Иерархия

Нервная клетка, или ней­рон — человек в миниатю­ре: это личность, это ор­ганизм, состоящий из раз­нообразнейших частей. Она может действовать спонтанно, а может чет­ко выполнять полученные распоряжения... Она гово­рит на понятном нам язы­ке, впитавшем в себя все, что происходило раньше (Теодор Балпок).

Я уже говорил о силе, воздейству­ющей на наш организм подобно удару тока. Электрический ток, электричество. Что же это такое? В наши дни это уже ни у кого не вызы­вает удивления, хотя совсем недавно подобные понятия вселяли ужас. Само слово «электричество» ассоци­ировалось с грозой и вспышками молнии, которые могли убить чело­века. Все это объяснялось действием страшных потусторонних сил. Дру­гими словами, электричество было столь же непонятно прошлым поко­лениям, как нам непонятна атомная энергия. Сейчас невозможно пред­ставить себе нашу жизнь без элек­трического тока — мы платим деньги за его постоянное присутствие в на­ших домах. И это при том, что каж­дую минуту тысячи огненных вспо­лохов освещают нашу планету в виде молнии. Только самых храбрых лю­дей не пугают эти электрические разряды.

Какое отношение эти леденя­щие душу вспышки электричества, обрушивающиеся с небес на наши головы, имеют к миллиардам крошечных нервных клеточек, живущих внутри меня? Итальянец Луиджи Гальвани, живший через тридцать лет после прославившегося своей храбростью Бена Франклина, первым заглянул в лабиринт человеческих нервов. До Гальвани все ученые и врачи придерживались тео­рии греческого физика Галена, выдвинутой им в 130 году н. э. В своей теории Гален очень наглядно описал все процессы взаи­модействия в теле человека в виде непрекращающегося потока бесплотных «животных духов», передающегося по пустотелым трубчатым разветвлениям. Эта теория существовала столетия. И это естественно. Вряд ли в те времена кто-то мог поверить, что дрожь любовной страсти, безбрежный океан эмоций, про­буждаемых музыкой Вивальди, священный мистицизм правед­ника — все это не что иное, как математически рассчитанные формулы химических реакций и электрических импульсов.

Бедный Гальвани не мог даже предположить, до какой сте­пени будут упрощены его открытия. Без всякой задней мысли однажды пасмурным днем он принес домой на ужин нескольких лягушек и повесил на крыльце. Но в порыве страстного желания оставить свой след в истории науки, он обезглавил этих лягушек и снял с них кожу. Затем отвел проводок из громоотвода и про­пустил его через спинной мозг животных. А потом, когда небо Болоньи ослепили молнии и послышались оглушительные раскаты грома, в дневнике Гальвани появилась такая запись: «В тот же момент, когда сверкнула молния, все лягушачьи мышцы мгновенно сократились. Они возбужденно сокращались и рас­тягивались вместе с каждой вспышкой молнии. Движения но­жек лягушек осуществлялись в полной зависимости от раскатов грома, как будто бы служили их предупреждением».

Гальвани был ученым. Если бы он был писателем, он бы обязательно описал выражение недоумения и любопытства на лицах своих гостей, когда у них на глазах обезглавленные ля­гушки дрыгали лапками, будто плыли по поверхности пруда. Электричество из атмосферы воздействовало на нервы лягу­шек, и их мышцы приходили в движение, несмотря на то что животные были уже мертвы.

Гальвани проделал множество других экспериментов с ля­гушками. Некоторые из них с течением времени стали легенда­ми, так что теперь трудно представить, что же происходило на са­мом деле. Он был очень скромным человеком и опубликовал свои открытия лишь к концу жизни. Его племяннику приходи­лось отстаивать теории дяди, ведя непримиримую борьбу с кон­сервативным общественным мнением. Но свое самое значитель­ное открытие Гальвани сделал в один из солнечных дней, когда повесил несколько обезглавленных лягушек на медные крюки над железной перекладиной, приделанной на крыльце. Он при­слонял одну из лягушачьих ножек к перекладине: в тот момент, когда они соприкасались, — ножка конвульсивно дергалась.

Прыгающие мертвые лягушки во время грозы — это одно дело, а вот «плывущие» по крыльцу лягушки в солнечный день - это уже было ошеломляющим научным открытием, взбудо­ражившим весь научный мир.

А противник Гальвани Алессандро Вольта пришел к выво­ду, что электрический ток ни при чем в опытах с лягушками, но имеет самое прямое отношение к двум предметам из разных ме­таллов, которые при контакте друг с другом образуют провод­ник электрического тока. Он даже пошел дальше и изобрел ба­тарейку. Это его мы должны благодарить за информационные табло на вокзалах и в аэропортах, за бегущие рекламные строки на больших домах в центре крупных городов, за яркие вывески и указатели, наконец, за то, что нам удается утром завести ма­шину, когда температура на улице ниже нуля.

Гальвани упрямо считал, что причиной реакций у лягушек было «животное электричество». Этому неутомимому тружени­ку мы должны быть признательны за электрокардиограф, мо­ниторы для наблюдения за состоянием пациента во время хи­рургических операций, приборы для лечения электрошоком. Но, прежде всего за миллионы лягушачьих ножек, с его легкой руки немало послуживших науке в лабораториях медицинских институтов.

Прошло еще полтора столетия, прежде чем ученые, нако­нец, нашли разумное объяснение тому, каким образом электричество передается по нашему телу. Совершенно очевидно, что это происходит совсем не так, как в наших ломах: воткнул вил­ку в настенную розетку — и ток пошел по проводу в нужное ме­сто. Очевидно, что наши нервы не настолько вместительны, чтобы их пучок шириной в волосок содержал в себе 100 000 от­дельных «проволочек». Научно установлено: электрический ток внутри нашего тела проходит через химические соединения ио­нов натрия и калия. В наши дни на ярких иллюстрациях учеб­ников по медицине нередко можно увидеть красочные изобра­жения нервных клеток со знаком «плюс» снаружи оболочки и со знаком «минус» — внутри. На рисунках хорошо видно: моле­кулы передают нервные импульсы подобно бегунам, бережно передающим по эстафете от одного к другому факел с олимпий­ским огнем.

Клетка под названием «нейрон» — самый важный передающий информацию элемент внутри тела. Как только мы рождаемся на свет, двенадцать миллиардов нейронов уже готовы к действию. Каждая вторая клетка в организме умирает и за­меняется новой через несколько лет, но только не нейрон. Как бы мы могли существовать, если бы данные нашей памяти и информация о мире периодически стирались? Если нейрон умирает, он не появляется снова. По единодушному мнению огромного числа медиков, нейрон считается самой важной и самой интересной клеткой во всем организме.

В учебниках по биологии изображены отдельно взятые нейроны, как бы изъятые из тела и представленные в идеализи­рованной форме, в которой они никогда не встречаются в при­роде. Но, глядя даже на это подобие, можно представить себе грандиозность нейрона. Он берет свое начало с лабиринта не­вероятно тонких, похожих на кружево, отростков, называемых дендритами, которые, как ветки дерева, прикреплены к одному стволу. У афферентных нейронов, передающих сообщения моз­гу, дендриты соединяются с той частью тела, от которой получа­ют раздражение. У эфферентных нейронов, управляющих мышцами, эти ответвления обернуты вокруг мышечных волокон и имеют концевые бляшки, непосредственно регулирую­щие мышечную деятельность.

Студент медицинского вуза, изучающий органы, храня­щиеся в сосудах с уксусной кислотой, аккуратно подписанных и расставленных в определенном порядке, испытывает силь­нейший шок, когда в первый раз вскрывает труп и обнаружи­вает в нем окровавленные органы, перепутанные между со­бой, все какие-то одинаковые, причем каждый старается вы­теснить другого, как будто ему не хватает места. Такой же шок испытывает и хирург, который, впервые столкнувшись с нейроном, изумленно застывает на месте. Он видит перед собой сотни, а может быть, и тысячи переплетенных в виде веревки пучков, сплетенных в толстый кабель, который подходит к спинному мозгу. Дендриты переплетены между собой так сложно, что даже под микроскопом почти невозможно разо­браться: где заканчивается один и начинается другой. Я очень люблю зимним днем стоять на опушке леса и любоваться пей­зажем. Передо мной — сотни деревьев, раскинувших в разные стороны свои ветки, одетые в белоснежные одежды. Если бы все эти деревья можно было уплотнить и каким-то образом уместить в нескольких квадратных метрах, но так, чтобы их веточки остались неповрежденными, заполнили все пустые пространства и при этом не касались друг друга, то в результа­те вы бы получили представление о нервном пучке нашего организма.

Десятилетиями шли ожесточенные споры между нейро­физиологами: соприкасаются веточки-дендриты или нет. В электропроводке, имеющейся в любом жилом доме, каждый находящийся под напряжением провод соединен с другим про­водом, тот — с третьим, таким образом все провода объединены между собой, т.е. вся система, так же как и водопроводная, представляет собой замкнутый контур. А вот в нашем теле на каждом из двенадцати миллиардов нейронов имеется выемка в том месте, где у соседнего нейрона находится выпуклость. Эта выемка называется синапс. Именно в этих местах и осущест­вляется соприкосновение.

Точность расположения синапсов потрясает воображе­ние. Возьмите хотя бы один двигательный нейрон, контролиру­ющий один пучок мышц одной руки. По всей длине этой одной нервной клетки в тысяче разных точек образуются синапсы строго напротив выпуклостей соседних нейронов. (На крупном двигательном нерве может быть до десяти тысяч отдельных контактных соприкосновений, на нейроне мозга — до восьми­десяти тысяч.) Если на двигательный нерв поступает сигнал к действию, то мгновенно тысячи соседних нервных клеток ока­зываются в состоянии готовности. Отдельные клеточки, нари­сованные в учебниках по биологии, охватывают каждый ква­дратный миллиметр кожи, каждую мышцу, каждый кровенос­ный сосудик, каждую косточку — ими пропитано все тело.

Я хочу пошевелить рукой. Достаточную ли силу имеет им­пульс, идущий от мозга, чтобы заставить мышцу сокращаться? Сколько мышечных волокон необходимо для каждого конкрет­ного усилия? Хорошо ли сдерживаются противодействующие мышцы? Один-единственный нерв передает все эти электриче­ские сигналы с частотой до тысячи отдельных импульсов в се­кунду с соответствующей паузой между ними. Каждый импульс отслеживается и передается на все десять тысяч синаптических соединений, находящихся на пути следования сигнала. При этом возникает и звуковой образ мышечного действия, слыши­мый как «клик-клик-клик», который был бы понятен даже ре­бенку. Можно сказать так: в каждом из нас ежеминутно вздыма­ются и с ревом перекатываются не прекращающиеся ни на ми­нуту импульсные волны.

Может быть, нам надо что-то сделать, чтобы остановить этот нескончаемый поток обмена информацией? Может быть, мне надо перестать печатать на машинке, чтобы дать возмож­ность нейронам своих пальцев отдохнуть от этой безумной дея­тельности? Наоборот, наши тела нуждаются в бесперебойной стимуляции. Были проведены эксперименты, в ходе которых организм людей лишался нормальной ежедневной стимуля­ции, — результаты были ужасающими. Одни добровольцы зале­зали в темный, обитый изнутри ящик, снаружи их запирали на замок; другие с завязанными глазами погружались в резервуар с теплой водой и лежали там без движения. Так же, как природа не терпит вакуума, наш мозг не терпит тишины. Он начинает искать выход — быстро заполнять образовавшуюся пустоту гал­люцинациями. Через несколько часов доброволец просился на­ружу, потому что невозможно оставаться в здравом уме, не по­лучая внешних раздражителей.

Мозг не может единолично принимать решения и отдавать приказы, координирующие деятельность всего организ­ма. Это шло бы вразрез с главным принципом управления - распределением полномочий. Не только мозг, но и вся четко отлаженная система рефлексов координирует реакции организ­ма в большинстве ситуаций.

Когда я ударяю молоточком по коленному сухожилию своего пациента, его нога подскакивает вверх. Она могла бы да­же долететь до моего лица, если бы мышечное усилие не оста­новило ее. Теперь я прошу пациента заглушить рефлекс и уда­ряю молоточком снова. У пациента ничего не получается — но­га снова взмывает вверх. А это еще что за темная сила коленно­го сухожилия, которая осмелилась противостоять приказу моз­га? Это просто встроенная защитная система: небольшие стерженьки, закрепленные рядом с сухожилием. Они растяги­ваются вместе с мышцами, позволяя нервным волокнам всегда находиться в состоянии готовности — доставить сообщение в спинной мозг. Обычно (в действительности, почти всегда, кро­ме случаев, когда врач проверяет рефлексы) быстрое напряже­ние этих мышц означает, что ногу удерживает какой-то тяже­лый груз. Чаще всего это случается, когда человек споткнулся и падает. И тогда срабатывает рефлекс, который автоматически выпрямляет ногу. Мозг возлагает функцию защиты на дуговой рефлекс. Этот рефлекс — врожденный, организм может пол­ностью на него положиться.

Управление различными процессами, такими как чиханье, кашель, глотание, слюноотделение и моргание, тоже построено на принципах распределения. Моргание. Я уже говорил о слепоте, подстерегающей людей, больных проказой. Их глазные веки полностью лишились своих рефлексов. Уже ничего не поддерживает веки в состоянии готовности, когда высохшая роговица глаза нуждается в увлажняющей смазке, — для чего, собственно, и требуется моргание. Иногда нам удается предотвратить слепоту пациентов — когда пациенты овладева­ют способностью произвольно моргать. Но это очень и очень непросто. На первый взгляд покажется, что, когда твое зрение поставлено на карту, ничего не стоит просто-напросто моргать. Но приобретенные рефлексы — очень сложная вещь. Пациен­тов надо долго и терпеливо обучать с помощью плакатов: тре­нировать, используя секундомер; их надо без конца заставлять, ругать, хвалить, уговаривать. Их высокоразвитый мозг внушает им, что нельзя его беспокоить такими пустяковыми вопросами, как рефлекс (кому придет в голову каждые тридцать секунд за­гружать суперсовременный компьютер такими заданиями, как сосчитать до десяти?). Некоторым пациентам так и не удается научиться этому — и их глаза, естественно, высыхают.

Однако некоторые функции не подвластны компетенции жесткой роботизированной системы рефлексов. В стволе головного мозга находится следующий уровень управления, ре­гулирующий непроизвольные процессы, такие как дыхание, пищеварение, сердечная деятельность. Эти процессы требуют гораздо большего внимания, чем рефлексы: одно только обыч­ное дыхание требует согласованной работы девяноста грудных мышц. К тому же требования организма постоянно изменяют­ся, например сердцебиение и дыхание резко учащаются, когда я бегом поднимаюсь по лестнице.

Самыми высшими в иерархии нервной системы являются полушария головного мозга, святая святых организма — лучше всего защищенные костью, наиболее уязвимые и подвержен­ные повреждению, если в защитной стене будет пробита брешь. Десять миллиардов нейронов и сто миллиардов глиальных кле­ток (являющихся биологическими батарейками для деятельно­сти мозга) плавают в желеобразной массе, просеивая получаемую информацию, осуществляя запоминание, обеспечивая на­ше сознание. В мозге — источник нашей предрасположенности к пороку и ярости, в нем же находится и движущая сила благо­родства и любви.

Исследования доказали: можно управлять гневом. Сиг­нальный датчик имплантировался в мозг быка и с помощью электропереключателя превращал разъяренного зверя в без­обидное забавное домашнее животное. Существует немало лю­бителей объяснять такие сложные понятия, как романтическая любовь, альтруизм или представление о Боге, с точки зрения ионов калия, состояния химического равновесия и находящих­ся в мозге клеток ассоциативной памяти. Но их объяснение за­ходит в тупик. Вопрос: «Почему бы не предположить, что пред­ставление о Боге — это всего-навсего серия электрических им­пульсов в моем мозге?» Ответ: «А почему бы не предположить, что электрические импульсы — не что иное, как средство, из­бранное Богом, чтобы сообщить мне о божественной сущно­сти, о которой невозможно узнать другими способами?»

Иерархический порядок строго соблюдается. Но тут возни­кает одна небольшая загвоздка; она напоминает карандаш, застрявший в хорошо смазанных движущихся шестеренках. Окончательный выбор, по какому пути двигаться, иными слова­ми, «разрешение» на определенный вид деятельности мышц, участвующих в совершении различных движений на конкрет­ных участках тела, дается не роскошными мозговыми извилина­ми, а одной-единственной скромной нервной клеточкой, или нейроном, управляющим мышечными волокнами. Сэр Чарльз Шеррингтон сделал это ошеломляющее открытие, присвоив ему сложное название «самый оптимальный маршрут».

Клеточное тело этого нейрона получает серию импульсов от окружающих нервных центров. Оно всегда готово отреагиро­вать на мышечное напряжение, наличие боли, действие проти­воположных мышц, степень усилия, необходимого для данного вида деятельности, частоту раздражений, количество получае­мого кислорода, температуру тела, фактор усталости. Из мозга поступают приказы: «Подними руку — ящик тяжелый, так что, будь готов привлечь целый эскадрон двигательных мышц». Но после того как все сигналы собраны в гигантский резервуар противоречащих друг другу советов и рекомендаций, уже сам двигательный нейрон, находящийся в нижней части спинного мозга, решает: какие мышцы должны сократиться, а какие - расслабиться. В конечном счете, он лучше всех подходит для принятия такого решения, так как именно он находится в тес­ном контакте с тысячами местных синапсов и в то же время с мозгом.

Профессор Баллок из калифорнийского университета в Сан-Диего дает такую оценку данного процесса: «Степень сво­боды, имеющая место даже на этом уровне, может обеспечить почти неограниченную степень сложности». И теперь эта опи­санная нами сложноподчиненная иерархия, существующая в; организме, сводится к простейшему порядку вещей: нейрон де­лает то, что он считает наилучшим в данной ситуации. Кто ска­зал, что в природе нет демократии? Физики-атомщики доказывали нам это в течение десятилетий, и теперь наш мозг и его посредники подтверждают этот факт.

В этой путанице несовместимых команд к сокращению и к расслаблению выбирается «самый оптимальный маршрут». И мы должны радоваться этому. Я стою на горной вершине, вокруг меня голые серые скалы. Прямо над моей головой растет какой-то цветок небывалой красоты. Но мне его не достать. Я вытягиваюсь вперед, аккуратно переставляю ноги, настраиваю свой фотоаппарат — все это по инструкции мозга. Объектив фотоаппарата уже в нескольких сантиметрах от чудо-цветка. И вдруг — какая-то сила отбросила меня назад. Как будто я кукла с привязанной к спине веревочкой. И кто-то резко дернул за эту веревочку. Сердце бешено колотится; я оглядывания назад, чтобы посмотреть, кто помешал моей съемке. Вокруг меня никого нет, кроме ворчащей хриплой птицы-сойки.

Когда я высунулся из-за скалы, внизу подо мной простиралось ущелье глубиной 600 метров. Тогда мои клетки наполнились химическим составом, свидетельствующим о состоянии повышенной опасности. Мой мозг сознательно захотел запе­чатлеть на пленке красивый цветок; а мои подсознательные рефлексы получили сообщение от органов равновесия, рас­положенных в ухе, о незначительном, но рискованном откло­нении от нормы. Тогда они мгновенно послали срочные сообщения нервным клеткам, отвечающим за работу мускулов, которые и обеспечили резкий рывок моего тела назад.

Я ощущаю воздействие такого же спасительного противо­действия, когда иду босиком по территории карвилльской больницы. (Я — большой сторонник хождения босиком: счи­таю, что оно оздоровляет и укрепляет ноги, а также открывает передо мной целый мир ощущений и передает ценные сведения из земли, по которой я иду.) Если я наступлю на колючку, то моя нога замрет на полпути, не давая мне возможности закон­чить шаг еще до того, как боль зафиксируется в моем мозгу. Но если бы мне пришлось покидать горящий самолет, мои клетки уже знали бы: мозг призывает их пережить небольшой стресс, чтобы избежать более травмирующей нагрузки. И тогда я бы смог наступить на обугленный металлический лист, так как нормальный рефлекс был бы приторможен ради главной цели — спасения.

Иерархическое устройство нервной системы обеспечива­ет мне инстинкт самосохранения. Иногда мой мозг сам руково­дит процессом, иногда перераспределяет полномочия. Но всег­да результат его решений полностью зависит от одной автономной периферической клетки, обеспечивающей самый оптимальный маршрут.