Механизмы мозга

В предисловии мы сравнили эту книгу с описанием экзотической страны, автор которого, так же как и читатель, никогда не бывал в ней ранее. Как это нередко делают в подобных описаниях, мы начнем с краткого рассмотрения обстоятельств, связанных с открытием территории, которую мы собираемся посетить.

Никто не станет возражать, что начало современной неврологии положило открытие электрических свойств нервов. Гораздо менее ясно, кому из нескольких естествоиспытателей XVIII века следует приписать честь этого открытия. В сущности, это важное новое представление об электрической природе функции нервов, подобно многим новым научным направлениям, выросло из нескольких научных наблюдений. Еще до 1750 г. были опубликованы сообщения о судорожных сокращениях мышц у свежих трупов животных и людей, приведенных в соприкосновение с работающим электростатическим генератором или лейденской банкой. Несколько позже, в 70-х годах, два или три автора высказали предположение, что удар, наносимый скатом Torpedo, имеет электрическую природу.

Несмотря на то что утверждения некоторых из этих ранних исследователей имели, возможно, определенную ценность, биологи, по-видимому, считают «отцом современной неврологии» Луиджи Гальвани, читавшего публичные лекции по анатомии в Болонском университете с 1762 г. до конца своей жизни (1798). Незадолго до 1780 г. Гальвани начал упорно заниматься электрическими явлениями, наблюдаемыми на ножках лягушки. По одной из версий, первоначальным толчком послужило то, что он увидел в одной мясной лавке. Главным товаром здесь были лягушачьи ножки, и тушки лягушек были развешаны на медных крючках, прикрепленных к железной перекладине. Гальвани, по-видимому, заметил, что, когда болтающаяся тушка задевала за железную перекладину, ее ножные мышцы сокращались, как живые.

Хотя эта история и недостоверна, не подлежит сомнению, что Гальвани в своей лаборатории приводил мертвых лягушек в соприкосновение с медными крючками и железными подставками и потратил много лет на всевозможные опыты, пытаясь лучше понять феномен «животного электричества», как он назвал его. Его публикации, начавшиеся с 1791 г., вызвали огромную сенсацию. Возможность «возвращения жизни» мертвому животному захватила воображение публики и вдохновила ее на безудержные фантазии, обусловленные недостатком научных знаний,— явлением, довольно обычным даже в XX веке.

В представлениях Гальвани о процессах, приводящих к мышечной реакции при взаимодействии меди, железа и мертвой лягушки, многое впоследствии оказалось неверным, но сейчас это не должно нас интересовать; опыт Гальвани легко может быть описан в точных современных понятиях.

Прежде всего в основе полученных Гальвани результатов лежал только еще выяснявшийся в то время факт, что при соприкосновении разных металлов, например меди и железа, в определенных условиях может возникать электрический ток. Имел значение и тот известный Гальвани из анатомии факт, что деятельностью мышц управляют нервы — что, например, мышца лягушки сократится, если ущипнуть идущий к ней нерв. Эти научные сведения уже позволяли установить надлежащую связь между сокращением лягушачьих ножек, свисающих с медных крючков на железную перекладину, и одним из самых важных фак-тов науки о жизни — электрической основой действия нервов.

Вывод о том, что подергивание ножек лягушки в опытах Гальвани вызывалось электрическими токами в соответствующих нервах, был проверен во многих лабораториях в начале XIX века. Было установлено, что этот феномен наблюдается не только у лягушек, но и у всех других животных, в том числе у человека: пропускание электрического тока через нерв, управляющий данной мышцей, заставляет эту мышцу сокращаться. Проводя такие опыты на живых животных, ученые в конце концов установили, что они имеют дело со свойством живой ткани. Возможность вызывать это явление у мертвых животных была просто следствием того, что нервная и мышечная ткани, особенно если принять надлежащие меры для их сохранности, еще долго после смерти животного остаются живыми.

Однако у животных к мышцам подходят нервы двух типов. Кроме нервов, управляющих действием мышц, есть еще другие нервы, тоже связывающие мышцы с головным мозгом животного, но «пассивные»— в том смысле, что физические возмущения в таких нервах не приводят к мышечной реакции. Оказалось, что электрическое раздражение этих нервов не производит никакого видимого действия. Однако улучшение методов регистрации биотоков позволило в конце концов выяснить, что при растяжении мышцы в нерве этого типа возникает электрический ток, с помощью которого мышца, по-видимому, сообщает мозгу о степени своего растяжения или сокращения.

Таким образом, в начале XIX века ученым удалось установить электрическую природу действия как эфферентных, или двигательных, нервов, по которым спинной или головной мозг посылает мышцам сигналы, заставляющие их сокращаться, так и афферентных, или чувствительных, нервов, по которым мышцы посылают в высшие нервные центры информацию о своем растяжении или сокращении. Оказалось, что эти электрические явления, связанные с функцией, свойственны не только нервам, идущим к мышцам, а характерны для всей нервной системы. Как было выяснено, афферентные нервы всегда передают свои сигналы с помощью электричества, независимо от того, о чем они должны сообщать — о растяжении мышц, прикосновении, боли, тепле или холоде, звуке, запахе, цвете, химическом составе или любом из множества других «чувственных» качеств, составляющих информацию, необходимую для того, чтобы организм оставался здоровым и невредимым. Точно так же и все сигналы, посылаемые по эфферентным нервам к исполнительным механизмам (эффекторам), оказались электрическими, независимо от функции этих эффекторов — механической, как у мышц, или химической, как у желез.

Несмотря на всю важность установления электрической природы действия нервов, методы, имевшиеся в распоряжении ученых в XIX веке, не позволяли ответить на многие естественно возникавшие вопросы о деталях этого процесса. Например, насколько быстро доходит до головного мозга электрический сигнал при раздражении осязательного рецептора кожи у подопытного животного? Как долго нерв продолжает генерировать ток после прекращения действия раздражителя? Подобные вопросы оставались без ответа, пока не были разработаны усовершенствованные методы исследования. В частности, только появление электронной техники дало возможность выявлять и измерять очень слабые электрические эффекты, недоступные для наблюдения с помощью прежних приборов. Особое значение имело создание электроннолучевого осциллоскопа — прибора, позволяющего наблюдать и точно измерять кратковременные электрические процессы. С помощью новых электронных приборов исследователям в последние годы удалось сделать много важных открытий, касающихся механизмов нервной системы.