Краткая история биологии

Гипноз

Другой группой заболеваний, которые, несомненно, нельзя было объяснить с помощью микробной теории Пастера, были психические заболевания. Они с незапамятных времен внушали человечеству благоговейный ужас. Последователи Гиппократа относились к этим заболеваниям вполне разумно, но большинство врачей были во власти суеверий. По всей вероятности, именно верой в то, что умалишенные находятся под влиянием злых сил, можно объяснить ту ужасную жестокость по отношению к психически больным, которая существовала до XIX в.

Реформировал дело психиатрической помощи французский врач Филипп Пинель (1745–1826). Он считал безумие заболеванием психики, а не проявлением злых сил, и открыто отстаивал свои взгляды. В 1793 г., в самый разгар Великой французской буржуазной революции, вызвавшей огромные перемены в общественной атмосфере, началась реформа парижских больниц и Пинеля назначили главным врачом психиатрической больницы Bicêtre под Парижем. В то время положение психически больных в государственных больницах было крайне тяжелым: с ними обращались, как с дикими животными, заковывали в цепи, избивали, морили голодом. Первое, что сделал Пинель, — это снял оковы с несчастных и стал относиться к ним как к обыкновенным больным, нуждающимся в лечении и хорошем обращении. Однако новые идеи распространялись очень медленно.

Нарушение психики, даже не такое тяжелое, чтобы быть причиной госпитализации, нередко приводит к отчетливо выраженным соматическим проявлениям (так называемые психосоматические заболевания). Подобные проявления удается ослабить, если больной верит в лечение. Этим и объясняется, почему заклинания священника или колдуна иногда приносили определенную пользу.

«Изгнание духов» всегда было предметом забот теологии. В биологии этим занимался австрийский врач Франц Антон Месмер (1734–1815). Вначале Месмер применял в своей лечебной практике магниты. Но в дальнейшем он обнаружил, что лечение идет быстрее, если больной погружен в состояние транса и его внимание фиксировано на монотонных однообразных воздействиях. Он стал делать перед больным медленные, ритмические движения рукой — пассы, — используя, по его выражению, «животный магнетизм». Не приходится сомневаться в известном успехе такого метода (который даже сейчас называют месмеризмом). Благодаря ему психика разгружается от массы внешних раздражений и больной, сосредоточив все внимание на враче, становится более восприимчивым к внушениям. Первое время Месмера сопровождал огромный успех, особенно в Париже. Однако граничившая с шарлатанством мистика, которой он окружал свои методы, а также неудачные попытки лечить и не психосоматические заболевания постепенно привели к разочарованию, а потом и прямому недовольству не только больных, но и конкурирующих врачей, пользовавшихся общепринятыми методами лечения. Специально созданная комиссия вынесла отрицательное заключение, и Месмер вынужден был покинуть Париж и уехать в Швейцарию, где его ждала безвестность.

Однако то ценное, что было в методе Месмера, продолжало жить. Через полвека английский хирург Джеймс Брэд (1795–1860) начал систематическое изучение месмеризма, который он назвал гипнозом (от греческого hypnos — сон). После опубликования Брэдом в 1842 г. научного обоснования гипноза этот метод вошел в медицинскую практику. Родилась новая область медицины — психиатрия, задачей которой стало лечение психических заболеваний.

Психиатрия получила дальнейшее развитие в трудах австрийского врача Зигмунда Фрейда (1856–1939). В студенческие годы и на протяжении последующих нескольких лет Фрейд занимался изучением нервной системы человека. Он первым обратил внимание на способность кокаина парализовать нервные окончания. Молодой врач Карл Коллер (1857–1944), работавший в той же больнице, что и Фрейд, использовал данные Фрейда и в 1884 г. успешно применил кокаин как анестезирующее средство при глазных операциях. Можно считать, что это было первое применение местной анестезии, при которой обезболивается определенный участок тела и исключается необходимость в общем наркозе для местной операции.

В 1885 г., находясь в Париже, Фрейд заинтересовался гипнозом как методом лечения психосоматических заболеваний. Вернувшись в Вену, он решил усовершенствовать этот метод. Фрейд считал, что психическая деятельность проходит на уровне как сознания, так и подсознания. Хотя тяжелые воспоминания, желания или страсти, которых человек стыдится, можно подавить, но при этом они переходят на уровень подсознания. Человек предпочитает «не знать» о существовании такого «хранилища», но оно способно влиять на его поступки и действия и вызывать те или иные физические проявления. Под гипнозом бессознательная деятельность проявляется свободно, пациент в этом состоянии говорит и на такие темы, о которых в нормальном состоянии предпочел бы умолчать. Однако в 90-х годах Фрейд заменяет гипноз таким общением врача с больным, которое позволяет последнему говорить о чем угодно при минимальном руководстве со стороны врача. Больной постепенно освобождается от застенчивости, и врач выявляет факты, которые в обычных условиях тщательно скрываются даже от самого себя. Преимущество этого метода перед гипнозом заключается в том, что больной все время отдает себе отчет в происходящем и не нуждается в последующей информации о том, что он говорил. Как только вскрывается содержание подсознательной психики, реакции пациента перестают быть немотивированными и он получает возможность изменять их путем осознания выявленных теперь мотивов. Этот медленно проводимый анализ содержания психики был назван психоанализом.

Фрейд придавал огромное значение сновидениям, так как ему казалось, что они раскрывают содержание подсознательного (хотя обычно и в сугубо символической форме) способом, который невозможен во время бодрствования. (Его книга «Толкование сновидений» опубликована в 1900 г.) Далее он считал, что сексуальное влечение в его различных проявлениях — наиболее важный источник побуждений, даже у детей. Этот последний взгляд вызвал много возражений среди специалистов и широких кругов читателей.

С 1902 г. вокруг Фрейда стали группироваться молодые ученые. Они не всегда и не вполне сходились с ним во взглядах, но непреклонный в своих воззрениях Фрейд никогда не шел на компромиссы. Некоторые из этих ученых, как, например, австрийский психиатр Альфред Адлер (1870–1937) и шведский психиатр Карл Густав Юнг (1875–1961), отошли от Фрейда и разработали собственные научные системы.

Нервы и головной мозг

Человеческая психика, однако, чрезвычайно сложна, так что вера в психиатрию остается в значительной степени делом индивидуальным. Различные школы отстаивают свои точки зрения, но слишком мало еще разработано объективных путей решения вопроса о том, кто же из них прав, а если говорить о дальнейшем прогрессе, то он наступит только тогда, когда основная наука о нервной системе — неврология — получит достаточное развитие.

Начало неврологии положил швейцарский физиолог Альбрехт фон Галлер (1708–1777), опубликовавший в 60-х годах XVIII в. восьмитомное руководство по физиологии человека. До него считалось, что нервы — это полые трубки, которые несут загадочный «дух», или флюид, подобно тому как вены — кровь. Однако Галлер отверг это мнение и предложил новое понимание нервной деятельности, исходя из данных эксперимента.

Например, он выяснил, что мышцы обладают «раздражимостью», то есть слабое возбуждение мышцы приводит к ее резкому сокращению. Слабое возбуждение нерва также приводит к резкому сокращению связанной с ним мышцы. Нерв более «раздражим», чем мышца, и Галлер делает вывод, что движениями мышц управляет в большей мере стимуляция нерва, чем непосредственное их раздражение.

Он показал также, что ткани сами по себе не воспринимают ощущений; пронизывающие их нервы несут импульсы, которые вызывают ощущения. Но все нервы ведут к головному или спинному мозгу — явное указание, что именно здесь находятся центры восприятия и ответного действия. Производя опыты со стимуляцией или повреждением различных участков головного мозга животных, Галлер наблюдал различные типы ответного действия.

Работы Галлера продолжил немецкий врач Франц Иосиф Галль (1758–1828), который в 1796 г. начал читать лекции по неврологии. Он показал, что нервы идут к серому веществу головного мозга. Белое вещество мозга Галль считал связующей субстанцией.

Подобно Галлеру, Галль предполагал, что определенные участки головного мозга управляют определенными участками тела. Он довел это положение до крайности, считая, что участки головного мозга контролируют не только чувствительные восприятия и специфические мышечные движения, но и все виды эмоций и свойства темперамента. Его последователи утверждали, что черты человека можно определить ощупыванием выпуклостей на черепе. Эти взгляды легли в основу псевдонауки — френологии.

Нелепости френологии заслонили тот факт, что в утверждениях Галля была доля правды — мысль о локализации функций в головном мозге. Это положение рационально изучал французский нейрохирург Поль Брока. Изучая тонкую структуру головного мозга, он показал (1861), что у больных, страдавших потерей речи, обнаруживаются повреждения определенного участка в верхнем отделе головного мозга, на третьей извилине левой лобной доли, которая до сих пор носит название извилины Брока.

К 1870 г. два немецких невролога, Густав Теодор Фрич (1838–1891) и Эдвард Гитциг (1838–1907), шагнули еще дальше. Прикасаясь электрическими иглами к мозгу живых собак, они нашли, что раздражение определенного участка вызывает определенное мышечное движение, и таким образом смогли, так сказать, нанести карту тела на головной мозг. Им удалось показать, что левое полушарие головного мозга контролирует правую половину тела, а правое полушарие — левую.

Теперь уже не приходилось сомневаться, что головной мозг управляет деятельностью тела, причем делает это высокоспецифическим образом. Появилась надежда связать все психические функции с физиологией головного мозга. Но это превращало психику как бы в продолжение тела, а следовательно, и укрепляло материалистические представления.

Однако более основательным и реальным было применение к нервной системе клеточной теории. Биологи середины XIX в. обнаружили в головном и спинном мозге нервные клетки, но природа самих нервных волокон оставалась еще не раскрытой. Ясность в этот вопрос внес немецкий анатом Вильгельм Вальдейер (1836–1921). В 1891 г. он пришел к выводу, что нервные волокна представляют собой тонкие отростки нервных клеток и являются их существенной составной частью. Следовательно, нервная система состоит из нейронов — собственно нервных клеток со всеми их отростками. Такова суть нейронной теории. Далее Вальдейер показал, что хотя отростки отдельных нейронов и могут значительно приближаться друг к другу, но в местах соединений нейронов имеется только контакт, соприкосновение нервных субстанций, а не слияние их. Зона межнейронных соединений позже получила название синапса.

Прочную основу нейронной теории заложили работы итальянского цитолога Камилло Гольджи (1844–1926) и испанского невролога Сантьяго Рамон-и-Кахаля (1852–1934). В 1873 г. Гольджи применил для окраски клеток особый краситель, содержащий соли серебра. Пользуясь им, он обнаружил внутриклеточные образования (аппарат Гольджи), функции которых до сих пор не известны.

Гольджи использовал свой метод окраски и для изучения нервной ткани. Ученому удалось рассмотреть неизвестные прежде детали, обнаружить тонкие отростки нервных клеток и отчетливо увидеть синапсы. Тем не менее, когда Вальдейер выступил с нейронной теорией, Гольджи не принял ее.

Однако Рамон-и-Кахаль решительно поддержал нейронную теорию. Пользуясь улучшенной модификацией метода окраски, он очень много сделал для укрепления этой теории. Ему принадлежат классические работы о строении сетчатки глаза, спинного мозга, мозжечка и других частей нервной системы.

Поведение

Нейронная теория оказалась чрезвычайно полезной для разработки проблемы поведения животных. Еще в 1730 г. Стивен Гейлс обнаружил, что обезглавленная лягушка при уколе кожи отдергивает лапку. В этом случае тело реагирует механически, головной мозг отключен. Так было положено начало изучению более или менее автоматической рефлекторной деятельности, при которой ответная реакция наступает без участия воли, следуя в соответствии с некой установленной схемой точно за раздражением.

И человек не свободен от такой автоматической деятельности. Удар чуть ниже коленной чашечки вызывает хорошо всем знакомое резкое движение колена. При случайном прикосновении к горячему предмету человек отдергивает руку, даже если он знал, что предмет горяч.

Английский физиолог Чарлз Скотт Шеррингтон (1859–1952), изучая рефлекторную деятельность, заложил основы нейрофизиологии. Подобно тому как ранее Гольджи, предложив свой метод окраски клеток, дал толчок развитию нейроанатомии, Шеррингтон обнаружил рефлекторную дугу, представляющую собой комплекс по крайней мере двух, а часто и более чем двух нейронов. Ощущение, возникшее в определенном месте, посылает импульс по нерву, через синапс и затем через обратный нейрон к мышце или железе, стимулируя сокращение или секрецию. Проходит ли раздражение органа чувств и стимулирование мышцы через один или большее число промежуточных нейронов, не имеет принципиального значения.

Возникло представление, будто через одни синапсы импульсы проходят легче, чем через другие. Так, существуют особые рефлекторные пути, которые сравнительно легко проходят через сложную сеть переплетающихся нейронов.

Позднее предположили, что один рефлекторный путь может открыть дорогу другому, иными словами, ответ на одно рефлекторное действие становится стимулом для второго рефлекса, который в свою очередь вызывает новое ответное действие, а оно является стимулом для третьего рефлекса и так далее. Целый ряд рефлексов составляет более или менее полный комплекс поведения, который мы называем инстинктом.

Но даже такой относительно маленький и простой организм, как, например, насекомое, представляет собой нечто большее, чем просто сумма инстинктов. Поскольку нервные связи довольно легко передаются по наследству, то и инстинкты наследуются и проявляются с самого рождения. Так, паук прядет паутину, хотя он никогда не видел ее; больше того, каждый вид паука создает паутину, характерную для данного вида.

Млекопитающие (и, в частности, человек) относительно бедны инстинктами, но обладают способностью к обучению, приобретая на основе опыта новые формы поведения. Несмотря на то что систематическое изучение такого поведения с точки зрения нейронной теории и представляет трудности, его можно анализировать чисто эмпирически.

Применение количественных измерений к человеческой психике (по крайней мере к способности воспринимать окружающие раздражения) началось с работ немецкого физиолога Эрнста Генриха Вебера (1795–1878). В 30-х годах XIX в. он нашел, что оценка подопытным человеком различий между двумя ощущениями одного и того же типа находится в зависимости от логарифма интенсивности ощущений.

Предположим, что в комнате, освещенной одной свечой, будет зажжена вторая и мы получим дополнительное освещение, которое обозначим х. Вначале одной дополнительной свечи было достаточно, чтобы получить ощущение, что свет в комнате стал ярче на величину х; чтобы ощутить дальнейшее повышение освещения на ту же величину х, требуется уже две свечи, затем четыре, восемь и так далее. Вывод о логарифмической зависимости между воздействующим на органы чувств раздражителем и возникающим ощущением был сформулирован в 1860 г. немецким физиком Густавом Теодором Фехнером (1801–1887), и называют его законом Вебера — Фехнера. Так было положено начало психофизике — количественному изучению ощущений.

Учение о поведении в целом — психология — труднее всего поддается математическому выражению, но его можно обосновать экспериментально. Приоритет в этой области принадлежит немецкому физиологу Вильгельму Максу Вундту (1832–1920), создавшему в 1879 г. первую лабораторию экспериментальной психологии. Его исследования дали начало таким экспериментам, во время которых крысы должны были решать в лабиринте сложные задачи, а шимпанзе — придумывать, как добраться до недоступных бананов. Позднее такие эксперименты применили и к людям, предлагая им отвечать на специальные вопросы и решать задачи. На основе полученных ответов давалась оценка умственных способностей человека. В 1905 г. французский психолог Альфред Бине (1857–1912) предложил свой метод, основанный на определении коэффициента умственных способностей, или коэффициента интеллектуальности (КИ).

Значительно более фундаментальные исследования, непосредственно связывающие поведение с нервной системой, провел русский физиолог Иван Петрович Павлов (1849–1936), который на ранних этапах своей научной деятельности изучал нервную регуляцию секреции пищеварительных соков, а с начала нашего века — рефлексы вообще.

У голодной собаки при виде пищи выделяется слюна. Это целесообразный рефлекс, так как слюна необходима для смачивания и переваривания пищи. Если каждый раз, когда собаке показывают пищу, одновременно звенит звонок, то он прочно связывается с видом пищи; в конце концов слюна будет выделяться на звонок, даже если собака не видит пищи, то есть у нее выработается условный рефлекс. Павлов доказал, что подобным образом можно выработать любые рефлексы.

Другое направление в психологии — бихевиоризм — утверждает, что всякое обучение является, по существу, развитием условных рефлексов и, если можно так сказать, новых нервных связей. Наиболее известными представителями этой школы в ее крайнем выражении были американские психологи Джон Бродес Уотсон (1878–1958) и Баррус Фредерик Скиннер (род. в 1904 г.).

Бихевиоризм выражает крайне механистическое понимание психики, так как низводит все фазы психической деятельности до физических моделей сложного сплетения нервов. По общему мнению, такая постановка вопроса является упрощенчеством.

Изучение поведения, инстинктов и способности к обучению, проявляемой животными в природе, получило новое развитие в работах Конрада Лоренца (род. в 1903 г.) и Николааса Тинбергена (род. в 1907 г.), посвященных возникновению структур поведения и значению «пусковых» механизмов отдельных актов поведения. В итоге возникла новая отрасль биологии — этология, изучающая сложные формы поведения животных.

Нервные потенциалы

Мы говорим о нервной системе и импульсах, проходящих по ее путям. Но что представляют собой эти импульсы? Древняя доктрина о духе, протекающем по нервам, была вдребезги разбита Галлером и Галлем, но в 1791 г., когда итальянский физиолог Луиджи Гальвани (1737–1798) обнаружил, что мышцы препарированной лягушки могут сокращаться под влиянием электрического тока, она возродилась в новой форме. Гальвани объявил о существовании собственного, так называемого «животного» электричества мышцы.

В своей первоначальной формулировке эта мысль была неверной, но, соответственно видоизмененная, она дала плоды. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон (1818–1896), еще будучи студентом, написал работу об электрических рыбах; с тех пор электрические явления в животных тканях стали предметом его научного интереса. С 1840 г. ученый приступил к усовершенствованию старых приборов и изобрел новую, безупречную методику регистрации очень слабых электрических токов, проходящих по нерву и мышце. Он показал, что нервный импульс сопровождается изменениями в электрическом состоянии нерва. Нервный импульс по своей природе, по крайней мере частично, является электрическим, а электричество и есть тот тончайший флюид, который искали в нервах ученые, верившие в нервный «дух».

Электрические разряды пробегают не только по нерву, но и по мышце. В ритмически сокращающихся мышцах, как, например, в сердце, электрические изменения также ритмичны. В 1903 г. голландский физиолог Виллем Эйнтховен (1860–1927) сконструировал очень чувствительный струнный гальванометр, способный обнаруживать чрезвычайно слабые токи. Он использовал его для регистрации ритмически изменяющихся электрических потенциалов сердца, помещая на коже специальные электроды. К 1906 г. он установил, что по электрокардиограммам (ЭКГ), которые он получал, можно выявить различные виды нарушений работы сердца.

Сходные методы использовал в 1929 г. немецкий психиатр Ганс Бергер (1873–1941). Он прикреплял электроды к черепу и регистрировал ритмические изменения потенциалов, которые сопровождают мозговую деятельность^[4]. Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) очень сложны и трудны для расшифровки. Однако при значительных повреждениях головного мозга, при наличии опухоли изменения выявить легко. Точно так же эпилепсия, считавшаяся «священной болезнью», может быть обнаружена по измененной ЭЭГ.

И все же открытие электрических потенциалов не дало исчерпывающего ответа на все вопросы. Электрический импульс, проходящий через нервное окончание, сам по себе не способен преодолеть синаптического разрыва между двумя нейронами и вызвать новый электрический импульс в следующем нейроне. В 1921 г. австрийский физиолог Отто Леви (1873–1961) описал химическую передачу нервных импульсов. Нервный импульс наряду с электрическим включает в себя и химическое изменение. Химическое вещество, освобождающееся при возбуждении нерва, переходит через синаптический разрыв и таким образом передает нервное возбуждение. Английский физиолог Генри Холлет Дейл (род. в 1875 г.) отождествил это химическое вещество с соединением, называемым ацетилхолином. Позже были открыты и другие химические вещества, так или иначе связанные с нервной деятельностью. Некоторые из них могут вызывать симптомы психических расстройств.

Но все же нейрохимия пока находится на ранней стадии развития, хотя ей и суждено стать новым могучим средством изучения психической деятельности человека.