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.
