve, hogy a vizsgált 53 neuron a szalamander retinájában az idő irányának és az irreverzibilitásnak a lokalizált mérését teszi lehetővé, ehhez azonban két vagy annál több idegsejt akciójára van szükség.

Az úgynevezett dekompozíciós technika, amelyet a kutatók fejlesztettek ki, ebben a nagyon kevés neuront tartalmazó rendszerben lehetővé tette az irreverzibilitás jelenségének megfigyelését, azonban a komplexebb felépítésű szervezetek vizsgálata csak ezután következhet. A tudósok szerint az egyik legérdekesebb aspektusa a folytatódó vizsgálatoknak a minimálisan irreverzibilis modellek és maximális entrópiával rendelkező rendszerek között fennálló kapcsolat feltérképezése lenne. Mivel a mostani elemzések során mindössze két neuron közti interakció adta az alapját a visszafordíthatatlan folyamatok megfigyelésének, ezért az elkészült modell meglehetősen leegyszerűsített, de éppen ezért lehet az idegi dinamika leírására felhasználni.

"Az eredmények bemutatták, hogy az idő nyilának lokális verziója a sokféle változó közötti interakció különböző szintjéből ered, még a legegyszerűbb esetekben is."

- írják a kutatók.

(Fotó: Robert McNeil, Baylor College of Medicine/SPL, Pixabay/Orlandow)

Az óráink egyre pontosabbak, de ennek ára lehet: növelik az entrópiát Először bizonyították be egy kísérletben, hogy nem csak a kvantumvilágban áll összefüggésben az óra pontossága az általa keltett entrópiával.


Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.