Menschen können, wenn sie sich bewusst darauf konzentrieren, selbst kleine Zeitskalen im Bereich von Sekunden bis Minuten recht genau abschätzen. Man nimmt an, dass das Gehirn dies tut, indem es sich auf regelmäßige Aktivitätsmuster bestimmter Gruppen von Neuronen verlässt, ähnlich wie das Ticken einer Uhr. Es wird angenommen, dass die Basalganglien an der Entscheidungsfindung und der motorischen Kontrolle beteiligt sind. Diese Funktionen hängen entscheidend von Zeitinformationen ab, die aus dem sich entwickelnden Zustand von Neuronenpopulationen in ihrer wichtigsten Eingangsstruktur, dem Striatum, gewonnen werden können. Es ist jedoch umstritten, ob die Aktivität des Striatums latenten, dynamischen Entscheidungsprozessen oder der Kinematik offensichtlicher Bewegungen zugrunde liegt.
Monteiro et al. (2023) maßen die Auswirkungen der Temperatur auf die Striatumaktivität und das Verhalten von Ratten und verglichen die beobachteten Effekte mit der neuronalen Aktivität und dem Verhalten, die bei mehreren Versionen einer zeitlichen Kategorisierungsaufgabe aufgezeichnet wurden. Bei dieser Aufgabe mussten die Ratten lernen, zwischen verschiedenen Zeitintervallen zu unterscheiden, denn wenn sie nach einem Signal eine bestimmte Zeit durstig warteten, erhielten sie als Belohnung einen Tropfen Wasser. Je nach Signal mussten sie einschätzen, ob ein Zeitintervall länger oder kürzer als 1,5 Sekunden war. Schätzten die Ratten ein bestimmtes Zeitintervall als länger ein, wurde eine schnellere neuronale Aktivität im Striatum beobachtet; schätzten sie es als kürzer ein, wurde eine langsamere Aktivität beobachtet. Zur Klärung der Frage, ob dieser Zusammenhang kausal ist, wurde den trainierten Ratten ein kleines thermoelektrisches Gerät implantiert, das das Striatum auf Knopfdruck erwärmte oder kühlte. Die Kühlung führte zu einer Ausdehnung und die Erwärmung zu einer Kontraktion sowohl der neuronalen Aktivität als auch der zeitlichen Beurteilungsmuster, wodurch die endogene entscheidungsbezogene Variabilität der Striatumaktivität nachgeahmt wurde. Die Temperatur hatte jedoch keinen vergleichbaren Einfluss auf die Bewegungskinematik.
Diese Ergebnisse bestätigen, dass der zeitliche Verlauf der sich entwickelnden striatalen Aktivität die Geschwindigkeit eines latenten Prozesses diktiert, der zur Steuerung von Entscheidungen verwendet wird, nicht aber die kontinuierliche motorische Kontrolle.
Literatur
Monteiro, Tiago, Rodrigues, Filipe S., Pexirra, Margarida, Cruz, Bruno F., Gonçalves, Ana I., Rueda-Orozco, Pavel E. & Paton, Joseph J. (2023). Using temperature to analyze the neural basis of a time-based decision. Nature Neuroscience, doi:10.1038/s41593-023-01378-5.