Куда летит время. Увлекательное исследование о природе времени

Однако в действительности нейроны едва ли будут функционировать настолько слаженно. «Очень трудно описывать деятельность мозга путем поиска аналогий в повседневной жизни», – признался Буономано. Кроме того, ученый полагает, что миллисекундные часы не привязаны к каким-либо конкретным структурам клеток мозга. С большей вероятностью можно предположить, что функция определения длительности с точностью до миллисекунд осуществляется нейронной сетью, которая организуется ситуативно и не имеет четкой локализации. «Определение длительности времени выступает таким основополагающим аспектом нервной деятельности, что со стороны мозга было бы странно полагаться на ведущий генератор синхроимпульсов, – утверждает ученый. – В существовании эталонных часов нет необходимости, это сделало бы устройство мозга слишком уязвимым».

Когда раздражающий импульс достигает мозга – например, когда сигнал точки кода Морзе возбуждает слуховой нерв или глаз видит вспышку, – по цепочкам нейронов проходит волна электрического возбуждения. Сигнал передается от одного нейрона к другому посредством нейромедиаторов через небольшую щель, которую называют синапсом. Нейромедиаторы приводят следующую клетку в возбужденное состояние, побуждая ее генерировать собственный электрический импульс. Представьте себе ученого, который бросает коллеге ключи от двери через весь коридор. В случае с нейронами бросок занимает ничтожное количество времени – вероятно, от десяти до двадцати миллисекунд. За это время нейрон успевает прийти в возбужденное состояние и выйти из него, передав импульс далее по цепи. Если в ходе передачи одного нейроимпульса поступит еще один, нейрон примет его, находясь в ином возбужденном состоянии, чем при приеме предыдущего импульса. Карл Лешли отмечал, что данную ситуацию наилучшим образом иллюстрирует метафора, изображающая «мозг в виде озерной глади». Воспринятый стимул генерирует импульс, который входит в сеть нейронов, поднимая рябь возбуждения, как будто в воду был брошен камень. Далее следует новый импульс, который слегка видоизменяет рисунок волн на растревоженной поверхности воды, добавляя к ней новые узоры, и так далее. Вся эта чехарда в мозговом веществе никогда не прекращается. Нейроны отнюдь не бездействуют в ожидании очередной точки кода Морзе, которая должна побудить их к действию; они постоянно при делах: за передачей одного нейроимпульса после кратковременного отдыха тут же следует передача второго. «Входящие сигналы никогда не поступают в статичную или пребывающую в состоянии покоя нейросеть – на момент приема импульсов система уже находится в возбужденном состоянии, активирована и упорядочена», – писал Лешли.

Рябь возбуждения, проходящая по нейросети, довольно эфемерна и держится всего лишь несколько миллисекунд, пояснил Буономано. Тем не менее существует короткий промежуток времени, в течение которого в нейросети сохраняется информация о том, что случилось мгновение назад. Нейросеть может находиться в двух состояниях, которые мгновенно сменяют друг друга: активированное состояние, обусловленное передачей последнего принятого импульса, и кратковременный след передачи предыдущего импульса, обнаруживающий незначительные отличия от текущего активированного состояния, который Буономано называет латентным состоянием. Это состояние, выступающее одной из разновидностей краткосрочной памяти, составляет сущность гипотетических миллисекундных часов. Соотнесение двух состояний нейросети по таким параметрам, как последовательное присутствие, отсутствие или количество пиков возбуждения в подсистеме нейронов, информирует мозг о количестве времени, прошедшем с момента перехода нейросети из одного состояния в другое. Миллисекундные часы – это не столько счетчик времени, сколько детектор кодовых комбинаций, который сравнивает последовательные снимки ряби на поверхности пруда и конвертирует пространственные параметры во временные: состояния А и G при наложении дают понять, что прошло 100 миллисекунд; разница между состояниями D и Q соответствует 500 миллисекундам и так далее. Буономано смоделировал на компьютере работу нейросетей, включающих латентные состояния, и убедился в работоспособности модели – симуляторы нейросетей могут распознавать разные интервалы времени.