Тайны, догадки, прозрения

«Электростанция» мозга

Когда Вильям Гарвей открыл кровообращение, ученый мир долгие годы не признавал его. Та же участь постигла и открытие Пастером микробов — возбудителей инфекционных болезней. И Гарвей и Пастер не были исключением — такова судьба многих научных открытий.

Но случается и другая крайность: новым прозрением пытаются объяснить все непонятные до того явления. Открытие приобретает «универсальный» характер, на разработку его набрасывается множество ученых, ему придается чрезмерное значение; потом страсти затихают и все становится на свое место. Открытие оказывается действительно крупным, но далеко не ко всему применимым.

Так увлеченно, в течение нескольких лет, нейрофизиологи разных стран пытались объяснить множество процессов высшей нервной деятельности с помощью открытия Хоренса Мегуна и Джузеппе Моруцци. Постепенно разлив кончился, река вошла в свои берега; открытие Мегуна и Моруцци, не будучи универсальным, положило однако начало новому разделу нейрофизиологии.

…Кошка. На голове у нее пучок тонюсеньких проволочек. Они введены в череп животного через просверленное отверстие. Каждая проволочка попадает в определенную заранее группу клеток глубоких структур мозга. Внутри проволочки расходятся веером, проникая, таким образом, в клетки на значительной площади.

Поочередно через каждую проволочку пропускается электрический ток; он раздражает то одну, то другую группу клеток, а может быть, даже и одну клеточку. Электроды проникли в стволовую часть мозга, исследовать которую прежде никому не удавалось, кроме как в кровавом опыте: чтобы достичь ствола, приходилось разрушать все верхние слои мозга.

Исследователи посылают электрический ток по микроэлектродам и одновременно регистрируют электроэнцефалограмму деятельности кошачьего мозга.

На регистрирующем приборе изменяется графическое изображение биотоков: стоит послать раздражение в определенные пункты ствола, как медленные высоковольтные колебания на кривой сменяются низкоамплитудной высокочастотной активностью. И соответственно кошка то «спит», то «просыпается». И хотя раздражался микроскопический участок глубоко лежащего ствола, изменения электроэнцефалограммы происходили на всей коре больших полушарий.

Два профессора американец Мегун и итальянец Моруцци, два крупных ученых, проделали серию опытов на уровне ствола мозга кошки не потому, что до них никого не интересовала эта часть нервной системы, а потому, что в экспериментальных исследованиях был разработан способ тонкого раздражения и разрушения подкорковых структур с помощью электродов, вводимых с большой точностью в нужные пункты. Электроды практически не наносили травм мозгу животного, и опыты можно было производить длительное время с нормальной не израненной кошкой в нормальном состоянии и в нормальных условиях.

Все это — благодаря стереотаксическому методу.

Стереотаксис. Слово, которое красиво звучит, вызывает, быть может, некоторые ассоциации, но большинству читателей ровно ничего не говорит. Происходит это слово от греческого: стерео — объемный, таксис — расположение; значит — расположение в пространстве. Это и есть основа стереотаксического метода — ориентация среди расположенных в пространстве различных точек глубинных структур мозга, чтобы вводить в них микроинструменты. Метод определяет точные пространственные отношения между частями мозга и черепа (или внутримозговыми ориентирами), позволяет безопасно установить местоположение любой структуры мозга, как бы глубоко под корой она ни находилась.

Первый в мире стереотаксический прибор был изобретен в 1889 году русским анатомом Д. Н. Зерновым, назывался он — «энцефалометр». Прибор позволил ученому составить координатные карты корковых структур мозга человека и определить положение некоторых подкорковых ядер в пространстве.

Два десятилетия спустя английские ученые Хорсли и Кларк разработали свой метод и назвали его стереотаксическим. Но ни один из этих методов не получил сразу распространения — так не раз уже случалось в науке: высказанная идея остается без внимания, подспудно созревает и только много времени спустя оказывается незаменимой.

Лишь в тридцатые годы начал применяться стереотактис — другому английскому ученому удалось создать стереотаксический атлас мозга кошки. Экспериментальная физиология получила доступ в глубокие ядра и клетки головного мозга. Чем и воспользовались Мегун и Моруцци.

Но раз уж мы забрались в мозг, давайте попробуем разобраться, что в нем есть.

Кора головного мозга, покрывающая большие полушария, состоит из многих миллиардов клеток; каждая клеточка имеет свои контакты. Число связей во всем мозге выражается астрономическими цифрами и никем не подсчитано в точности. У каждого нейрона[1] есть отростки — дендриты; самый длинный из них — аксон, по нему, как и по дендритам, передаются из одного нейрона к другому нервные импульсы. Кончик аксона разветвляется на множество нервных волоконцев, они приближаются к телу другого нейрона или к концам его волокон; место контакта между ними называется синапсом.

Нервный импульс бежит по аксону, достигает его конца, освобождая некое вещество — медиатр; вещество через синаптический промежуток возбуждает соседний нейрон, изменяет его электрический потенциал и бежит дальше.

И все это вместе — грубая схема нейронной импульсации.

Из серого и белого вещества построено множество связанных друг с другом образований, и каждый из них «заведует» какой-нибудь частью жизнедеятельности организма: зрением, слухом, движениями, температурой тела. Что касается высших функций нервной деятельности человека — мышления, ассоциаций, памяти, речи, — в них участвует вся кора больших полушарий.

Теперь уже большинство отделов головного мозга хорошо изучены, во многом изучена и вся его деятельность. И все же он остается величайшей загадкой и по сей день.

Загадкой была и ретикулярная формация ствола мозга. Впрочем, неверно — никто не воспринимал ее как «загадку», тем неожиданней была «разгадка».

Ретикулярная формация, или сетевидное вещество — вещество «в клеточку», — давным-давно известно и анатомам и физиологам. Но ровно ничего не было известно о значении ее для деятельности мозга. Вплоть до 1949 года, когда Мегун и Моруцци сделали свое открытие: важный механизм мозга, существующий параллельно со специфическими чувствительными и двигательными системами и тесно связанный с ними.

Механизм оказался распределенным почти по всей центральной области ствола мозга и, подобно тому, пишет Мегун, как спицы отходят от оси колеса к его ободу, так и функциональные влияния этой системы могут распространяться в нескольких направлениях. На спинной мозг — вниз, воздействуя на его активность; в стороны и вперед — через «подбугорья» и гипофиз, влияя на внутренние и эндокринные функции; вверх — на структуры межуточного и обонятельного мозга, «…где, как сейчас полагают, возникают аффекты и эмоции, источником которых раньше считали сердце; и еще выше… — на кору полушарий мозга, которая, будучи тесно связана с элементами зрительного бугра и базальными ганглиями, управляет высшими сензорными, моторными и интеллектуальными процессами… Как спицы поворачиваются все вместе при вращении колеса, хотя каждая из них последовательно выдерживает основной вес, так и направленные в различные стороны влияния неспецифического ретикулярного механизма тесно связаны при нормальном функционировании».

Как хорошо налаженная электростанция, ретикулярная формация беспрерывно снабжает кору мозга тонизирующими импульсами. Приходящие в кору раздражения не могут вступить в контакт друг с другом без энергии, подаваемой «электростанцией»: они не реализуются и как бы повисают в воздухе.

Если искусственно выключить ретикулярную формацию, животное впадает в транс; если ее раздражать — она возбуждает лихорадочную деятельность всей коры. С другой стороны, если в мозге создается сильное возбуждение, «вещество в клеточку» тотчас же на него реагирует и так активно, что погасить его чрезвычайно трудно: оно становится застойным, не исчезает, даже если причина, его вызвавшая, давно устранена. Бред, галлюцинации потому и существуют, что ретикулярная формация обладает свойством надолго задерживать возбуждение. И именно она определяет многие симптомы различных заболеваний.

Снова пришлось пересмотреть некоторые представления о нервном процессе.

Любой раздражитель, будь то звонок, свет, боль, соответствует определенному органу чувств. Возникшее возбуждение переходит от одной клетки к другой, к третьей, четвертой — пока не достигнет мозга. А весь путь по клеточному тракту обеспечивается самим возбуждением: при переходе от клетки к клетке заимствуется энергия для возникновения в центре ассоциаций.

Так оно представлялось. Но природа оказалась куда остроумней.

Вообразите себе ярко освещенный город, праздник огня и света. Чтобы погрузить его в тьму, можно последовательно вывернуть все горящие лампочки. Случай принципиально возможный. Но есть другой, куда более рациональный путь: выключить в центральном пункте рубильник.

Ретикулярная формация и есть такой центральный рубильник. Выключите его, и вы погрузитесь в «мертвую спячку». Из этого энергетического узла мозг черпает энергию и для ассоциативных связей, возникающих между отдельными клеточками, и для образования условных рефлексов. Двухъярусная система, созданная в процессе эволюции животного мира — развитие тонкой архитектуры мозга и развитие снабжения его энергией, — скрещивается на уровне больших полушарий, самой тонкой части нашего мозга, где осуществляются все ассоциации, все связи.

Но если ретикулярная формация — центральный рубильник, то попробуйте зажечь свет, не включая его! Можно сколько угодно вкручивать и выкручивать лампочки, темнота все равно, не рассеется.

Человек принимает снотворное и погружается в сон. Но как бы крепко ни спал он, сон не «охватывает с головы до ног». Кора головного мозга не спит и даже не дремлет — она вечно на вахте, всегда в деятельности, покуда жив ее хозяин. Все раздражения мира поступают в нее, проходят через органы чувств, кроме глаз, которые сомкнуты. Все слышит спящий человек. Не стоит поэтому усиливать звук телевизора или радиоприемника, когда в комнате заснул ребенок или уставший после работы взрослый. Спящий не осознает слышимое, но он слышит — мозг не знает отдыха, мозг все регистрирует.

Сейчас с шумом пытаются бороться, поняв, наконец, его сильнейшую вредность. Но вот удивительная вещь — чем менее тонок и интеллектуален человек, тем меньше действует на его нервную систему шум. То ли потому, что к «умному» и во сне импульсы приходят в большем количестве? То ли потому, что его антипод и, бодрствуя, меньше «замечает»? Философ Шопенгауэр сформулировал шуточное уравнение: количество шума, который может без особого напряжения выдержать человек, обратно пропорционально его интеллекту…

Запись биотоков мозговых клеток активна и во сне и во время бодрствования; несмотря на это, человек все же погружен в глубокий сон. Своим внешним поведением он никак не реагирует ни на какие возбуждения. И не может реагировать: не работает «электростанция», энергия в мозг не поступает. Рубильник выключен. Усыпляющие средства парализуют ретикулярную формацию, и кора мозга отключается.

Состояние сна — это как бы два отдельных состояния: кора мозга сама по себе, а спящий человек сам по себе. Спит он, потому что «спит» ретикулярная формация.

Но когда человек сосредоточенно думает, к чему-то прислушивается, напрягает внимание, «электростанция» работает на полную мощь, тут требуется особенно много энергии. Стоит хоть немного приглушить ее — человек теряет сознание.

Как раз в этом пункте некоторые ученые и «потеряли равновесие» — так завлекло их открытие необыкновенных свойств ретикулярной формации ствола мозга. Но поскольку это открытие не угрожало немедленной пересадкой головы или даже ствола мозга, «ретикулярная лихорадка» не приобрела такого бедственного направления, какое около двадцати лет спустя после открытия Мегуна и Моруцци приобрели пересадки сердца. Увлечение вылилось всего лишь в серьезные теоретические ошибки: в ретикулярную формацию «поместили» сознание — уж очень соблазнительны оказались ее свойства в этом направлении.

Осторожный Мегун писал: «…не следует придавать нашим открытиям абсолютного значения, ибо еще через полвека, а может быть и раньше, взгляды, которые представляются нам теперь правильными, могут оказаться несостоятельными».

Так много времени не понадобилось — отрезвление пришло гораздо раньше. И несостоятельными оказались только некоторые заключения, связанные с новым открытием.

«Энергетический центр» — не есть центр сознания. Иначе оказалось бы, что и лягушка «сознательное» существо: у нее ведь тоже есть ствол мозга; правда, отсутствует такая «малость», как кора больших полушарий.

…Войдите в затемненное хранилище, где собраны огромные художественные ценности. Попросите служителя зажечь свет. Вы увидите творения знаменитых мастеров живописи. Но разве смотритель вызвал их к жизни? Он только сделал картины видимыми. Он смог это сделать, потому что в его распоряжении было сколько угодно энергии, получаемой с электростанции.

Электростанция, между прочим, тоже не из воздуха черпает энергию — откуда же берется такой высокий энергетический потенциал, которым она свободно располагает?

Источник не один — их много. Изнутри — химический источник, кровь. Извне — весь мир, в котором существует все живое.

Ничего в этом нового нет: давным-давно известно физиологам, что мозг является приемником поступающих извне раздражений. Но только теперь вспомнили, что еще в прошлом веке бились ученые над загадкой отдельных волоконец, пронизывающих весь мозг во всех направлениях. Каково их назначение, зачем они существуют?

А это оказались «провода». По ним из коры полушарий передаются импульсы в ретикулярную формацию. Она, вроде лейденской банки, собирает в себе заряды, поступающие в нервную систему. Вот откуда вечное пополнение энергетических запасов. У здорового человека, с функционирующими органами чувств и нормальным мозгом, энергетический кризис не может наступить. Разве что, какая-либо система объявит забастовку — заболеет, уклонится от выполнения нормы.

Состояние полного покоя человека — иллюзия. «Покой нам только снится!» Непрерывным, незатихающим атакам подвергается мозг человека — в его сознание ударяет постоянно льющийся поток разнообразных возбуждений. Миллионы импульсов пронизывают мозг, миллионы электрических зарядов беспрерывно возникают в нервных клетках. Весь этот грандиозный каскад энергии заряжает ретикулярную формацию.

Открытие, которое академик Анохин назвал «самым серьезным достижением нейрофизиологии за последние годы» (это было сказано в его предисловии к книге Мегуна, в 1961 году), послужило толчком для рождения психофармакологии — области специального воздействия на различные стороны и даже оттенки психической деятельности человека.

Ретикулярная формация оказывает генерализованное неспецифическое активизирующее воздействие на кору головного мозга — вот в двух строках вывод, следовавший из работ Мегуна и Моруцци. Если говорить более простым и доступным языком, получится следующее: «энергетический центр» снабжает энергией всю кору больших полушарий, во всех случаях жизни, всегда одинаково, независимо от того, какие реакции происходят в организме в данной обстановке.

Если еще проще, переведя на язык анекдота, можно это представить так: где-то на улице вы потеряли часы, вы хотите найти их, но на улице темно; вам бы зажечь фонарик на том месте, где часы упали, а вы вместо этого включаете тысячи фонарей по 300 ватт каждый…

Совершенно бессмысленная трата энергии, не правда ли? Примерно так получается с «неспецифическим генерализованным воздействием» ретикулярной формации.

Поправку — очень серьезную поправку, имеющую прямое отношение к медицинской практике, — внес Анохин: влияния оказались биологически специфическими. При каждой подаче энергии из ствола в кору мозга начинают действовать только те нервные элементы, которые образуют с врожденными подкорковыми связями определенного назначения единую функциональную систему. В это время все элементы коры, входящие в другие системы, переходят в состояние торможения.

…Разговор в лаборатории повели непосредственна с клетками мозга.

На подставке лежит кролик. Специальное приспособление поддерживает его голову в одном положении. Кролик не пытается вырваться из плена, он не может двигаться, — в его кровяное русло введен препарат кураре, мускулатура кролика расслаблена. Однако он дышит с помощью «искусственных легких».

По координатам стереотаксической схемы исследователь устанавливает местонахождение группы клеток, с которыми он намерен «вести беседу». В черепе кролика просверлено крохотное отверстие и через него в мозг введен электрод диаметром в один микрон. Электрод соединен с прибором, превращающим биотоки в звуки.

Электрод приближается к нужной области— слышно щелканье; острый кончик опускается все ниже, вот он уже впился в «толщу» клеточки — она запищала; наконец, раздается шипенье — это электрод прошел сквозь одну клетку, направляясь к другой, заданной. Вот она поймана — клеточка, «живущая» глубоко под черепом, в стволе мозга.

— Тахх-тахх-тахх, — пыхтит клетка.

Это идут биоэлектрические импульсы от нормально действующей ячейки ткани. Исследователь слегка надавил на электрод — возмущенная клетка запротестовала: р-р-тах-тах, злится она.

Одновременно осциллограф записывает импульсы; изменяется звук — изменяется волнообразная линия записи, на ней появляются острые зубцы.

Но вот кролику ввели снотворное — нембутал. Спокойное «тахтанье» становится все глуше, звучит реже, исчезает. Потом последний прерывистый «вдох» и — клетка замирает. Она «уснула». Осциллограф чертит прямую линию. Нембутал осел в исследуемом участке ретикулярной формации.

Что и следовало доказать.

Исследуются другие клетки — ведут они себя по-разному: одни излучают редкие импульсы, 10–12 в секунду; другие — до 200. Одни щелкают, другие трещат, третьи шипят, и каждая разновидность звука характеризует разновидность клеток и их функций.

Различные по качеству клетки неоднородной деятельности, по-разному реагирующие на химические вещества, — вот какой пестрой оказалась ретикулярная формация. А раз химические лекарства действуют избирательно на строго определенные группы клеток, управляющие строго определенными «работами», значит и влияние ретикулярной формации на кору мозга тоже избирательное, специфическое.

Каждая клеточка мозга — это «чек на предъявителя». Связанная с определенной мышцей, она может проделывать множество манипуляций: спускать курок ружья, писать любовные письма, заводить мотор машины, играть в хоккей, укачивать ребенка. Центральная электростанция подает ей ток — всякий раз другой силы и напряжения.

А что было бы, если бы электрический ток постоянно и одновременно снабжал мозг одной и той же энергией, не считаясь с тем, для какой цели она нужна? Тогда бы все клеточки «хором» и каждая из них в отдельности проделывали все многочисленные, совершенно не похожие друг на друга операции. А мозг в целом был бы лишен главной своей особенности — уменья различать обстановку, предметы, задачи. Довольно нелепая картина и совершенно не соответствующая действительности!

…Испуганное животное бежит от опасности. Бег и чувство страха отнимают массу энергии. Она поступает из ствола. Если бы воздействие ретикулярной формации было биологически неспецифическим, одновременно с испугом животное должно было бы, скажем, выделять слюну, испытывая голод. Между тем испуганное животное в минуту опасности менее всего склонно к еде: ему бы спастись от врага. В это время даже самая вкусная пища не выжмет из него ни капли слюны и не остановит бега.

Электроэнцефалограф показывает: в момент оборонительной реакции у животного действительно повышена активность коры мозга, но пищевой рефлекс при этом не возбужден.

Тонкость биологической регуляции поразительна! Экспериментаторы убедились в этом.

Собаке ввели успокаивающий препарат аминазин. Микроэлектроды показали, что аминазин парализовал определенные группы клеток ретикулярной формации. Перед собакой поставили кормушку и одновременно пустили в одну из лап электрический ток. Собака спокойно поедала пищу, даже не пытаясь сбросить с лапы провод: она совершенно не чувствовала боли. Но вот, в повторном опыте, аминазин заменили уретаном — собака заснула. Однако и во сне она реагировала на боль.

В первом случае аминазин выключил в ретикулярной формации группу клеток, и она, в свою очередь, отключила в коре мозга реакцию на боль. Во втором — уретан подействовал на другие клетки — «электростанция» включила сон, но не выключила участки коры, ведающие болью.

Именно потому, что ретикулярная формация оказывает избирательное воздействие на кору головного мозга, нейрофармакология — наука о лекарственных веществах, действующих на центральную нервную систему, имеет физиологическую основу.

Тот же аминазин, который широко используется для лечения психических заболеваний, обладает двояким свойством: одни клетки ствола мозга он подавляет, другие возбуждает. И возбуждает как раз те, которые считаются «очагами эпилепсии». Так что лечение аминазином может вызвать приступ до того скрытой эпилептической болезни. Правда, теперь фармакологи в состоянии искать более тонкие воздействия препаратов — скажем, такие, которые будут успокаивать нужные клетки, не возбуждая при этом другие.

Фармакология нацелилась на психические состояния, вызванные целым комплексом нервных процессов. «Прицел» у нее в руках оптический, точный, дающий возможность делать ювелирную работу: создавать лекарства, способные убивать страх, тоску, чувство тревоги и другие отрицательные эмоции. Для психоневролога не безразлично, каково происхождение чувства тоски у пациента: тоска, связанная с неудачной любовью, и тоска, вызванная неприятностями на работе, это, как говорится, две разных тоски. Ощущения по своей химической природе совершенно различные — можно подобрать лекарство, которое убьет одну тоску, оставив неприкосновенной другую…

Но это уже район эмоций — район другого рассказа.