Hur vi lär när något börjar och slutar i tiden

2010-07-23
Att lära sig rätt ordning på något är kritiskt för allt från att laga mat till att köra bil eller lösa ekvationer. I människans hjärna finns flera funktioner som hjälper oss att göra saker på ett meningsfullt sätt relaterat till tiden och omvärlden. För att lära sig och använda inlärda kedjor av händelser där aktiviteter ska börja och sluta är hjärnans belöningscentrum kritiskt visar en studie publicerad i Nature.

Att människan meningsfullt och med hög korrekthet kan betrakta och relatera till tid tas ofta som självklart. I verkligheten har vi en ganska förvirrad tidsuppfattning byggd på ett flertal system där dessa lätt hamnar i olag - - SAD (vinterdepression) kan vara ett exempel - och som också är relativa till vad vi upplever just nu där vi kan uppleva att tiden rör sig olika snabbt t.ex. när vi är uttråkade eller arbetar intensivt koncentrerade.

En möjlig koppling mellan den i upplevelsen relativa tiden och hjärnans hjärnans belöningssystem är trolig. Flera mekanismer som visar att situationer där upplevd tid är relativ mot känslor med koppling till motivation och hunger på mat eller annat smaskigt gavs i följande artikel (d.v.s. drivet av belöningscentrum):

Mest relevant är avsnitt ett till nio i artikeln även om sambandet mycket möjligt inverkar på övriga mekanismer diskuterade efter.

Människans tidsuppfattning vid hot och strid

Ett till exempel direkt på människa har vi i de situationer där exakt bedömning av relevant tid är viktigt. Om du hör ljudet av ett rovdjur i den exakta närhet är det viktigt att kunna bedöma tiden det kan ta för den att nå dig respektive tiden det tar för dig att fly via olika vägar.

I sådana tillfällen upplevs dock trots att bedömningarna av tiden olika fysiska vägar tar görs ovanligt bra blir upplevelsen av tiden blir en aning "icke existerande" där man hinner med hur mycket som helst därför att tiden tycks sträcka ut sig så långt som är nödvändigt.

Är tid en illusion?
Craig Callender, professor i filosofi vid UCLA.
Foto: UCLA

För oss människor genom att tid är relaterad till striatum liksom andra fundamentala delar av hjärnan blir vår bild av tiden även för universum lätt lika hur vi själva upplever tid i vår exakta närhet.

Hur vi upplever världen är dock mekanismer som uppstått här på jorden genom evolutionen därför att de är meningsfulla för vår överlevnad. De behöver inte spegla vad tid är eller ens att tid existerar.

Vi har också svårt att relatera till tid - om den existerar - utanför vår absoluta närhet. Det vi ser just nu tror vi händer i samma ögonblick vilket långt ifrån alltid stämmer där det mest uppenbara exemplet är stjärnorna vi ser som kan vara borta sedan länge.

Vi kan dessutom se att fysikens bild av tid skiljer sig radikalt från hur vi ser på tid. Det är dock lika troligt att den skillnaden är resultatet av ett försök att behålla tidsbegreppet trots att det inte existerar.

Människan vill se universum som tredimensionell och sekventiellt ordnad därför det är vad vår hjärna har naturlig förmåga att relatera till.

Att tid inte skulle existera är ett svårt begrepp att relatera till där möjligheten kanske bäst ses som att andra mekanismer samverkande skapar något som tycks vara tid i hur energi och rummet rör sig. Vi ser på världen på ett sätt och att lämna det är mycket svårt. Vi kan jämföra med hur vi upplever världen som tre tredimensionell trots att mycket pekar på att många fler rumsdimensioner finns.

Stöd för att tid inte finns växer också att vi när Foundational Questions Institute 2008 tog in papper riktat rörande tid där många talade för ett tidslöst universum. En av de artiklar som inte övergav tiden men som ändå var en av de mest läsvärd är:

Craig Callender, professor i filosofi vid UCLA, där han passande för denna forskningsnyhet visar en idé om ett tidsrum i 4D uppbyggt av många 3D-rum i en sekventiell tidsordning.

En bra sammanfattning av var fysiken står just nu rörande detta är att ingen teori kan sägas ha något som talar för den och det tycks lika troligt att en ny kommer som förklarar tid vettigt som att någon av de betydande teorierna utvecklas framåt. Oavsett vilket tycks det troligt att detta inte under överskådlig framtid kommer ha någon praktisk betydelse här på jorden.

Orsaken är att hjärnan släpper vanliga säkerhetsmekanismer och låter neuronerna gå upp till vilken aktivitetsnivå som helst oavsett ev. kort- eller långsiktiga problem för att lösa ett akut hot mot vår överlevnad. Samma sak kan t.ex. gälla soldater i strid.

Diskret tid för inlärda mönster

När vi betraktar tidsuppfattning är det viktigt att förstå ordet uppfattning i det. Det handlar om förmåga att relatera till tid på ett sätt märkbart för oss. Levern har helt säkert en egen "tidsuppfattning" men vi kan inte relatera till den trots att den är en del av vår kropp. Samma sak kan gälla delar av vår hjärna.

Striatum vid inlärda beteende sekvenser där också denna del av hjärnan allmänt har stor betydelse för både att skapa minnen av inlärning, att motiveras till att lära sig något och hämta upp minnen. Jämför vi med att lära sig spela piano kan vi se följande:

  • Striatum har betydelse för motivation respektive inlärningen av finger mönster och det korresponderande not-språket.
  • Denna inlärning inkluderar förutom rörelser och minnet av noterna även tid.
  • Tiden representerar här hastigheten som fingrarna ska röra sig med.

För striatum vars möjlighet till aktivitet styrs av information från basala ganglia via mest märkbart signalsubstansen dopamin kan via mediering av denna styra aktivitet i hjärnan d.v.s. hastigheten som neuroner avfyrar med.

Det tycks troligt att det kan motsvara den inlärda tiden som speglar hastigheten fingrarna rör sig med inklusive tidsluckor mellan nedslag. Därmed ses också här utan t.ex. en hotande fara eller dylikt en koppling till samma mekanism som diskuterades i:

Det vill säga samma sak som för vår uppfattning av rummet och tiden i situationer kritiska för överlevnad men i detta fall på en lugn normal nivå lokaliserat till relevanta delar av hjärnan.

Påverkan av striatum på vår tidsuppfattning

Att betrakta människans tidsuppfattning som styrt på detta sätt är inte vanligt inom forskning där studier ofta rör situationer där mer objektiv tid har betydelse vilket gör denna koppling kanske svårare att se. Hur belöningsstyrda respektive "stridsstyrda" beteenden översätter till vår vardag idag har dock stor betydelse för vårt beteende och därför bör också dess inverkan på vår tidsuppfattning ha vikt.

I en ny studie publicerad i Nature (se [1]) följde dock Xin Jin och Rui M. Costa vid National Institutes of Health med stöd av Champalimaud Foundation upp ev. inverkan på tidsuppfattningen från dessa delar av hjärnan.

I studien i Nature sökte man just betydelsen av striatum för att lära sig slut och början på sekvenser (jämför med att spela piano). Det man visade var att när möss lär sig en särskilt beteendemässig sekvens gäller att:

  • Det finns en specifik aktivitet i neuroner som styrs av striatum med associerade näraliggande delar av hjärnan.
  • Dessa signalerar initiering (början) och terminering (slut) i delsteg.

För genetiskt modifierade möss där dessa delar av hjärnan underpresterade såg man också oförmåga att korrekt hantera inlärning av sekvenser.

Rätt tidpunkt för rörelser är kritiskt

Rui Costa pekar på betydelsen av att dessa delar av hjärnan fungerar korrekt:

- För att genomföra inlärda färdigheter som att köra bil är det essentiellt att veta när man ska påbörja och avsluta en särskild sekvens av rörelser. Vi upptäckte att dessa delar av hjärnan är involverade i att initiera och terminera sekvenser som är inlärda.

Resultaten kan ha betydelse vid flera vanliga sjukdomar:

- Detta kan ha relevans för patienter som lider av Huntingtons sjukdom och Parkinsons sjukdom men också för personer som lider av andra störningar som tvångsmässighet, förklarar Rui Costa.

Xin Jun delar den uppfattningen och pekar särskilt att det kan gälla när dopaminproducerande celler i basal ganglia fungerar nedsatt:

- Denna start/stop aktivitet verkar under inlärning och att störa den genetiskt sätter allvarligt ner förmågan att lära sig nya sekvenser. Dessa resultat kan ge en insikt i den mekanism som underligger inlärning av sekvenser observerade vid Huntingtons sjukdom och Parkinsons sjukdom där neuroner i basala ganglia förlorats.

Vi kan också jämföra med bristande impulskontroll där detta praktiskt bl.a. visar sig i en lätt annorlunda tidsuppfattning där saker behöver ske just nu och ordningen på saker ofta blir förvirrad där saker längre fram i sekvenser gärna hamnar för tidigt i ordningen.

Läs mer: