Универсальность электрических сигналов

Важным свойством электрических сигналов является то, что они фактически идентичны во всех нервных клетках организма независи­мо от того, запускают ли они движение, пе­редают ли информацию о цветах, формах или болезненных стимулах, или соединяют раз­личные области мозга. Вторым важным свой­ством сигналов является то, что они настолько одинаковы у разных животных, что даже уму­дренный опытом исследователь не способен точно отличить запись потенциала действия от нервного волокна кита, мыши, обезьяны или профессора. В этом смысле потенциа­лы действия могут считаться стереотипны­ми единицами. Они являются универсальным эталоном для обмена информацией во всех исследованных нервных системах. В мозге не типы сигналов, а огромное количество кле­ток (от 10¹⁰ до 10¹² нейронов) и разнообразие связей обеспечивают сложность выполняемых задач.

Эта идея была высказана в 1868 году не­мецким физиком и биологом Германом фон Гельмгольцем. Беря за основу гипотетические принципы, задолго до обнаружения извест­ных сейчас фактов, он писал²':

Нервные волокна часто сравнивают с теле­графными проводами, пересекающими мест­ность, и это сравнение хорошо приспособлено для иллюстрации удивительных и важных осо­бенностей их образа действия. В телеграфной сети везде мы обнаруживаем те же медные или стальные провода, несущие только один вид движения, поток электричества, но вызы­вающие самые разные результаты на разных станциях в соответствии с дополнительной аппаратурой, с которой провода соединены. На одной станции эффект состоит в звонке колокольчика, на другой сигнал просто переда­ется дальше, на третьей вступает в работу записывающий аппарат....Говоря коротко, ка­ждое из... различных действий, вызываемых

Раздел I. Введение

(A) Extracellular recording

(В) Intracellular recording

Рис. 1.6. Техника реги­страции электрической ак­тивности. (А) Кончик тон­кого металлического элек­трода расположен близко к нервной клетке в ко­ре. (В) Внутриклеточная регистрация производится заполненной проводящей жидкостью стеклянной ми­кропипеткой, введенной в клетку. (С) Внутриклеточ­ное отведение также де­лается пэтч-пипеткой, ко­торая прилипает к клеточ­ной мембране.

Fig. 1.6. Electrical Recording Techniques. (A) The tip of a fine wire electrode is located close to a nerve cell in the cortex. (The wire above the tip is insulated.) Extracellular recording allows one to record from a single cell or from a group of cells. (B) Intracellular recordings are made with a fluid-filled glass capillary that has a tip of less than 1 /urn in diameter, which is inserted into a neuron across the cell membrane. At rest there is a potential difference of about 70 mV, the inside negative with respect to the outside. This difference is known as the resting potential. (C) Intracellular recordings are also made with patch electrodes. A patch electrode has a larger tip than that of an intracellular microelectrode; the tip makes an extremely tight seal with the cell membrane. If the seal is intact the currents that flow as a single ion channel in the membrane opens or closes can be recorded. Alternatively, as shown here, the cell membrane can be ruptured to allow the diffusion of molecules between the pipette and the intracellular fluid of the cell (whole-cell patch clamp).

электричеством, может быть вызвано и пе­редана проводом в любую необходимую точку. При этом в проводе происходит один и тот же процесс, приводящий к самым разным послед­ствиям....Та разница, которую мы видим при возбуждении различных нервов, заключается только в рознице самих органов, к которым присоединен нерв и которым передается со­стояние возбуждения.

На самом деле, как будет показано в гла­ве 6, небольшая разница в амплитуде и дли­тельности очевидна в потенциалах действия разных нейронов. Утверждение, что все по­тенциалы действия одинаковы, равносильно утверждению, что все дубы одинаковы.