Мозг и время: как наша биология противоречит законам физики
Мы постоянно стремимся то сэкономить время, то убить его, мы теряем время, оттягиваем, мечтаем о свободных минутах. А ученые толкуют об относительности времени, о растяжимости времени, о времени реакции. Но что же такое время, а главное – почему наш мозг так противоречиво его ощущает? Почему время то ускоряется, то ползет черепахой? Почему мы способны заглянуть в мыслях на годы вперед, но беззащитны перед кредитами и рекламой? А как чувствуют время наши меньшие братья? Дин Буономано предлагает самые современные научные ответы на эти вопросы.
Об авторе
Дин Буономано — американский нейробиолог, профессор Калифорнийского университета, названный «одним из первых нейробиологов, которые задались вопросом, как человеческий мозг кодирует время».
Никто не знает, что такое время
«Время» одно из самых популярных слов и одно из самых неопределенных. Хотя наш мозг – самое сложное устройство в мире, он не проектировался эволюцией для осознания такого феномена, как время, поэтому нет явления более парадоксального. Наши органы чувств не способны уловить течение времени, время нельзя потрогать или понюхать, однако мы научились измерять его куда точнее, чем пространство.
Наука шла к этому долгим путем: математика началась с евклидовой геометрии, а к понятию времени подобралась только через 2000 лет. Ньютон считал, что у времени универсальный характер. Даже после открытий Эйнштейна некоторые ученые стремятся исключить фактор времени и представить вселенную как геометрически статичный объект. С другими науками не проще: биология приняла концепцию времени только благодаря Дарвину и его идее эволюции. Между тем, если мы не поймем, как мозг воспринимает время, то не поймем и само устройство мозга.
В самом общем виде мозг может различать естественное время (та среда, в которой протекает наша жизнь), часовое время (оно ведает нашими повседневными делами) и субъективное время. Но это лишь вершина айсберга.
Наш мозг – машина времени
Тема путешествий во времени невероятно популярна, но очень молода: ей всего около ста лет. Ее научный отец – Альберт Эйнштейн, после открытий которого физики стали допускать саму возможность хронопутешествий. Впрочем, машина времени прямо сейчас располагается в голове каждого из нас – это наш мозг. Для такого сравнения есть четыре причины:
1. Мы предсказываем будущее, запоминая прошлое. Это главное условие нашего выживания, и оно в той или иной степени касается всех животных. Лучший способ выжить в постоянно меняющемся мире – научиться предугадывать, что произойдет в будущем и когда.
2. Мозг умеет определять время. Все наши дела и навыки – от способности прочитать наизусть стихотворение до регуляции циклов сна – требуют умения определять время. Механизмов для определения разных отрезков времени в нашем мозгу множество, и с точки зрения эволюции это логично: слишком важную роль время играет в разных аспектах нашей жизни.
3. Мозг создает ощущение времени. При этом наш организм не имеет своего органа чувств для восприятия времени. Однако же это одно из наиболее привычных наших ощущений, которое полностью противоречит тому, что знает о времени наука.
4. Мы можем путешествовать во времени – в мыслях. Это позволяет нам «властвовать миром». Может быть, человек и не единственное животное на планете с такой способностью, но он, безусловно, единственное животное, которое научилось извлекать из этого максимальную пользу.
Время – учитель (но мы плохие ученики)
Одна из базовых форм обучения – знаменитый условный рефлекс. Поведение собаки Павлова, реагирующей на звонок, основано на порядке событий. Принцип временной обусловленности позволяет нам видеть связь между сексом и рождением ребенка, между посевом семян и урожаем. Но мы достаточно близоруки в этом отношении: как шутит Буономано, если бы раковая опухоль появлялась через неделю после выкуривания первой сигареты, это производило бы на курящих куда большее впечатление. Почему мы такие плохие стратеги? Вы узнаете об этом из главы «Путешествия во времени».
Мозг днем и ночью
Итак, мозг наделен механизмами для измерения самых разных отрезков времени. Возьмем базовый цикл «день – ночь». В глубине мозга прячется гипоталамус, а в глубине гипоталамуса располагается супрахиазматическое ядро. Именно эта небольшая группа из 10 тыс. нейронов сообщает вам, когда следует отправляться спать. Но, как ни странно, для существования циркадного ритма наличие головного мозга вообще необязательно! Опыты показали, что даже единичная клетка бактерии отслеживает время суток.
Если нейроны супрахиазматического ядра существуют в глубине мозга, в полной темноте, откуда они знают, день сейчас или ночь? Тут важны внешние сигналы, в первую очередь солнечный свет: неслучайно супрахиазматическое ядро располагается на пересечении правого и левого оптического нерва. Так оно определяет уровень освещенности снаружи черепа. А эта информация настраивает биологические часы в соответствии с фазами вращения Земли.
Люди поняли всю сложность природных часов лишь в XX столетии, когда стали летать на самолетах и благодаря этому быстро перемещаться в другой часовой пояс. Кто-то переживает этот процесс спокойно, кто-то чрезвычайно болезненно, но касается это каждого. При этом путешествие на восток пережить гораздо сложнее, чем перелет на запад.
Прогресс играет против нас. Сегодня множество людей работает посменно: пилоты, медсестры, полицейские. Режим их работы может спровоцировать серьезные патологии, например, диабет. Концентрация инсулина обычно повышается перед приемом пищи, а нарушение равновесия ведет к развитию диабета.
Вообще, от супрахиазматического ядра больше вреда, чем пользы. Тем обиднее понимать, что мы можем жить и без него. Ученые косвенно доказали это, когда заметили, что повреждение ядра у хомяков привело к увеличению продолжительности жизни. Так что, если в будущем мы будем обживать другие галактики с другими циклами дня и ночи, проще будет вовсе отключить супрахиазматическое ядро.
