Beste antwoord
De membraantijdconstante van een neuron is gewoon een manier om te meten hoe snel een neuron s spanningsniveau zakt naar zijn ‘rusttoestand’ nadat het een ingangssignaal heeft ontvangen.
In de natuurkunde en techniek is een ‘tijdconstante’ een manier om te beschrijven hoe snel of langzaam een systeem op iets reageert wanneer het reactie kan worden omschreven als een exponentieel verval.
Radioactief verval is een bekend voorbeeld van een tijdconstante. Een element met een “halfwaardetijd” van 100 jaar zal na 100 jaar 50\% minder radioactief zijn. iets minder intuïtieve tijdconstante is hoe lang het duurt voordat 1 / e van de oorspronkelijke waarde is. De wiskundige constante e is ongeveer 2,7 en 1 / e = 0,368, dus een radioactief element met een tijd constante van 100 jaar zal na 100 jaar 37\% van de oorspronkelijke intensiteit zijn.
Neuronen hebben tijdconstanten van ongeveer 5 – 20 milliseconden (ms), wat betekent dat na een neuron opnieuw ontvangt een ingangssignaal (of “piek”) van een ander neuron, zijn spanning zal snel omhoog springen en dan na 5 – 20 ms afnemen tot 37\% boven zijn rusttoestand (afhankelijk van de exacte tijdconstante).
Deze afbeelding laat zien hoe een inkomende neurale piek eruit ziet (bovenste plot) en hoe de “EPSP” (prikkelende postsynaptische potentiaal) eruit ziet (onderste plot). U kunt zien dat de EPSP snel stijgt na de invoerpiek en na ongeveer 10 ms afneemt tot ongeveer 37\% van zijn spanning.
Quora-bijdrager en neurowetenschapper Shreejoy Tripathy creëerde een geweldig plot van membraantijdconstanten voor veel gangbare neuronen die hier beschikbaar zijn: membraantijdconstante
Neuronen kunnen worden gemodelleerd als elektrische miniatuurcircuits en de tijdconstante kan worden berekend uit de circuitwaarden in het model. Hoewel het eigenlijk andersom werkt … neurowetenschappers meten de tijdconstante experimenteel en leiden daaruit de circuitwaarden af. Zie het antwoord van Yohan John voor details.
Antwoord
“Tijd is de school waarin we leren, tijd is het vuur waarin we branden.”
– uit We lopen rustig door deze april-dag door Delmore Schwartz
Er is geen specifieke definitie van tijd vanuit een neurowetenschappelijk perspectief. Ik zou zeggen dat niemand echt weet wat tijd is – en dit geldt ook voor natuurkundigen, die weliswaar veel licht op het onderwerp hebben geworpen.
Het centrale probleem van tijd vanuit het perspectief van de psychologie is hoe en waarom we het ervaren. We lijken in het heden te zijn, met het vermogen om het verleden te herinneren en vooruit te lopen op de toekomst. Veel mensen hebben ook intuïtief het gevoel dat de toekomst nog niet is gebeurd.
De natuurkunde geeft ons geen idee waarom we het gevoel hebben dat we ons in het hier en nu bevinden.Vanuit het perspectief van tenminste enkele interpretaties van de natuurkunde is tijd slechts een andere ruimtelijke dimensie, dus er is geen voorkeurslocatie in de ruimtetijd die het heden wordt genoemd. Deze leidt ertoe dat sommige mensen tijd een illusie noemen. Ik denk dat dit zeer misplaatst is, maar het debat kan natuurlijk niet gemakkelijk worden beëindigd.
Het debat over de fysica van tijd
Zelfs onder natuurkundigen zijn er twee kampen in opkomst ^ 1. De traditionele vleugel kan worden geïdentificeerd op ons huidige punt in de wetenschapsgeschiedenis (circa 2018) met de natuurkundige Carlo Rovelli, die in zijn boek The Order of Time betoogt , dat “er niet zoiets bestaat als verleden of toekomst” . (Ik heb dit boek nog niet gelezen.)
Aan het andere uiterste zijn de natuurkundigen Lee Smolin en Quoras eigen Richard Muller. Lee Smolins boek Time Reborn stelt dat de traditionele natuurkundige opvatting van tijd als een illusie problematisch is, en hij probeert iets te herstellen dat lijkt op de intuïtieve noties van verleden, heden en toekomst. Ik heb het grootste deel van het boek gelezen – ik sta sympathiek tegenover de algemene vooruitzichten, maar ik geef toe dat ik niet helemaal begreep waar hij naar bedoelde.
Richard Muller lijkt ook in dezelfde richting te gaan met zijn boek NU: The Physics of Time . Ik heb dit boek ook nog niet gelezen, maar het lijkt het idee te herstellen dat de toekomst nog niet is gebeurd.
De neurowetenschap van tijdwaarneming en getimede actie
Neurowetenschappelijke gegevens en experimenten kunnen het debat tussen natuurkundigen niet rechtstreeks beïnvloeden. Het enige dat de neurowetenschap kan doen, is kijken naar de correlaten van verschijnselen zoals tijdschatting, ritmische meesleuren en subjectieve veranderingen in het gevoel van het verstrijken van de tijd.
Ik heb een deel hiervan bestudeerd als onderdeel van mijn proefschrift ^ 2 .Ik heb gekeken naar een fenomeen genaamd intervaltiming, het vermogen van mensen en dieren om te anticiperen op een belonende of bestraffende gebeurtenis in het bereik van seconden tot minuten, en passende maatregelen te nemen.
Studies tonen aan dat dopaminerge en cholinerge geneesmiddelen kunnen dit vermogen beïnvloeden: dopaminerge agonisten zoals amfetamine en cocaïne veroorzaken een tijdelijke versnelling van de interne kloksnelheid, waardoor proefpersonen denken dat er meer tijd is verstreken dan in werkelijkheid. Dopaminerge antagonisten hebben het tegenovergestelde effect. Bij langdurige blootstelling aan het medicijn leert de patiënt de veranderde ‘klok’ te compenseren. (Het is verleidelijk om deze resultaten in verband te brengen met de volkswijsheid dat de tijd vliegt als je lol hebt.) Cholinerge medicijnen hebben een fascinerend complementair effect: ze doen niet meteen iets, maar veroorzaken geleidelijk verplaatsingen in de herinnerde tijd, en deze verplaatsingen kunnen niet worden gecompenseerd.
The Great Imponderables
Merk op dat deze neurowetenschappelijke onderzoeken ons nooit vertellen wat tijd is, of wat subjectieve tijdperceptie is. Het laat alleen maar zien dat bepaalde hersengebieden en chemicaliën erbij betrokken lijken te zijn. Men kan verder gaan en zeggen dat tijdwaarneming het meten van veranderingspercentages inhoudt – ofwel van externe processen, interne neurale processen, of (meer typisch) een combinatie van beide.
Maar zeggen dat tijd het bewustzijn is ( of enabler of medium) van verandering zegt niet veel, aangezien verandering alleen kan worden begrepen in termen van tijd. Verandering is een verschil tussen twee toestanden … en we zeggen dat er in de eerste plaats twee toestanden zijn omdat ze verschillen in tijd .
Denken langs deze lijnen heb ik tijd, ruimte, bestaan en geest als onponderbaarheden beschouwd. Het is voor mij onmogelijk om aan een van deze dingen te denken zonder de andere drie te gebruiken, expliciet of impliciet.
- Tijd is de geordende ontvouwing van verschillen in eigenschappen, en deze eigenschappen hebben wat ruimte nodig om te bestaan. En het concept van verschil vereist een geest die betrokken is bij het vergelijken van ervoor en erna (of hier en daar, of dit en dat).
- Spatie is de indeling van mogelijke configuraties van eigenschappen. We kunnen ons alleen bewust worden van het bestaan en de structuur ervan door er in de tijd opeenvolgende paden doorheen te creëren. En we kunnen alleen weten dat we een pad zijn doorgelopen als we een verstand hebben dat wijzigingen van bestaande eigendommen bijhoudt.
- Bestaan impliceert een soort persistentie of bestendigheid van eigendommen in de tijd. En eigenschappen worden door de geest gezien als locatie en omvang (in enige ruimte, hetzij geometrisch of abstracter).
- Geest is dat wat zich bewust is van eigenschappen, ruimte en tijd. Het kan zichzelf niet bewust worden zonder verandering van iets .
Dus je begrijpt waarom ik deze vier de Grote Imponderables noem? 🙂
Als je denkt dat je me kunt redden van mijn vierzijdige circulaire denken (dat weliswaar subjectief is en fenomenologisch ), laat dat dan weet ik in de comments ^ 3.
Aantekeningen en referenties
^ 1 Ik heb net een serie lezingen gevonden met Rovelli, Smolin en Muller (en ook Stuart Kauffman en vele andere grote denkers). Ziet er veelbelovend uit!
^ 2 Hier is een link naar mijn proefschrift:
^ 3 Merk op dat zelfs Het ontleden van een zin of vergelijking vereist de mogelijkheid om een volgorde of reeks symbolen te verwerken, en dit is impliciet afhankelijk van tijd. : P