Первый закон диалектики
Кубометр березы даст значительно больше тепла, чем то же количество осины. Мозг мозгу тоже не ровня. Очень важно, из какого количества нервных клеток он построен. Особенно богат нейронами человеческий мозг. По подсчетам различных исследователей, только в коре больших полушарий их от 10 до 20 миллиардов. Недавно удалось экспериментально проверить, что происходит с умственными способностями при изменении числа нейронов, из которых построен мозг.
Среди серебряных карасей, живущих на Евроазиатском материке, самцы практически не встречаются. На нерест самки приглашают самцов других пород рыб. Настоящего оплодотворения при этом не происходит. Чужеродный сперматозоид, проникая в икринку, лишь стимулирует ее развитие, не внося наследственного материала своих хромосом. Однако развитие икринки протекает так, что в каждой клетке тела будущего карася, как и положено, хромосомы оказываются в двойном наборе.
Иногда среди серебряных карасей появляются самцы. Сперматозоиды некоторых из них способны оплодотворять икру и при этом добавлять в икринки свои хромосомы. Выросшие из такой икринки караси в каждой клетке своего тела содержат тройной набор хромосом. Таких животных называют полиплоидными, а точнее – триплоидными.
Ядра клеток полиплоидных организмов крупнее обычных. Ведь хромосом там больше, чем полагается. Пропорционально увеличивается и размер клеток. Зато их количество уменьшается. Крупных кирпичей для строительства здания требуется меньше, чем мелких. Значит, и мозг должен иметь меньше нейронов, чем у нормальных животных. Изучение интеллекта этих карасей показало, что они явно слегка глуповаты.
Эксперимент противоположного характера провели с мальками большеголовой тилапии. В средний мозг малька пересаживали мозговое вещество, взятое у другого малька. У юных рыб такие пересадки возможны. Ученые предполагали, что мозг их подопечных увеличится, а в самом главном для рыбы отделе значительно возрастет количество нервных клеток.
Вырастить удалось всего 10 рыбешек. Им устроили настоящий экзамен. (Проблема, надо сказать, не из легких. Не так-то просто придумать задачи, которые позволят увидеть превосходство одной рыбы над другой.) Критерием избрали способность рыб быстро изменять свои навыки. Для этого их обучали на красный свет плыть влево, а на зеленый – вправо. Когда навык оказывался прочным, рыб переучивали. Теперь они должны были на зеленый свет плыть влево, а на красный – вправо. Затем снова переучивали и так далее.
Ученых интересовало, сколько времени нужно для переделки навыка. Нормальных рыб сколько ни тренируй, на каждое новое переучивание у них уходит столько же времени, сколько и на первое. Иначе обстоит дело у более развитых животных. Птицы и млекопитающие после трех-четырех переучиваний с каждой новой переделкой справляются быстрее.
Не для всех рыб экзамены были одинаково успешными, но это не имеет значения. Исследователи не могли сосчитать количество нейронов рыбьего мозга, а следовательно, не знали, у какой рыбы их число возросло и насколько. Кроме того, в результате оперативного вмешательства могло серьезно ухудшиться строение мозга и взаимосвязь его частей. Как бы там ни было, опыты показали, что часть рыб вела себя так, как и положено. Часть с самого начала справлялась с переделками легче, чем это бывает у рыб, но зато дальнейшего улучшения добиться у них не удалось. Остальные после длительной тренировки научились быстрее справляться с переделками, то есть по своим способностям приблизились к млекопитающим и птицам.
Сходные исследования провели в Колтушах. Беременным самкам крыс регулярно вводили гормон роста. В результате рождались крысята с увеличенным количеством нейронов в мозгу. Они также оказались умнее своих собратьев.
Проблема повышения интеллектуальных способностей привлекает не только ученых. Незадолго до начала второй мировой войны исследования в этом направлении были начаты по личному распоряжению Гитлера и велись в глубокой тайне. В наши дни также в обстановке полной секретности они идут в Израиле. Причина заинтересованности расистских режимов понятна. За ней скрывается извечная надежда всех эксплуататоров на создание избранной расы господ. Мечта увидеть хотя бы своих потомков этакими сверхчеловеками, спокойно и без хлопот владеющими миром.
Каждая медаль, как говорится, имеет две стороны. Вторая сторона проблемы, как правило, большую науку не интересует. Ну кто же из ученых захочет посвятить свою жизнь разработке методов понижения интеллекта? В гитлеровских закрытых научных учреждениях этой проблеме уделяли ничуть не меньше внимания, чем первой. Ведь если бы метод повышения интеллекта и удалось создать, вряд ли кто-либо из гитлеровской верхушки рискнул подвергнуть свою персону испытанию. (А вдруг неудача?) И кому из волчьей стаи смертельно боящихся друг друга руководящих наци разрешить первому усовершенствовать мозг? Захочет ли этот первый сверхчеловек иметь равных себе партнеров?
Между тем сверхчеловеком не так уж трудно стать, нужно лишь подобрать соответствующую компанию. Любой слабоумный в клинике для лечения тяжелых психических расстройств будет казаться суперменом. Вот почему идея создания расы узкоспециализированных рабов была национал-социализму гораздо ближе.
Смотря чем стукнуть
Существует не очень благозвучная поговорка. Когда человек приходит в сильное возбуждение, в ярость, говорят, что ему моча в голову ударила. Я не сумел докопаться, как родилась поговорка. Так или иначе народная мудрость и на этот раз оказалась на высоте.
В 1927 году англичанин Г. Эллис изучил 1300 гениальных соотечественников. Он обратил внимание на интересную подробность. Среди когорты незаурядных личностей многие болели туберкулезом или подагрой. И в других странах среди подагриков известно много выдающихся личностей.
Гениальность проявлялась даже в такой сфере деятельности, где у часто прикованных к дому и к постели подагриков, казалось бы, не следовало ожидать успехов. На службе у весьма воинственного, шведского короля Густава-Адольфа (кстати, воевавшего и с Россией) отличился фельдмаршал Л. Торстенсон, тяжело болевший подагрой. Его полководческий гений был столь велик, что 100 лет спустя другой шведский король, Густав III, удостоился премии Шведской академии наук 1786 года лишь за одну речь, посвященную памяти Торстенсона. Выдающимся полководцем XVI века был Александр Фарнезе, герцог Пармы и Пиаченцы, также тяжело страдавший от подагры.
Подагрики, как правило, необычайно работоспособные, целенаправленные люди, умеющие упорно добиваться поставленной цели. Их гениальность – плод напряженного труда, а в конечном счете плод их работоспособности.
Подагра издавна считалась болезнью привилегированных. Ею страдали римские патриции. Особое распространение она получила у англосаксов. Славяне болеют ею значительно реже. Предрасположение к подагре передается из поколения в поколение. Многие старинные английские роды отмечены ее печатью.
Возникновение подагры связывают с обжорством, повышенным употреблением мясных продуктов и алкоголя. Особенно вредно употребление старых десертных вин и дорогих сортов шампанского. Индусы – вегетерианцы, к тому же весьма строго соблюдающие «сухой закон», подагрой совершенно не болеют. Подагра – привилегия мужчин. На сто больных лишь одна женщина.
Одна из причин возникновения подагры – повышенное содержание в почве молибдена. Он входит в фермент, окисляющий пуриновые вещества в мочевую кислоту. При повышении содержания в почве молибдена в 3–10 раз количество мочевой кислоты в крови возрастает на 30–100 процентов.
Основная причина болезни – отложение в тканях и суставах острых кристалликов натронной соли мочевой кислоты. В результате при движении возникают страшные боли, суставы воспаляются. В тяжелых случаях больные вообще теряют подвижность. Недаром перевод греческого слова «подагра» означает «капкан для ног».
Какова связь между подагрой и гениальностью? Основная причина болезни – значительное повышение уровня мочевой кислоты в крови больных. Оно-то и есть вещество гениальности. Вот, оказывается, как мало нужно, чтобы иметь шанс стать гением.
Мочевая кислота – производное пурина, имеющего огромное значение в жизни животных. Он входит в состав нуклеиновых кислот – вещества наследственности и аденозинтрифосфата – переносчика энергии. К пуринам же относятся возбудители нервной системы и сердца: кофеин, теобромин, теофиллин, содержащиеся в кофе, чае и какао. Строение их молекул очень похоже на строение мочевой кислоты.
Недаром для нужд медицины кофеин извлекают из пыли чайного листа или синтезируют из мочевой кислоты, полученной из куриного помета. Увеличение количества мочевой кислоты обеспечивает постоянное стимулирование мозга, постоянное повышение его работоспособности. Вот ведь, никогда не знаешь, где выиграешь, а где проиграешь.
Весьма вероятно, что мочевая кислота сыграла решающую роль в становлении человека. Вещество это токсично, поэтому у всех млекопитающих существует специальный фермент уриказа, расщепляющий мочевую кислоту. Только человекообразные обезьяны и мы, люди, лишены уриказы. Поэтому у нас в крови мочевой кислоты в десятки раз больше, чем у животных. Она помогает нашим нервным клеткам работать более активно, чем трудится мозг животных. Очевидно, уриказу утратили наши отдаленные предки – ископаемые обезьяны. Их мозг, постоянно стимулируемый избытком мочевой кислоты, стал работать значительно интенсивнее и получил возможность усиленно развиваться.
Туберкулезная интоксикация тоже иногда способствует усилению работы мозга, только механизм ее иной. Работоспособность у туберкулезных больных не повышается. Продукты жизнедеятельности туберкулезной бациллы вызывают эйфорию, подавляя чувство усталости. Их действие напоминает легкое алкогольное опьянение. Туберкулезные больные работают на износ, до полного изнеможения. Так сказать, горят. Работа мозга в часы такого подъема может быть очень интенсивной.
Организм постоянно подстегивает свой мозг, синтезируя для этого различные вещества. От их содержания в крови зависит его работоспособность. Важнейший стимулятор – адреналин. У одного из первых президентов Соединенных Штатов Авраама Линкольна его было значительно больше, чем полагалось бы иметь среднему американцу.
Собственные индивидуальные ресурсы мочевой кислоты в век все убыстряющихся темпов жизни кажутся явно недостаточными. Недаром поиски новых стимуляторов мозга ведутся весьма интенсивно. Трудно предсказать, к каким последствиям приведет их все расширяющееся использование.
Миллиардер
Аристотелевы «Врата», содержащие медицинские наставления в адрес Александра Македонского, утверждают, что голова человека должна быть «между малой и великой, выступать мало вперед и кзади и не быть плоской сверху». Что должна содержать черепная коробка, в те времена никого не интересовало. Внутрь черепа проникали отнюдь не из любопытства, а только в поисках наиболее короткого и верного пути отправить его обладателя к праотцам.
Мозг очень недавно оценили как орган первостепенной важности. Древние народы относились к нему с пренебрежением. Египтяне, бальзамируя умерших, не заботились о целости мозга. Его по частям извлекали через левую ноздрю. Другие органы сохраняли в специальных сосудах, помещаемых в саркофаг. Видимо, египтяне не считали, что мозг может им понадобиться в загробном мире.
Внешнее строение мозга, как оно ни удивительно, не могло помочь понять его функцию. Немного поправило дело появление микроскопа. Он позволил увидеть основную структурную единицу мозга – нервную клетку с ее отростками (она получила название нейрона) и окружающие их глиальные и сателлитные клетки.
Нервную клетку открыли позже большинства других клеток человеческого организма, немногим более 100 лет назад. Уж больно она необычна. Нервные клетки с отходящими от них отростками похожи на медуз, вооруженных многочисленными щупальцами. Большинство клеток организма имеет более простую, округлую, цилиндрическую, плоскую или веретенообразную форму.
Вначале за нервные клетки приняли округлые тельца, рассеянные среди нервных волокон. Считалось, что волокна подводят к ним питательные вещества. Когда же наконец убедились, что волокна отходят от клеточных тел, возникло предположение, – что нервные клетки не имеют границ, так как нервное волокно, вышедшее из одной клетки, тут же вливается в другую. Исключением считались лишь волокна, уходящие на периферию, к мышцам, внутренним органам и внешним рецепторам.
Самим клеткам не придавали серьезного значения. Их рассматривали лишь как утолщения в невероятно сложной сети волокон. Сейчас такие представления кажутся верхом нелепости, но, поверьте, разобраться было нелегко. В поле зрения микроскопа нервная клетка со всеми своими отростками поместиться не могла, слишком они велики. К тому же казалось невероятным, что нервный импульс способен перескочить с одной нервной клетки на другую, если их отростки разделяет хоть самое крошечное пространство.
Никто не знает точно, сколько нервных клеток в мозгу. Лишь кора больших полушарий, по разным подсчетам, содержит их от 10 до 20 миллиардов. Огромно количество нейронов в мозжечке и подкорковых ядрах. В общем, наш мозг миллиардер, давно скопивший капитал в несколько десятков миллиардов.
Нейроны – удивительные создания. Все другие клетки нашего организма равноценны среди себе подобных. Иное дело нейроны. Каждый из них уникален. Со своими соседями он связан цепью контактов, которые не повторяет больше ни один нейрон.
О величине нервных клеток трудно сказать что-нибудь определенное. Самые крупные нейроны в тысячу раз больше самых мелких. Один из важнейших видов нейронов коры больших полушарий – пирамидные клетки имеют 15–20 микрон в длину и 10–12 в ширину, а их объем колеблется от 300 до 2 тысяч кубических микрон. Хорошо это или плохо? Сошлемся на авторитеты.
Рашевский, крупный американский специалист по математической биологии, родился в Одессе. Долгие годы жизни за рубежом не вытравили из него ни знания русского языка, ни одесского юмора. Цикл лекций, читанных им несколько лет назад в Ленинграде, ученый начал с вопроса об оптимальности прогиба позвоночника у таксы. В конце каждой лекции на Рашевского обрушивался град вопросов. Ученый не отвергал даже самых каверзных и каждый ответ начинал стандартно: «Это мы уже подсчитали…»
Отвечая на вопрос об оптимальности размеров нейрона, Рашевский привел цифры, очень близкие к действительной величине основных нервных элементов коры. Так что наши нейроны добротны, оптимальны и, видимо, выпущены «со знаком качества».
Каждая нервная клетка имеет несколько отростков. Один из них, длинный, гладкий, относительно прямой, назван аксоном. Он связывает клетку с соседними районами мозга, иногда весьма отдаленными. Даже для внутричерепных связей нужны очень длинные отростки, тем более для контакта с последними сегментами спинного мозга. У жирафа или кита эти расстояния весьма значительны. Некоторые клетки головного и спинного мозга посылают свои аксоны за пределы нервной системы к мышцам, железам, внутренним органам. Собранные в пучки, они образуют нервы. Аксоны, ушедшие на периферию, могут быть еще длиннее.
Нервные клетки используют аксоны для передачи информации своим соседям и для посылки команд на периферию. Мышцы человека и животных не могут вести какую-либо работу без указаний, поступающих по нервным стволам. Об этом знали еще наши далекие предки.
И теперь, когда житель тропических африканских лесов – пигмей, вооруженный лишь непоколебимым мужеством да небольшим копьем, подползает под брюхо дикого слона, он знает, куда вонзить свое оружие, чтобы перерезать нерв задней конечности. Если удар удался, лесной великан обречен.
Кроме аксона, нервная клетка имеет несколько дендритов: коротких, сильно ветвящихся (отсюда их название, в переводе означающее древовидный), с шероховатой поверхностью отростков. Именно сюда подходят аксоны других нервных клеток. Задача дендритов значительно увеличить поверхность клетки, чтобы максимально повысить сбор информации. Этому служат шипики, небольшие утолщения, словно бусинки нанизанные на дендриты. Поверхность тела клетки из коры кошачьего мозга составляет всего 4 процента от общей поверхности нейрона. Тогда как на шипики приходится 43 процента! Иногда соседняя клетка подает информацию на аксон у его основания. Но это используется главным образом, чтобы перехватить и задержать информацию, которую нейрон вознамерился отправить своему адресату.
Что важнее, отростки или тело клетки? Отростки, разобщенные с телом клетки, долго существовать и выполнять свою функцию не могут – гибнут. Тело клетки, напротив, их быстро регенерирует, иногда с огромной скоростью: 3 микрона в минуту. Все же отростки важнее. Если бы они могли существовать отдельно от клеточных тел, работа нервной системы стала бы еще экономичнее. В подтверждение расскажу об опыте, проведенном на раках.
В нервных ганглиях членистоногих клетки лежат на периферии, а отростки заполняют всю его внутреннюю часть. У этих животных ни один кровеносный сосуд не уходит в глубь ганглия. Кислород и питательные вещества можно получать лишь от кровеносных сосудов, находящихся на их поверхности. Клетки находятся наверху, чтобы дышать, питаться и кормить свои отростки. Подобный способ снабжения ограничивает возможность возникновения у членистоногих крупных нервных узлов, зато удобен для экспериментаторов.
Итак, опыт поставлен на ганглиях рака. Экспериментатор умудрился срезать с них верхний слой, как шкурку с картофеля. При этом нервные клетки были отсечены, а ганглий превратился в клубок спутанных отростков. Тем не менее он исправно выполнял свою функцию, пока не началось отмирание клеток.
Нервные клетки – главные труженики нашего мозга. Мы хорошо знаем, как они выглядят. Их «портреты» неплохо видны под микроскопом на мертвых срезах мозгового вещества. Мы научились изучать их работу и кое-что уже сумели выяснить. Но как им живется в глубине мозга, пока остается тайной.
Слуги и господа
Даже в самом густом и дремучем лесу растут не одни деревья. Кто же этого не знает? Другое дело мозг. Упоминание о том, что нервных клеток в нем меньше, чем ненервных, обычно удивляет. Откуда и, главное, зачем здесь эти посторонние клетки, ответить довольно трудно. Их два типа: нейроглиальные и сателлитные клетки, Функция последних ясна, они образуют оболочку вокруг нервных клеток и их отростков, как изоляционная лента, накручиваясь на нервное волокно в 5–10 слоев. К нейроглии относят три вида клеток: астроциты – звездообразные клетки с большим количеством отростков, которые далеко проникают в скопления нервных волокон (в отличие от нейронов отростки астроцитов синапсов, то есть соединений, не образуют. Зато у тех из них, что лежат на поверхности кровеносных сосудов, есть на конце расширения, так называемые концевые ножки); олигодендроциты – округлые или многоугольные клетки, имеющие, как свидетельствует их название, мало отростков, и микроглию – мелкие клетки разнообразной формы.
Достоверных сведений о функции этих клеток очень мало. Предполагают, что они служат для отростков нервных клеток подпорками, без которых нервные волокна, как виноградная лоза, тянуться вверх не могут, или просто заполняют между ними пустоты. Возможно, задача нейроглии отгородить нейроны друг от друга, оберегая от вмешательства в их жизнь соседей и от кровеносных сосудов: препятствуя проникновению из крови вредных веществ.
Наконец, очень вероятно, что глиальные клетки кормят нейроны. Ни один нейрон не соприкасается с кровеносным сосудом. Между ним и стенкой капилляра всегда лежит глиальная клетка. Только из нее нейрон и может черпать кислород и питательные вещества. Но если глиальные клетки являются кормилицами нейронов, то кто же главнее? Может быть, глиальные клетки, первоначально появившиеся как подсобные для обеспечения деятельности нейронов, развивая и совершенствуя свою функцию, в конечном итоге захватили власть, совершив в мозгу бескровную революцию?
Ничего удивительного в этом нет – кто кормит, тот и является хозяином положения. Недаром говорят, что кто платит, тот и музыку заказывает. Видимо, именно так рассуждал известный американский физиолог Р. Галамбос.
Высшее признание заслуг ученого – избрание в академию своей страны. Оценка научной деятельности, сравнение заслуг для ученых – дело нередко очень трудное. Каждая академия имеет свои критерии. В Соединенных Штатах на первое место ставится новизна идей, читай – их необычность. Не подвергая критерии подобного типа сомнению, скажем, что новизна еще не гарантирует бессмертия. Многие идеи, вспыхнув на небосводе науки, через мгновенье гаснут, как падающие звезды, не оставив после себя никаких воспоминаний. И все же критерий новизны является в Соединенных Штатах ведущим.
Вероятно, именно этот принцип, ставший стимулом для создания многих оригинальных теорий, побудил Галамбоса поставить физиологию мозга с ног на голову, произвести революцию, сделав хозяевами слуг, а бывших хозяев – слугами. Иными словами, американский профессор творческую роль отдал глии, а за нервными клетками оставил лишь функцию обеспечения взаимосвязи. Ученый утверждал, что восприятие внешнего мира, образование условных рефлексов, память – все основные функции мозга связаны не с нейронами, а с теми бесчисленными клетками, которые, заполняют пространство между ними. Правда, эти представления не получили дальнейшего развития в трудах ученого. Возможно, избрание в академию уничтожило стимул, и поэтому Галамбос отошел от поднятой им проблемы. К счастью, его усилия не пропали даром. Они вызвали интерес к глии, породили ряд новых теорий и исследований.
Активность системы нейрон – нейроглия постоянно ритмически колеблется, но глия всегда на полшага отстает от нейрона. Долго отдыхавший нейрон может под воздействием внешнего раздражения резко усилить свою активность, а окружающая глия будет еще некоторое время находиться в спокойном состоянии. К тому времени, когда глиальные клетки соберутся усилить свои обменные процессы, нервная клетка уже начинает успокаиваться.
Обменные реакции глии часто противоположны метаболизму нейрона. Так, если нервная клетка за час увеличивает запасы РНК (рибонуклеиновой кислоты) на 570 пикограмм (0,000 000 570 грамма), то в окружающей глии обнаруживается ее убыль на 55 пикограмм. А так как объем глии в 10 раз больше объема нейрона, умножим 55 на 10 и убедимся, что общее уменьшение РНК в глии составит 550 пикограмм. Вот откуда нейрон позаимствовал РНК. Нет, непохоже, что нейроны, идут на поводу у глии. Действуют они по собственной инициативе, совершенно не считаясь с глией, и, пользуясь своим положением, тянут из нее все, что им нужно. Хозяева, безусловно, нервные клетки. Как ни заманчиво пуститься в научные приключения по тропинке новой теории, однако придется вернуться к традиционным представлениям об интимных взаимоотношениях в центральной нервной системе.
Дубинушка
Представьте себе, что разумные существа, затерявшиеся где-то в глубинах туманности Андромеды, задались целью познакомиться с жизнью на планете Земля, имея для этого лишь прибор, способный, регистрировать электромагнитные колебания. Что узнают они о нас, людях?
Предположим, что с самых первых шагов им здорово повезет и приемная антенна окажется сфокусированной не на район Антарктиды, а на громоотвод Спасской башни Кремля. Смогут ли они, пользуясь только таким показателем, хоть что-нибудь узнать об успехах строительства социализма в нашей стране? Увы, ни о смене общественных формаций на нашей планете, ни о развитии многонационального искусства ее народов этим способом информацию получить нельзя.
Примерно в таком же положении находятся физиологи, регистрирующие электрическую активность мозга с поверхности черепа или вводя электрод в его глубины. Ученые это отлично понимают. Впрочем, регистрация электромагнитных колебаний кое-что дает. Понаблюдав за нами этак лет сто, жители Андромеды без труда узнали бы, что электромагнитная активность за этот период возросла в сотни раз. Пошарив своим индикатором по земному шарику, они нащупали бы «немые» зоны и области с высокой активностью. Заметили бы, что уровень ее периодически колеблется, волной распространяясь вдоль экватора с востока на запад. Кто скажет, что этого мало? Достаточный повод, чтобы открыть десяток специализированных исследовательских институтов для углубленного анализа и детализации полученных наблюдений.
Положение физиологов существенно не изменилось и когда возникла возможность записывать электрические разряды одной-единственной нервной клетки. Ведь экспериментатор чаще всего не знает, от какой клетки отводятся биопотенциалы и какую функцию она выполняет. Все же положение физиологов не совсем безнадежно. Они имеют известное представление о строении мозга и вооружены рефлекторной теорией его работы. Еще 30 лет назад академик М.Н. Ливанов ввел электроды в зрительную и слуховую области мозга кролика и стал сочетать ритмические вспышки света и звука. Ему удалось заметить, что после нескольких сочетаний слуховая область мозга стала отвечать электрическими реакциями на вспышки света. Ученый как бы выработал биоэлектрический условный рефлекс. С тех пор проделаны сотни экспериментов. Условный рефлекс – явление сложное. В его образовании принимает участие целый комплекс мозговых образований. Поэтому, изучая работу мозга, исследователям хотелось ввести в него как можно больше электродов, получить сведения от различных его отделов. Не было только приборов, способных одновременно регистрировать множество реакций. Когда же они появились, ученых ждало разочарование: увидеть какие-то закономерности в хаосе зубцов записи биотоков снова не удалось. Неудача не обескуражила ученых. К анализу записанных на бумаге кривых подключили разные анализаторы, умеющие подсчитывать частоту колебаний, а полученные результаты ввели для дальнейшей обработки в электронно-счетную машину.
Поначалу больших достижений не было. Однако лаборатория М.Н. Ливанова продолжала поиски. У кролика вырабатывался оборонительный условный рефлекс. В камере включался свет, а через несколько секунд животное получало удар электрического тока в одну из передних лап. Все это время от кроличьего мозга по 50 электродам отводились биотоки. В том числе из зрительной и двигательной областей, из того места, при раздражении которого передняя лапа начинала дергаться. Исследователи интересовались синхронностью работы мозга. Если вглядеться в электроэнцефалограмму (запись биоэлектрических реакций мозга), можно заметить, что часто многие ее линии очень похожи: зубчики то все вместе устремляются вверх, то, как по команде, поворачивают остриями вниз. Удивительное заключается в том, что биотоки нередко отводятся от весьма удаленных друг от друга областей мозга.
Какой смысл в синхронизованной деятельности мозга? Может быть, она свидетельствует о совместном труде его отделов над организацией какой-то определенной функции? Если эти предположения верны, тогда можно ожидать, что образование условного рефлекса будет сопровождаться синхронизацией электрических реакций в зрительной и двигательных зонах коры больших полушарий кролика.
Оказалось, что по мере выработки условного рефлекса между двигательным центром конечности и зрительной областью возникает синхронизация. Чем прочнее становится условный рефлекс, тем чаще возникает синхронизация. Однако нередко условный рефлекс бывает и в отсутствие синхронной деятельности этих областей мозга.
У исследователей могло возникнуть подозрение, что электроды недостаточно точно попали в области мозга, ответственные за осуществление условного рефлекса. Действительность оказалась сложнее. Во-первых, выяснилось, что важна только синхронизация одного из относительно медленных ритмических колебаний, так называемого тета-ритма, то есть электрических колебаний с частотой от 4 до 7 в секунду. Во-вторых, заметили, что для осуществления условного рефлекса на вспышку света мало одинаковой частоты ритма в зрительной и двигательной областях. Необходимо, чтобы эти ритмические колебания точно совпадали по фазе, то есть чтобы подъем кривой, достижение ею высшей точки и последующее падение в обеих областях мозга совершались строго одновременно.
Дальнейшие исследования подтвердили, что в начале выработки условного рефлекса, как только кролика сажали в камеру, в зрительных и двигательных областях усиливался тета-ритм, устанавливалась одинаковая его частота и начинала совпадать фаза колебаний электрических потенциалов. Позже, когда условный рефлекс упрочивался, совпадение фаз электрических колебаний возникало только в момент действия условного раздражителя. А что, если теперь вспышку света не сопровождать током? Очень просто, он постепенно перестанет вызывать перестройку ритмов, совпадение их по фазе, и условный рефлекс угаснет.
Из этих опытов следует, что для осуществления условного рефлекса, то есть для перехода возбуждения из зрительного центра в двигательный, необходима перестройка ритмов мозга – установление единой частоты и совпадение фаз колебаний. Опыты дают основание высказать интересные предположения и о природе внутреннего торможения, процесса, противоположного возбуждению. Возможно, оно всего лишь разлад в ритмических процессах. Насколько верно такое предположение, сказать трудно. Однако в его свете получают объяснение многие загадочные явления работы мозга. Например, вопрос о локализации торможения.
Где оно возникает? Когда у человека угашают условный рефлекс на раздражение какого-то участка кожи, он не перестает ощущать ни прикосновения к нему, ни воспринимать тепло или холод. Следовательно, чувствующие клетки кожного анализатора в головном мозге работают нормально. Где же тогда гнездится торможение?
Предполагают, что оно обитает где-то на пути от воспринимающих клеток к исполнительным. Но это еще окончательно не доказано. Пока никто не обнаружил, где прячется торможение, не схватил, так сказать, за руку. Может быть, тормозной эффект действительно всего лишь разлад во взаимодействии двух областей мозга и искать его местообитание бессмысленно?
Многие наблюдения свидетельствуют о том, что тета-ритм служит для передачи возбуждения по структурам центральной нервной системы. Необходимость единого ритма для обмена информацией понятна. Два велосипедиста могут спокойно беседовать между собой только в том случае, если движутся с одинаковой скоростью. Речь, записанная на магнитную пленку, покажется неразборчивой, если ее воспроизвести быстрее или медленнее, чем во время записи.
Так же понятна необходимость совпадения фазы. Нам нужно, чтобы не только скорость вращения стрелок наших личных часов строго соответствовала всем остальным часам в стране и во всем мире, но чтобы совпадали и их фазы вращения. Только благодаря тому, что пять миллионов часов, используемых ленинградцами, работают строго согласованно и по скорости и по фазе, сотни тысяч людей одновременно начинают свой рабочий день и координируют все трудовые процессы.
Необходимость согласования ритма при обмене информацией и совместной работе люди интуитивно понимали давно. Это прекрасно отражено в нашей русской «Дубинушке», в нашем национальном «…Подернем! Подернем! Да ухнем!».
Пути снабжения
Люди издавна любили поесть. Когда царь Иван Васильевич (Грозный) решал оттрапезовать со братией, на кухне резали 200 лебедей, 300 павлинов, а сколько пеклось кулебяк, курников, пирогов, никто не подсчитывал. Мозговая ткань – интенсивный потребитель питательных веществ и кислорода. В головном мозгу высокий уровень обмена. Это широко известно, но мало кем по-настоящему осознается. Когда врач у постели тяжелобольного назначает ему покой, полностью исключающий любую физическую и умственную нагрузку, и в том числе чтение, ограничения редко вызывают одобрение. И зря! Вес мозга составляет примерно пятидесятую часть веса тела, но на обеспечение значительной умственной нагрузки тратится около четверти всех энергетических ресурсов организма. Так что иногда ограничения уместны.
Сколько потребляет мозг – известно, как снабжается – неясно. Сравнительно недавно удалось оценить плотность капиллярной сети мозга и выяснить, что его клетки могут получать все необходимое из крови самостоятельно, без помощи посредников. Кровеносные капилляры проходят от тел нервных клеток не далее 25 микрон. К отдельным клеткам они подходят вплотную, сопровождают их отростки, располагаются в специальных бороздках тела клетки, нередко создавая целую капиллярную сеть для отдельного нейрона. Благодаря автоматической регуляции количество протекающей через мозг крови совершенно не зависит от общего артериального давления. Может быть, потребности обмена являются главным регулятором кровоснабжения. Предположение весьма правдоподобное. Действительно, удалось доказать, что, когда функция мозга усиливается, в нем возрастает потребление кислорода и количество протекающей по сосудам крови.
Нейроны снабжаются весьма различно. Существуют районы мозга, где из каждых 10 нервных клеток только 2 непосредственно соприкасаются с кровеносным сосудом, зато в других из тех же 10 уже 8 нейронов контактируют с капиллярами и, наконец, кое-где практически до каждой клетки дотягивается какой-нибудь сосудик. Там, где клеток мало, но сосредоточена большая масса нервных волокон с бесчисленными синапсами, проходят преимущественно венозные капилляры. Видимо, из синапсов необходимо быстро выводить продукты обмена. Мозг в процессе эволюции животных совершенствовался, возрастало количество и плотность расположения его клеток. Одновременно развивающееся кровоснабжение немного опережало увеличение числа нервных клеток. Особенно резки различия между человеком и животными. Значит, кровоснабжение нейронов человека, значительно совершеннее, чем у любого животного. И не только за счет количества капилляров. У человека, например, диаметр капилляров значительно больше, чем у собаки, хотя размер эритроцитов примерно одинаков. Видимо, это вызвано не потребностью расширения пути для крупногабаритных эритроцитов, а необходимостью пропускать их большие количества.
Резко усиливается кровоснабжение сразу же после рождения, особенно в бездействовавших до того районах мозга. Двигательные области, функционировавшие еще до рождения, увеличивают свое кровоснабжение в гораздо меньшем масштабе, чем зрительные, работа которых начинается после рождения. Напротив, прекращение деятельности приводит к уменьшению кровоснабжения. Удаление у щенят глаз, а следовательно вынужденная бездеятельность зрительного комплекса мозга, уменьшало общую длину капилляров в три раза.
Сейчас появилась возможность следить за кровоснабжением отдельных областей мозга животных и даже человека. В кровеносное русло вводится небольшое количество альбумина, меченного радиоактивным йодом, а затем специальные датчики регистрируют количество распадов. Оказалось, что включение света сразу же вызывает приток крови в зрительные области. При сверке чертежей кровоснабжение зрительных областей продолжало увеличиваться. Напротив, решение арифметических задач или участие в философском семинаре улучшает кровоснабжение лобных и сенсомоторных областей мозга. (Они воспринимают информацию мышц и сухожилий о выполняемой работе.)