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."

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.