Ученые обнаружили интригующую связь между метаболизмом и ощущением времени

Фото из открытых источников

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Psychophysiology, скорость, с которой проходит минута, и точность оценки её продолжительности могут быть связаны с метаболизмом в состоянии покоя, уровнем гормонов и рабочей памятью организма. Сравнивая здоровых взрослых с людьми, страдающими редкими генетическими заболеваниями, нарушающими выработку клеточной энергии, исследователи обнаружили, что обе группы оценивали время с одинаковой скоростью и точностью. Однако основные биологические и когнитивные факторы, связанные с восприятием времени, различались между двумя группами, что предполагает, что ограничения клеточной энергии могут изменять координацию работы мозга и тела для отслеживания времени.

Несмотря на то, что физические часы тикают с постоянной скоростью, субъективное восприятие времени сильно различается от человека к человеку и от момента к моменту. Исследователи, изучающие восприятие времени, часто разделяют это внутреннее ощущение на два отдельных измерения: скорость хода часов и вариативность. Скорость хода часов относится к среднему темпу внутреннего таймера человека, где более быстрый ход часов заставляет определенный промежуток времени ощущаться дольше, в то время как вариативность измеряет, насколько сильно оценки продолжительности времени человеком колеблются от одной попытки к другой.

Ранние психологические модели рассматривали восприятие времени как работу автономного нейронного кардиостимулятора внутри мозга, функционирующего в значительной степени независимо от остальной части тела. Более новые концепции предполагают, что наше ощущение длительности формируется в результате работы множества нейронных сетей мозга, которые непрерывно отслеживают внутренние состояния организма, включая частоту сердечных сокращений, температуру тела и физическую нагрузку. В соответствии с этим взглядом, эксперимент с участием взрослых, выполнявших физические упражнения, показал, что участники воспринимали время как протекающее медленнее во время тренировки, чем в состоянии покоя до или после нее.

Сравнения между различными видами животных и исследования усталости у человека также указывают на роль метаболизма — химических процессов, посредством которых организм преобразует пищу в энергию. Более высокие темпы метаболизма и повышенная температура тела, как правило, сопровождаются более быстрой внутренней синхронизацией, в то время как низкий уровень кислорода или умственное истощение могут замедлять обработку информации во времени.

Химические посредники, участвующие в реакциях организма на стресс и бодрствование, известные как катехоламины, также задействованы в восприятии времени. Когда нервная система высвобождает катехоламины, такие как норадреналин или дофамин, это может изменять как воспринимаемую скорость, так и согласованность оценок длительности. Например, исследование на животных, которым вводили амфетамин, показало, что искусственное усиление этих химических сигналов делало восприятие времени у животных более нерегулярным, нарушая координацию активности нейронов в префронтальной коре.

На клеточном уровне энергоснабжение в значительной степени зависит от митохондрий — крошечных структур внутри клеток, которые объединяют кислород и питательные вещества для выработки химического топлива посредством процесса, называемого окислительным фосфорилированием. Когда клетки не могут эффективно адаптировать это производство энергии к меняющимся потребностям, это может ограничить способность мозга поддерживать синхронизированные нейронные ритмы, необходимые для отслеживания времени и пространства, как предположили авторы обзора 2026 года о шизофрении, опубликованного в журнале Neuroscience and Biobehavioral Reviews, в качестве гипотезы для будущих исследований.

У людей с редкими мутациями в митохондриальной ДНК, состоянием, известным как митохондриальное заболевание, часто наблюдается как снижение клеточной энергетической емкости, так и хронически повышенный уровень норадреналина. Это дает возможность естественным образом изучить, изменяют ли долгосрочные энергетические ограничения то, как организм регулирует свое восприятие времени.

Чтобы изучить эти взаимосвязи у людей, исследовательская группа под руководством Даршаны Капри и профессора Мартина Пикара из Лаборатории митохондриальной психобиологии Медицинского центра имени Ирвинга Колумбийского университета проанализировала данные, собранные в рамках более масштабного исследования «Митохондриальный стресс, нейровизуализация и эпигенетика». Исследователи хотели проверить, связаны ли общие энергетические затраты организма, базовый уровень норадреналина и рабочая память со скоростью внутренних биологических часов и стабильностью времени, и нарушает ли митохондриальное заболевание эти взаимосвязи.

«Мы хотели лучше понять повседневные проблемы, с которыми могут сталкиваться люди с митохондриальными заболеваниями», — рассказали Капри и Пикар. «Наше ощущение времени является частью множества повседневных умственных задач, от понимания разговора до простых математических вычислений в уме. Очень мало исследований было посвящено тому, влияют ли энергетические системы организма, включая митохондрии, на наше восприятие времени. Именно этот пробел мы хотели начать заполнять».

В исследовании приняли участие 95 взрослых в возрасте от 18 до 60 лет, в том числе 59 здоровых участников контрольной группы и 36 человек с диагностированным генетическим митохондриальным заболеванием, вызванным либо специфической точечной мутацией, либо единичной крупной делецией в митохондриальной ДНК. Более широкий проект зарегистрирован в реестре клинических испытаний. Для данного анализа авторы заранее сформулировали четыре гипотезы и скорректировали эти тесты с учетом множественных сравнений, рассматривая все остальные анализы как исследовательские и направленные на выдвижение гипотез. 

Для измерения восприятия времени в перспективе, то есть того, как люди отслеживают продолжительность, зная заранее, что время проверяется, участники сняли все часы и цифровые устройства и выполнили два 10-минутных поведенческих задания в тихой комнате. В задании на вербальную оценку времени экспериментатор запускал скрытый таймер на 12 случайных интервалов от 8 до 55 секунд, и участники указывали, сколько времени, по их мнению, прошло после звукового сигнала. В задании на вербальное воспроизведение времени экспериментатор называл целевую продолжительность в 10, 30 или 60 секунд, и участники указывали, когда, по их мнению, истек именно этот интервал.

Если внутренние биологические часы человека работают быстрее, 30-секундное ожидание кажется дольше, чем оно есть на самом деле, что приводит к переоценке прошедших интервалов в первом задании и преждевременной остановке таймера во втором задании. Исследователи объединили соотношения каждого участника в обоих заданиях в единый показатель скорости работы часов и рассчитали согласованность этих соотношений от одного испытания к другому, чтобы измерить вариативность времени.

Помимо заданий на время, участники прошли широкий спектр биологических обследований. Ученые измерили расход энергии в состоянии покоя — скорость, с которой организм сжигает калории в состоянии покоя, — и скорректировали значения с учетом мышечной массы каждого человека. Они также собрали образцы крови и мочи натощак для измерения базового уровня сигнальных химических веществ, включая норадреналин, адреналин, дофамин и серотонин, и выделили определенные типы белых кровяных клеток и тромбоцитов для расчета индекса здоровья митохондрий, отражающего активность клеточных ферментов, вырабатывающих энергию, относительно количества митохондрий.

Участники также прошли когнитивные тесты рабочей памяти, то есть способности временно удерживать и обрабатывать информацию в уме, используя задания на воспроизведение чисел и отслеживание букв. Они заполнили стандартизированные анкеты, оценивающие уровень стресса, тревожности, депрессии, выгорания и усталости, а также выполнили 30-секундный физический тест «вставание из положения сидя». Наконец, участники прошли структурную МРТ для измерения объема и толщины наружного слоя серого вещества головного мозга, а также функциональную МРТ в состоянии покоя для измерения региональной однородности — показателя того, насколько тесно соседние области в семи основных сетях головного мозга синхронизируют свою спонтанную активность.

В целом по выборке результаты выполнения двух заданий на определение времени совпали, как и ожидалось: участники, переоценивавшие прошедшую продолжительность, также, как правило, давали более короткие интервалы, что согласуется с тем, что оба задания отражают общую скорость внутренних биологических часов. Участники, у которых скорость биологических часов была на одном из крайних значений — необычно быстром или необычно медленном, — как правило, демонстрировали большую вариативность оценок от попытки к попытке. Когда исследователи сравнили 36 участников с митохондриальным заболеванием напрямую с 59 здоровыми контрольными участниками, они не обнаружили статистически значимых различий между двумя группами по средней скорости биологических часов или вариативности времени.

«Мы ожидали, что у людей с митохондриальными заболеваниями будет заметно отличаться восприятие времени, но в среднем этого не наблюдалось», — заявили исследователи. «Их восприятие времени было примерно таким же, как и у всех остальных».

Хотя в целом поведение, связанное с восприятием времени, выглядело схожим у обеих групп, физиологические факторы, влияющие на восприятие времени, различались. У здоровых контрольных испытуемых сжигание большего количества энергии в состоянии покоя относительно массы тела умеренно коррелировало с меньшей вариабельностью восприятия времени, в то время как более высокие уровни норадреналина в моче умеренно коррелировали с большей вариабельностью восприятия времени; обе эти взаимосвязи со стабильностью восприятия времени сохранились после статистической коррекции на множественные сравнения. Здоровые участники с более высокими энергетическими затратами в состоянии покоя и более низким уровнем норадреналина в крови также имели тенденцию к более высокой скорости реакции часов, хотя эти ассоциации со скоростью реакции ослабли до предположительных тенденций и не были статистически значимыми после корректировки на множественные сравнения.

У участников с митохондриальными заболеваниями связь между расходом энергии в состоянии покоя, норадреналином и восприятием времени либо отсутствовала, либо имела тенденцию к противоположному направлению, хотя различия между группами в этих взаимосвязях перестали быть статистически значимыми после коррекции. Аналогичная закономерность наблюдалась и в ходе поискового анализа других химических мессенджеров в моче: более высокие уровни дофамина, серотонина и адреналина соответствовали большей вариабельности восприятия времени у здоровых взрослых, тогда как в группе с митохондриальными заболеваниями эта связь была слабее или отсутствовала.

Наиболее резкое расхождение между двумя группами наблюдалось в отношении рабочей памяти. У здоровых взрослых более высокие показатели в задании на запоминание чисел в обратном порядке были умеренно связаны с более высокой скоростью внутренних биологических часов. У взрослых с митохондриальными заболеваниями эта зависимость менялась на противоположную: более высокие показатели рабочей памяти, как правило, соответствовали более низкой скорости биологических часов, хотя эта обратная связь была слабой и сама по себе статистически незначимой. Разница в направлении между двумя группами сохранялась после статистической коррекции на множественные сравнения, тогда как в отношении временных вариаций более высокая рабочая память была последовательно связана с более стабильным временем в обеих группах.

«Это был самый убедительный результат исследования», — отметили Капри и Пикар. «Он предполагает, что их мозг может достигать нормального восприятия времени другим путем».

В ходе предварительного анализа исследователи обнаружили, что эффективность митохондриальных ферментов в одном классе белых кровяных клеток, называемых моноцитами, показала умеренную положительную связь со скоростью работы часов в рамках всей когорты, в то время как взаимосвязи между вариабельностью времени и митохондриальными маркерами в нескольких типах клеток крови различались между здоровыми участниками и участниками с митохондриальными заболеваниями. Психологические опросники не выявили статистически значимых связей между стрессом, тревожностью или усталостью и скоростью работы часов, но более высокая вариабельность времени была умеренно связана с большей степенью выгорания, в частности, с более низкой самооценкой эффективности работы, в обеих группах.

В данных нейровизуализации локальная синхронизация в сетях головного мозга в состоянии покоя и структурные показатели, такие как толщина коры и объем серого вещества, показали умеренную связь с восприятием времени у здоровых испытуемых, объясняя лишь небольшую долю индивидуальных различий, тогда как некоторые из этих взаимосвязей между мозгом и поведением были изменены или отсутствовали у участников с митохондриальным заболеванием.

Поскольку люди с митохондриальными заболеваниями в среднем оценивали время примерно так же, как и здоровые люди, несмотря на отсутствие обычных физиологических и когнитивных корреляций, авторы предполагают, что дефекты клеточной энергии не приводят к прямому ускорению или замедлению внутренних биологических часов. Вместо этого исследователи предполагают, что митохондриальная дисфункция изменяет способ интеграции метаболических и нейрохимических сигналов, и что пациенты могут полагаться на альтернативные нейронные или когнитивные стратегии для поддержания стабильного восприятия времени.

Авторы также предлагают предварительное объяснение того, почему более высокий исходный уровень норадреналина в крови у здоровых взрослых имел тенденцию к замедлению ритма жизни, несмотря на то, что острый стресс обычно заставляет время казаться растянутым. По мнению исследователей, исходный уровень норадреналина в крови отражает хроническую регуляторную точку равновесия, которая может действовать как физиологический тормоз на внутренний кардиостимулятор, тогда как внезапные скачки уровня норадреналина во время непосредственной угрозы временно ускоряют его.

«Восприятие времени — сложный процесс, — объяснили исследователи. — То, насколько быстро, как вам кажется, проходит время, частично зависит от метаболизма вашего организма, от того, сколько энергии он расходует в состоянии покоя, а частично от ваших мыслительных способностей. Среди здоровых участников исследования люди с лучшей рабочей памятью (способностью удерживать и обрабатывать информацию в уме в течение короткого времени) имели, как правило, более быстрые «внутренние часы»».

Они добавили, что «наше ощущение времени не ограничивается только головой. Оно связано как с мозгом, так и с телом».

Как и в любом исследовании, при интерпретации этих результатов следует учитывать несколько оговорок. Поскольку в исследовании переменные измерялись в один момент времени, а многие из более широких анализов носили поисковый характер, результаты не позволяют установить причинно-следственную связь, а некоторые из первоначальных ассоциаций ослабли до статистических тенденций после корректировки на множественные сравнения. Кроме того, задания на определение времени охватывали интервалы от 8 до 60 секунд без отвлекающих задач, чтобы предотвратить мысленный подсчет секунд участниками, что означает, что индивидуальные различия в привычках подсчета, внимании и памяти, вероятно, повлияли на результаты по определению времени. Это может быть особенно актуально для результатов, касающихся рабочей памяти.

«Это было пилотное исследование, — рассказали Капри и Пикар. — Оно было призвано открыть новые вопросы, а не дать на них однозначные ответы. Обнаруженные нами связи были незначительными, и масштаб исследования был недостаточен для того, чтобы с уверенностью выявить небольшие эффекты. Читателям следует рассматривать эти результаты как предварительные подсказки, указывающие на направления будущих исследований».

Еще одно ограничение связано с методом измерения энергетической емкости клеток. Исследователи оценивали активность митохондриальных ферментов в циркулирующих иммунных клетках и тромбоцитах, которые быстро обновляются в кровотоке и часто удаляют мутированную митохондриальную ДНК, поэтому эти маркеры крови могут не отражать истинные энергетические ограничения внутри долгоживущих клеток головного мозга. В то же время участники с митохондриальными заболеваниями имели два разных типа генетических мутаций и значительно различались по тяжести симптомов, что могло замаскировать более тонкие групповые эффекты, которые могли бы быть выявлены в будущих более масштабных исследованиях, направленных на изучение конкретных механизмов.

«Эти результаты необходимо проверить на более крупных группах, прежде чем мы сможем что-либо утверждать наверняка», — добавили авторы.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний