Bästa svaret
En neurons ”membrantidskonstant” är helt enkelt ett sätt att mäta hur snabbt en neuron ” s spänningsnivå sönder till sitt ”vilotillstånd” efter att den mottagit en insignal.
I fysik och teknik är en ”tidskonstant” ett sätt att beskriva hur snabbt eller långsamt ett system reagerar på något när reaktion kan beskrivas som ett exponentiellt förfall.
Radioaktivt förfall är ett välkänt exempel på en tidskonstant. Ett element med en 100-årig ”halveringstid” blir 50\% mindre radioaktiv efter 100 år. något mindre intuitiv ”tidskonstant” är hur lång tid det tar för att nå 1 / e av sitt ursprungliga värde. Den matematiska konstanten ”e” är cirka 2,7 och 1 / e = 0,368, så ett radioaktivt element med en tid konstanten på 100 år kommer att vara vid 37\% av sin ursprungliga intensitet efter 100 år.
Neuroner har tidskonstanter på cirka 5 – 20 millisekunder (ms), vilket innebär att efter en neuron re tar emot en insignal (eller ”spik”) från en annan neuron, dess spänning hoppar snabbt upp och förfaller sedan till 37\% över sitt vilotillstånd efter 5 – 20 ms (beroende på den exakta tidskonstanten).
Denna bild visar hur en inkommande neural spik ser ut (toppdiagram) och hur ”EPSP” (excitatorisk postsynaptisk potential) ser ut (bottenplot). Du kan se att EPSP stiger snabbt efter ingångspiken och sönderfaller till cirka 37\% av spänningen efter cirka 10 ms.
Quora-bidragsgivare och neurovetenskapare Shreejoy Tripathy skapade en stor plot av membrankonstanter för många vanliga neuroner som finns här: membranets tidskonstant
Neuroner kan modelleras som miniatyrelektriska kretsar och tidskonstanten kan beräknas från kretsvärdena i modellen. Även om det faktiskt fungerar tvärtom … neurovetenskapsmän mäter tidskonstanten experimentellt och drar kretsvärdena från det. Se Yohan Johns svar för mer information.
Svar
”Tiden är den skola vi lär oss i, Tiden är den eld vi bränner i.”
– från Calmly We Walk Through This Aprils Day av Delmore Schwartz
Det finns ingen specifik definition av tid ur ett neurovetenskapligt perspektiv. Jag skulle hävda att ingen riktigt vet vad klockan är – och detta inkluderar fysiker, som visserligen har kastat mycket ljus på ämnet.
Det centrala problemet med tid ur psykologins perspektiv är hur och varför vi upplever det. Vi verkar vara i en nutid, med en förmåga att komma ihåg det förflutna och förutse framtiden. Många människor känner också intuitivt som om framtiden inte har hänt än.
Fysik ger oss ingen känsla av varför vi känner oss som om vi befinner oss här och nu. Från perspektivet av åtminstone vissa tolkningar av fysiken är tiden ”bara” en annan rumslig dimension, så det finns ingen ”föredragen” plats under rymdtiden som kallas nutiden. Detta får vissa människor att kalla tiden en illusion. Jag tycker att detta är djupt missvisat, men naturligtvis kan debatten inte avslutas lätt.
Debatten om tidens fysik
Även bland fysiker finns det två läger som växer fram ^ 1. Den ”traditionella” vingen kan identifieras vid vår nuvarande punkt i vetenskapshistoria (cirka 2018) med fysikern Carlo Rovelli, som argumenterar i sin bok The Order of Time , att ”det finns inget sådant som förflutet eller framtid” . (Jag har inte läst den här boken än.)
Vid den andra ytterligheten är fysikerna Lee Smolin och Quoras egen Richard Muller. Lee Smolins bok Time Reborn hävdar att den traditionella fysikuppfattningen om tid som illusion är problematisk, och han försöker återställa något som liknar de intuitiva uppfattningarna om förflutna, nutid och framtid. Jag har läst det mesta av boken – jag är sympatisk med den allmänna synen, men jag erkänner att jag inte helt förstod vad han kom till.
Richard Muller verkar också gå i en liknande riktning med hans bok NU: Tidens fysik . Jag har inte heller läst den här boken ännu, men det verkar återställa tanken att framtiden inte har hänt ännu.
Neurovetenskap av tidsuppfattning och tidsinställd handling
Neurovetenskapliga data och experiment kan inte direkt påverka debatten bland fysiker. Allt neurovetenskap verkligen kan göra är att titta på korrelaten till fenomen som tidsberäkning, rytmisk medverkan och subjektiva förändringar i känslan av att tiden går.
Jag studerade en del av detta som en del av mitt doktorsavhandlingar ^ .Jag tittade på ett fenomen som kallas intervalltiming, vilket är människors och djurens förmåga att förutse en givande eller bestraffande händelse inom sekunder-till-minuter-intervallet, och vidta lämpliga åtgärder.
Studier visar att dopaminerg och kolinerge läkemedel kan påverka denna förmåga: dopaminerga agonister som amfetamin och kokain orsakar en tillfällig hastighet i den interna ”klockfrekvensen”, så försökspersoner tror att mer tid har gått än i verkligheten. Dopaminerga antagonister har motsatt effekt. Vid långvarig exponering för läkemedlet lär sig patienten att kompensera för den förändrade ”klockan”. (Det är frestande att koppla dessa resultat till folkvisdom att ”tiden flyger när du har kul.”) Kolinerge läkemedel har en fascinerande kompletterande effekt: de gör ingenting omedelbart utan orsakar gradvis förskjutningar i minnet, och dessa förskjutningar kan inte kompenseras för.
The Great Imponderables
Observera att dessa neurovetenskapliga studier aldrig säger oss vad tid är eller vad subjektiv tidsuppfattning är. Det visar bara att vissa hjärnområden och kemikalier verkar vara inblandade. Man kan gå längre och säga att tidsuppfattningen innebär att mäta förändringshastigheter – antingen av externa processer, interna neurala processer eller (mer typiskt) någon kombination av de två.
Men att säga att tiden är medvetenheten ( eller möjliggör eller förändringsmedium) säger inte mycket eftersom förändring bara kan förstås i termer av tid. Förändring är en skillnad mellan två tillstånd … och vi säger att det finns två tillstånd i första hand eftersom de skiljer sig åt i tid .
Tänkande i denna riktning har fått mig att tänka på tid, rum, existens och sinne, som ”obegripliga”. Det är omöjligt för mig att tänka på några av dessa utan att använda de andra tre, varken uttryckligen eller implicit.
- Time är den ordnade utvecklingen av skillnader i egenskaper, och dessa egenskaper behöver lite utrymme att existera i. Och begreppet skillnad kräver ett sinne involverat i jämförelse av före och efter (eller här och där, eller detta och det).
- Space är layouten för möjliga konfigurationer av egenskaper. Vi kan bara bli medvetna om dess existens och struktur genom att skapa sekventiella vägar genom den i tid. Och vi kan bara veta att vi har gått igenom en väg om vi har ett sinne som håller reda på förändringar av befintliga egenskaper.
- Existens innebär någon form av beständighet eller beständighet av fastigheter i tid. Och egenskaper uppfattas av sinnet som att de har plats och omfattning (i något utrymme, oavsett om det är geometriskt eller mer abstrakt).
- Mind är det som känner till egenskaper, utrymme och tid. Den kan inte bli medveten om sig själv utan att ändra något .
Så du förstår varför jag kallar dessa fyra de stora oundvikliga sakerna? 🙂
Om du tror att du kan rädda mig från mitt fyrvägs cirkulära tänkande (som visserligen är subjektivt och fenomenologiskt ), låt jag vet i kommentarerna ^ 3.
Anteckningar och referenser
^ 1 Jag hittade just en serie föreläsningar med Rovelli, Smolin och Muller (och även Stuart Kauffman och många andra stora tänkare). Ser väldigt lovande ut!
^ 2 Här är en länk till min avhandling:
^ 3 Observera att även att analysera en mening eller ekvation kräver förmågan att bearbeta en ordning eller sekvens av symboler, och detta är implicit beroende av tid. : P