НЕЙРОТОН. Занимательные истории о нервном импульсе
НЕЙРОТОН. Занимательные истории о нервном импульсе
Александр Иванович Волошин
• О том, как работает Сознание, знают все.
• Как работает Мозг знают многие.
• Что такое нервный импульс толком не знает никто!
• В этой книге мы с вами исследуем эволюцию человеческих представлений и заблуждений о природе нервного импульса.
•Только научные факты, никакой эзотерики.
• Вы узнаете откуда в нервной системе электричество, о взаимодействии нейронов, о нейронных сетях и об искусственном интеллекте.
• Впервые на русском языке современные неожиданные гипотезы сущности нервного импульса.
Нейротон
Занимательные истории о нервном импульсе
Александр Иванович Волошин
Предисловие
Достаточно ли мы разумны, чтобы познать свой, собственный разум? Этим вопросом задавались мыслители с древнейших времён. Впервые в истории цивилизации его сформулировал Гиппократ ещё в V веке до н. э. Прошло двадцать шесть столетий, а некоторые учёные и философы, занимающиеся психикой и до сих пор сомневаются в постижимости Сознания.
Стремление понять, каким образом деятельность нервной системы обеспечивает восприятие, научение, сознание и все другие проявления поведения животных – это, несомненно, один из самых дерзких вызовов, который был брошен Природе человеком.
В этой книге нас в первую очередь будет интересовать история человеческих представлений о том, как передаётся информация в нервной системе и то, как на этом фоне возникали, развивались и воспринимались идеи, как одни заблуждения в борьбе сменялись другими. Попробуем понять, находимся ли мы на очередном этапе заблуждений или уже добрались до истины.
Слегка перефразировав Альберта Эйнштейна, скажем: история науки – это драма, драма идей. В нашей драме мы будем следить за изменчивыми судьбами научных теорий. Они не менее интересны, чем судьбы людей, ибо каждая из них включает что-то бессмертное, хотя бы частицу пути к истине.
Наше сознание не терпит «белых пятен», если мы чего-то не знаем, оно дополнит картину мира. Так, древние люди дорисовали на карте Земли Ойкумену, а мы представляем невидимую нам часть дороги за закрытым поворотом. Это свойство экстраполяции применяется человеком повсеместно. Это совершенно естественно. Это очень полезно. Наконец, наше сознание дорисовывает недостающие части картины мира, основываясь на вполне реальном жизненном опыте, и результат бывает весьма достоверным и вполне достаточным для комфортного существования. Но! Как же часто мы начинаем принимать воображаемое за реальность. Обычно отрезвление от заблуждений возникает с появлением новых инструментов описания мира. Но картина мира не меняется, изменяются только комментарии к ней.
Пока мы лишь гадаем о том, удастся ли когда-либо свести сложные психические процессы нервной системы к физическим и химическим закономерностям. Но при этом искренне уверены в правильности современных научных представлений о её работе.
Так получилось, что во все времена, на каждом этапе своего развития человечество имело некоторое вполне определённое представление о том, как работает сознание, мозг, нейрон. Всегда существовали те или иные доктрины, на которых базировались методы диагностики и лечения, применяемые докторами, а мы бедные больные обыватели-пациенты во все века искренне верили в компетентность врача и могущество науки.
Между тем на протяжении истории представления о Душе, Сознании и Мозге сильно трансформировались. Мыслители всегда сравнивали мозг с технологическими достижениями своей эпохи: римские врачи уподобляли его с акведуками, средневековый философ Декарт видел в нём орга?н в кафедральном соборе, учёные времён промышленной революции говорили о мельницах, прялках и часах, а в начале XX века в моду вошло сравнение с коммутационной панелью телефонной станции.
Сегодня для нас мозг – это, вне всякого сомнения, суперкомпьютер, а тема построения компьютерных нейронных сетей и искусственного интеллекта в области информационных технологий стала чрезвычайно модной в СМИ. При этом мало кто понимает, что такое нейронные сети и принцип их действия. А о том, как работает реальная нервная система, по-прежнему не знает никто. Возможно потому, что никто точно не знает, как работает один нейрон. Вот Вы, например, знаете откуда в мозге именно электрические импульсы?
За изучение мозга сейчас активно взялись во всём мире. Такие проекты, как европейский The Human Brain Project («Исследование человеческого мозга»), американский BRAIN Initiative («Инициатива по изучению мозга»), японский MINDS, – все стартовали примерно в 2012—2014 годах с прицелом на десятилетие и с огромным финансовым подкреплением. В 2016 году Google сделал ставку на биоэлектронную медицину. В марте 2017 года стало известно, что Илон Маск создал компанию, задачей которой будет «подключение мозга к компьютеру».
В 2019 предполагается старт обширной российской программы, уже подготовлен проект дорожной карты по развитию направления «Нейротехнологии и искусственный интеллект».
Почему же мы до сих пор не стали свидетелями всплеска открытий, такого как, например, в цифровых технологиях или в генетике?
Может не то ищем?
Часть I. История
«Наука должна быть весёлая, увлекательная и простая. Таковыми же должны быть и учёные.»
(Пётр Капица)
Первобытные представления о душе
О том, какими были наши далёкие предки, учёные делают выводы только на основе археологических находок и на исследовании уклада жизни современных затерянных племён, живущих первобытно-общинным строем.
Но мы всё же рискуем предположить, что в своём стремлении хоть как-то упорядочить окружающий его мир, древний человек объяснял стихийные силы природы действиями живых существ, присутствующих в них или стоя?щих за ними; так же он, вероятно, объяснял и явления само?й жизни. Если человек или животное живёт и двигается, это, полагал он, происходит только потому, что внутри него сидит маленький человек или зверёк, который им движет. Этот зверёк в животном, этот человечек внутри человека есть душа. Активность животного или человека объясняется присутствием этой души, а его успокоение во сне или в смерти её отсутствием. Так как смерть является постоянным отсутствием души, предохраниться от неё можно, либо закрыв душе выход из тела, либо, если она его покинула, добившись её возвращения. Дикари принимали множество мер предосторожности, для достижения важнейшей цели – не дать душе навсегда расстаться с телом. [1]
Крайне маловероятно, что древнего человека занимали вопросы функционирования нервной системы. Но о существовании нервов наши далёкие предки, вероятно, имели представление. Так, в некоторых племенах практиковалась пытки, в которых нервные волокна жертвы наматывались на палочки. Это вызывало непроизвольные движения частей тела. Дикарей очень развлекали такие танцы.
Древний мир – Античность
Бо?льшую часть летописной истории люди помещали разум – а вместе с ним и душу – не в мозг, а в сердце. Например, при подготовке мумий к загробной жизни жрецы Древнего Египта целиком сохраняли сердце в ритуальном сосуде; в то же время извлечённый мозг выкидывали или пускали на корм для животных, а пустой череп заполняли опилками или смолой. (И это не было проявлением пренебрежения к умершим, они считали мозг любого человека бесполезным.)
Египтянам же принадлежит и первое из дошедших до нас описание мозга. Оно приведено в «папирусе Э. Смита». Здесь движение мозга в открытой ране сравнивается с «кипящей медью». Древние египтяне заметили, что повреждение мозга вызывает болезненное состояние других частей тела (например, паралич конечностей), и, таким образом, положили начало естественнонаучным представлениям о мозге.
Большинство древних греческих мыслителей считали самым возвышенным о?рганом сердце. Аристотель, например, полагал, что оно имеет толстые сосуды для передачи сообщений, в то время как у мозга они тонкие и слабые. Кроме того, сердце расположено в центре человеческого тела, как подобает командующему, а мозг находится в ссылке на вершине. Сердце первым развивается у человеческого эмбриона, оно сильно реагирует на эмоции, когда бьётся быстрее или медленнее, в то время как мозг внешне бездействует. Из чего делался вывод, что сердце является вместилищем наших высших способностей. (Сегодня Аристотеля мы почитаем в большей степени за изобретённый им систематический стиль мышления, чем за его нейроанатомические идеи.)
Вопрос природы сознания волновал человека всегда. Только вплоть до новейшей истории предметом исследования оставалась Душа. О Сознании начали говорить лишь тогда, когда связали мыслительные процессы и чувства с мозгом.
Некоторые врачи и в античные времена имели своё, собственное мнение о вместилище разума. Вероятно, они просто видели достаточно много пациентов, которые получали сходные ранения в голову и после этого утрачивали какую-либо высшую способность, чтобы считать это совпадением. Поэтому они допускали, что именно мозг определяет внутреннюю сущность человека.
Предположение, что нервные стволы являются путями, по которым передаются влияния от мозга к мышцам и в обратном направлении, также было сформулировано в эпоху античности. А идею о локализации мыслей в головном мозге впервые в истории знания выдвинул врач и философ Алкмеон Кротонский (VI в. до н. э.).
Гиппократ (460 – 377 г до н. э.) – «отец медицины» выступавший как представитель материализма в медицине, как и Алкмеон, считал, что о?рганом мышления и ощущения является мозг. Он оставил после себя одно единственное рассуждение о функции мозга и природе сознания. Оно было включено в лекцию, которую Гиппократ читал собранию медиков, занимавшихся эпилепсией. Вот отрывок из этой лекции: «Некоторые люди говорят, что сердце является о?рганом, которым мы думаем и которое чувствует боль и волнение. Но это не так. Людям следует знать, что от мозга, и только от мозга, проистекают наши удовольствия, радости, смех и слёзы. Посредством его… мы думаем, видим, слышим и отличаем уродливое от прекрасного, плохое от хорошего, приятное от неприятного… По отношению к сознанию мозг является посланником». Гиппократ утверждает: «Мозг является интерпретатором сознания». В другой части своего труда он просто отмечает, что эпилепсия происходит от мозга, «когда он не в норме». [2]
В Александрии в III в. до н. э. некоторое время было разрешено вскрытие трупов «безродных людей». Это способствовало важным открытиям, связанным с именами двух александрийских врачей – Герофила и Эразистрата.
Герофил в труде «Анатомия» подробно описал твёрдую и мягкую мозговые оболочки, части головного мозга, и особенно его желудочки (четвёртый из которых он считал местом пребывания души), проследил ход некоторых нервных стволов и определил их связь с головным мозгом.
Эразистрат так же хорошо изучил строение мозга, описал его желудочки и мозговые оболочки. Он впервые разделил нервы на чувствительные и двигательные (полагая, что по ним движется душевная пневма, которая обитает в мозге) и показал, что все они исходят из мозга. Мозговые желудочки и мозжечок он определил как вместилище душевной пневмы, а сердце – центр жизненной пневмы.
Все эти анатомо-физиологические све?дения объединил и дополнил римский врач Клавдий Гален (II в. н. э.), автор сочинения по медицине, анатомии, физиологии, которое стало настольной книгой врачей вплоть до XVII века. Галену принадлежат открытия, связанные с выяснением строения и функций головного и спинного мозга: «…врачами точно установлено, что без нерва нет ни одной части тела, ни одного движения, называемого произвольным, и ни единого чувства».
Гален описал все отделы головного и спинного мозга, семь (из двенадцати) пар черепно-мозговых нервов, 58 спинномозговых нервов и нервы внутренних органов. Он широко использовал поперечные и продольные сечения спинного мозга в целях исследования чувствительных и двигательных расстройств ниже места, сечения.
Исходя из учения Платона о пневме, Гален считал, что в организме «пневма» обитает в различных видах: в мозге – «душевная пневма» (spiritus animalis), в сердце – «жизненная пневма» (spiritus vitalis), – в печени – «естественная пневма» (spiritus naturalis). Все жизненные процессы он объяснял действием нематериальных «сил», которые образуются при разложении пневмы: нервы несут «душевную силу» (vis animalis), печень даёт крови «естественную силу» (vis natu-ralis), пульс возникает под действием «пульсирующей силы». (vis pulsitiva) и т, п. Подобные трактовки придавали идеалистическое содержание кропотливо собранному экспериментальному материалу Галена. Он правильно описывал то, что видел, но полученные результаты трактовал идеалистически.
Главными техническими достижениями того времени были водопровод и канализационная система, основанные на принципах механики жидкостей. Поэтому едва ли можно считать случайным убеждение Галена, что в мозгу важную роль играет не само его вещество, а заполненные жидкостью полости. Сегодня эти полости известны как система мозговых желудочков, а выделяющаяся в них жидкость – как цереброспинальная (спинномозговая) жидкость.
Мозг по Галену действует как некое мистическое целое, рассылающее и принимающее духовные послания. Гален считал, что все физические функции тела, состояние здоровья и болезни зависят от распределения четырёх жидкостей организма: крови, флегмы (слизи), чёрной жёлчи и жёлтой жёлчи. Каждая из них имеет специальную функцию: кровь поддерживает жизненный дух животного; флегма вызывает вялость; чёрная жёлчь обусловливает меланхолию, жёлтая – гнев.
Представления Галена так глубоко проникли в научную мысль Запада, что на протяжении почти полутора тысяч лет роль этих основных жидкостей в функционировании мозга и других органов по существу не подвергалась сомнению. Вплоть до середины XVII века считалось, что по нервам распространяется некая субстанция, подобная жидкости или пламени.
Развитие психологии в арабском мире
С VIII по XII века большое количество научных исследований проводилось на Востоке, куда переместились основные философские школы из Греции и Рима. Это была эпоха социально-экономического расцвета Халифата, огромной империи от Индии до Пиренеев, которая образовалась в результате арабских завоеваний. Культура этого государства впитала достижения многих населявших его народов, а также эллинов, индусов, китайцев.
В то время в халифате были разрешены не только отличные от ислама религиозно-философские воззрения, не запрещалось и проведение естественно-научных исследований, в том числе изучение работы органов чувств и мозга.
Арабские мыслители считали, что изучение сознания должно основываться не только на философских концепциях о душе, но и на данных естественных наук, прежде всего медицины.
Так, известный учёный того времени Ибн аль-Хайсам (965—1039) сделал ряд важных открытий в области психофизиологии восприятия. Его научный подход к о?рганам зрения примечателен первой в истории попыткой трактовать их функции исходя из законов оптики. Важно было то, что эти законы считались доступными опыту и математическому анализу.
Примечательны рассуждения и другого известного арабского мыслителя – Ибн Сины (латинизированное имя – Авиценна, 980—1037), который стал одним из самых выдающихся врачей в истории. В своих философских трудах Ибн Сина разработал так называемую теорию двух истин, которая имела огромное значение для развития наук в средневековый период. В теории двух истин доказывалось, что существуют две независимые, как параллельные прямые, истины – вера и знание. Поэтому истина знания, не входя в соприкосновение и противоречие с религией, имеет право на собственную область исследований и на собственные методы изучения человека. Соответственно, складывалось два учения: о душе – религиозно-философское и естественно-научное. [3]
Арабская научная мысль оказалась своеобразным хранителем научных традиций Античности, которые развила и продвинула не только на Востоке, но и в Западной Европе. [1]
Средневековье
В период Средневековья в научной жизни Европы воцарилась схоластика (от греческого «схоластикос» – школьный, учёный). Этот особый тип философствования («школьная философия»), господствовавший с XI по XVI век, сводился к рациональному, использующему логические приёмы, обоснованию христианского вероучения. В схоластике имелись различные течения, общей же была установка на комментирование священных текстов. Фактическое изучение предметов и явлений, исследование реальных проблем подменялись трактованием священных текстов.
А что было в период между веками античности и XI веком? Учёные эпохи Возрождения назвали этот период «тёмное время» потому что сами мало знали о нём, а мы вслед за ними говорим «тёмное средневековье» и скромно пролистываем несколько столетий.
Интеллектуальное наследие Аристотеля, проникшее-таки в Европу в XII веке католическая церковь вначале запретила, но затем принялась «осваивать», адаптировать соответственно своим нуждам. С этой задачей наиболее тонко справился Фома Аквинский (1225—1274), учение которого позже было канонизировано в папской энциклике как истинно католическая философия и получило название томизма (несколько модернизированного в наши дни под именем неотомизма).
Фома Аквинский утверждал, что человек не является только самой душой и что душа есть форма тела, а не самостоятельная субстанция – это была наиболее смелая, наиболее рискованная часть его философии. Но он показал, что эту позицию удаётся согласовать с христианством и что христианство не требует ни бестелесного спиритуализма, ни дуализма души и тела, ни независимости души. Вопреки исходной позиции, Фома защищал идею психофизического единства человека. Хотя этот взгляд имел античные источники, идущие от Аристотеля, по своему духу он был наиболее передовым. [3]
В средние века католическая церковь использовала идеалистические стороны учения Галена, связав их с богословием. Так возник галенизм – искажённое, одностороннее понимание учения Галена. Опровержение галенизма, восстановление истинного содержания учения Галена, а затем и исправление ряда ошибочных положений этого учения потребовали многих столетий.
Возрождение
Лишь в эпоху Возрождения вместе с возобновлением интереса к естествознанию вообще и функции нервной системы вновь стали предметом философских и научных исследований.
В какой-то степени проблемы, которые вставали перед наукой в эпоху Возрождения, были повторением старых, возникших в период становления философии на рубеже VII—VI веков до н. э. Поэтому, можно сказать, что период Возрождения был, по сути, временем возвращения (возрождения) важнейших принципов античной науки, отхода от догматизма и поиска новых путей научного исследования. В этот период наука стремилась преодолеть сакральность, которая господствовала в Средневековье.
XV—XVII века остались в истории временем взлёта искусства, прежде всего итальянской живописи и скульптуры. В меньшей степени в тот момент изучались проблемы души и сознания, так как вопросы духовной жизни во многом оставались ещё вне круга научного изучения. Новым аспектом психолого-философских работ того времени стало исследование проблемы способностей, которая наряду с изучением познания была ведущей в то время. [4]
«Жизненный дух» Бернардино Телезио
Бернардино Телезио (Bernardino Telesio, 1509—1588) – итальянский учёный и философ. Он получил хорошее домашнее образование в области гуманитарных наук, а первым его учителем был дядя – литератор Антонио Телезио. Бернардино окончил Падуанский университет, а в 1535 г. получил степень доктора философии. Некоторое время жил в Неаполе, где открыл академию учёных, ориентированных на опытное познание природы (Academia Telesiana, или Consentina). По решению церковных властей академия была закрыта, а Телезио навсегда вернулся в родной город (в Козенце). Его жизненным девизом было изречение: «Realia entia, non abstracta» (Существующее реально, а не абстрактно).
Основные труды: «О природе вещей согласно её собственным началам», «О происхождении цвета», «О необходимости дыхания».
По Телезио носителем психических процессов является теплота, производящая движение и жизнь, т. е. жизненный дух, находящийся в лёгких, артериях, мозге. Кроме жизненного духа в человеке также наличествует и бессмертная душа. Познание мира осуществляется за счёт соприкосновения жизненного духа с природой, имеющей общую с человеком сущность. За счёт этой общности достигается гармония человека с миром, а также гармония в самом человеке – так Телезио вплотную подошёл к идее гомеостаза.
Познание может быть сугубо эмпирическим, считал Телезио: «Строение мира, величину и природу содержащихся в нём вещей следует не постигать, как поступали древние, посредством разума, но воспринимать ощущением, выводя их из самих вещей».
Сам процесс познания описывается Телезио таким образом: «тепло и холод, взаимодействуя с организмом, вызывают расширение и сужение „жизненного духа“, порождая образы восприятия, которые, в сущности, есть осознание изменений состояния внешней среды. Это осознание возникает на основе сравнения между входящими впечатлениями и уже имеющимися, сохранёнными в памяти. На основании прошлого опыта наблюдений за вещами человек может прогнозировать (представлять) движение событий по аналогии. Видя бутон, человек вспоминает распустившиеся цветы и может предположить, что этот цветок тоже распустится. Таким образом, постижение природы основано на ощущениях, которые по мере запечатления перерабатываются, связываются и группируются, образуя мысли, которыми оперирует разум». [3]
Кроме того, Телезио отмечает целесообразность процесса познания, действующего из принципа самосохранения, как и всё в природе. Показателем целесообразности происходящего с человеком служат аффекты: положительные аффекты связаны с самосохранением, поскольку в них проявляется сила стремления души к нему. А в отрицательных аффектах наблюдается слабость движения души к самосохранению. Впоследствии подобную позицию в отношении аффектов будет занимать Спиноза, который построит на этих основаниях подробную концепцию организации мотивационной и эмоциональной сферы человека.
Телезио стал одним из учёных, повлиявших на развитие эмпирической философии Нового времени, но не только в области познания природы человека, но и мира в целом. Его идея об отмежевании науки о природе от философии и теологии подготовила выделение физики в самостоятельную область научного знания. [4]
Анатомические рисунки Леонардо да Винчи
Одной из самых знаменитых личностей эпохи Возрождения является Леонардо да Винчи (Leonardo di ser Piero da Vinci, 1452 – 1519), проявивший себя в различных отраслях науки и искусства и, что важно для нашей темы, внёсший некоторый вклад в развитие медицины.
Увлечение анатомией заставляло Леонардо да Винчи препарировать трупы. В своих набросках головы он придерживается средневекового представления о сферических желудочках, передний из которых он называет «камерой здравого смысла», где располагается душа.
Представления Леонардо о строении органов чувств вполне соответствовали сложившимся представлениям той эпохи. Он полагал, что мозг состоит из трёх луковиц с желудочками, которые располагаются по одной линии позади глазных яблок.
Рисунок 1. Не просто рисунок, но и наблюдения и попытка постижения знания.
Работы Леонардо да Винчи на полвека опередили исследования основоположника современной научной анатомии Андреаса Везалия, но остались неизвестными современникам. Дело в том, что после смерти великого гения, все его рукописи объёмом около семи тысяч листов унаследовал его ученик, друг и компаньон Франческо Мельци, который систематизировал только то, что имело отношение к искусству. Остальное различными путями попало в частные коллекции и библиотеки Италии и других стран Западной Европы и долгое время не публиковалось. Со временем разрозненные рукописи Леонардо стали собирать, и во второй половине XVIII века из его записей и рисунков было составлено 13 книг. Одной из самых интересных оказался «Виндзорский кодекс», в котором были собраны все его медицинские исследования. Таким образом, труды Леонардо да Винчи по анатомии получили известность только в XVIII веке (уже после выхода в свет труда Везалия), а изданы были ещё позднее (Турин, 1901).
Так, спустя столетия анатомические рисунки Леонардо да Винчи были возвращены из Франции в Италию, затем оказались в Англии, где их впоследствии начали публиковать в числе других материалов коллекции за?мка Виндзор.
Андреас Везалий
Вплоть до начала XVI века врачи изучали анатомию по трудам Галена, родившегося ещё в 129 году нашей эры. И только 13 столетий спустя, в эпоху Возрождения, появился человек заявивший, что Гален не во всём был прав, хотя это и казалось в то время немыслимым.
Около 1540 года нидерландский потомственный врач Андреас Везалий (Andries van Wesel, 1514—1564) составил список из двухсот ошибок Галена и пришёл к выводу, что тот дополнял све?дения, полученные при лечении гладиаторов более доступными в ту пору результатами анатомирования овец, коз, быков и обезьян, а потом экстраполировал собранные данные на людей.
Некоторые историки обвиняли Везалия в корысти, якобы свой основной труд он написал ради придворной карьеры. Сам же он оставил нам следующую запись: «Я не мог бы сделать ничего более полезного, чем дать новое описание всего человеческого тела, чью анатомию никто не понимал, поскольку Гален, несмотря на все множество его трудов, сообщил об этом крайне мало, и я не знаю, каким ещё образом я мог бы донести результаты своих исследований до моих студентов».
Везалий опубликовал один из основополагающих трудов медицины – «О строении человеческого тела» в возрасте 28 лет, потратив много сил на то, чтобы книга была как можно более совершенной. Её иллюстрации обладают высокими художественными достоинствами и, как считают современные искусствоведы, они были созданы в мастерской Тициана (во всяком случае, первых двух из семи томов). В отличие от современных анатомических а?тласов, тела? в книге не лежат безжизненно. Они позируют, как античные статуи. Некоторые устраивают настоящий стриптиз своей плоти, снимая её слой за слоем и обнажая внутренние органы и кости.
Через несколько недель после выхода в свет трактата «О строении человеческого тела» был издан его великолепный конспект – «Извлечение» («Epitome»). Эта книга, гораздо меньшая по объему, предназначалась для студентов-медиков, которые могли бы пользоваться ею непосредственно у анатомического стола. В «Извлечение» было включено несколько полностраничных рисунков скелетов и мышц из основного труда.
Шестой и седьмой тома посвящены исключительно мозгу. Анатомические открытия Везалия, относящиеся к различным отделам мозга, имели огромное значение. До Везалия структура мозга и его функции оставались практически неизученными. С изданием седьмого тома стали понятны хотя бы некоторые его структурные особенности, с этого времени анатомы уже не могли игнорировать его существование.
К несчастью для Галена (вернее, для его учеников), человеческий мозг устроен несравненно сложнее, чем коровий, и в течение тысячи трёхсот лет медики пытались объяснить работу мозга на основе отчасти ошибочных представлений о его устройстве.
Рисунок 2. Одна из иллюстраций книги «О строении человеческого тела».
Есть такая история о Везалии [5]. Дон Карлос, наследник испанского престола, был хилым, болезненным подростком. Никто не испытывал к нему особой симпатии, поскольку он вдобавок был психопатом. Он якобы родился с зубами и находил удовольствие в том, чтобы кусать до крови соски? своих кормилиц, а в детстве любил жарить животных заживо. В подростковом возрасте он начал домогаться юных девушек.
Однажды вечером в 1562 году инфант побежал вниз по лестнице, чтобы перехватить горничную, за которой он шпионил, и тут кара судьбы настигла его. Он споткнулся, полетел кувырком и расшиб голову у подножия лестницы, где пролежал некоторое время. Испанские врачи не смогли вылечить принца, поэтому отец король Филипп послал за Везалием. Тот обнаружил маленькую, но глубокую красную ранку у основания черепа Карлоса и предложил провести трепанацию, чтобы уменьшить давление.
Испанские лекари, раздражённые вмешательством иностранца, отказались от этой идеи.
Тем временем в Толедо три тысячи испанцев, раздевшись до пояса, хлестали друг друга плетьми, надеясь, что это бичевание спасёт жизнь принцу, а жители Алькалы (города, где боролся со смертью дон Карлос) принесли забальзамированный труп брата Диего, монаха-францисканца, умершего несколько веков назад, к постели лежавшего без сознания принца и уложили рядом с ним.
Такая терапия, естественно, не дала результатов, и Везалию позволили сделать операцию. Карлосу просверлили маленькое отверстие в черепе возле глазницы и удалили гной. Через неделю инфант поправился, но врачи и горожане приписали все заслуги чудотворной мумии, которого впоследствии канонизировали за чудо, сотворённое Везалием.
Этот фарс вызвал у Везалия глубокое отвращение и убедил его покинуть Испанию под предлогом паломничества. По другим све?дениям, за вскрытие трупов, при котором однажды погиб человек, находившийся в летаргии, Везалий был приговорён к смерти испанской инквизицией, но, благодаря заступничеству короля Филиппа II, смертную казнь заменили вышеупомянутым паломничеством. Правда, современные историки считают этот рассказ выдумкой.
«Животные духи» Рене Декарта
Важную роль в последующих исследованиях сыграло выдвижение в 1649 году французским философом и естествоиспытателем Рене Декартом принципа отражательной (рефлекто?рной) деятельности нервной системы. Сам термин «рефлекс» несколько позже начали использовать в своих работах английский учёный Т. Виллизий (1672) и чешский физиолог И. Прохаска (1784), но идея принадлежит именно Декарту.
Рене Декарт (Renе Descartes, 1596—1650) – французский философ, математик, механик, физик и физиолог, более известен нынешнему читателю благодаря своему афоризму «Я мыслю, следовательно, я существую», а также как создатель аналитической геометрии и современной алгебраической символики, автор метода радикального сомнения в философии, механицизма в физике, предтеча рефлексологии.
Рисунок 3. Иллюстрация к размышлениям. Рене Декарт.
Почти до середины XVIII века большинство учёных считало, что причиной сокращения мышц и, вообще, всех движений является душа. Важной заслугой Декарта стало открытие рефлекса. Признавая существование двух независимых субстанций – души и тела, он пришёл к выводу, что тело не нуждается в душе как источнике активности. В его теории тело мыслится как машина, функционирующая по законам механики. Источник движения находится не в душе, а в самом теле, в его конструкции, организации, которая «запускается», как любая машина-автомат, внешним толчком. Таким образом, согласно Декарту, душа наделена собственной активностью, направляющей процессы мышления, познания, а основная функция тела – это движение, которое рассматривается как рефлекс. Собственно, термин рефлекс в работах Декарта отсутствует, но в его описаниях строения и функционирования тела чётко прочитываются основные компоненты рефлекто?рной дуги, в состав которой входит несколько обязательных компонентов, или звеньев, каждое из которых выполняет собственную функцию.
Значительное влияние на создание Декартом его теории рефлекса оказало открытие в 1628 Уильямом Гарвеем (1578—1657) процесса кровообращения. Прохождение нервного импульса Декарт мыслил по аналогии с прохождением крови по сосудам. Он считал, что всё тело пронизано нервами, берущими своё начало в мозге и идущими ко всем частям тела. Нервы он представлял в виде тонких ниточек, окружённых оболочкой, как трубочкой. В этих трубочках помимо ниточек содержатся «животные духи» – наиболее подвижные и лёгкие частицы крови, которые отфильтровываются от других частиц в мозге (тела, «не имеющие никакого другого свойства, кроме того, что они очень малы и движутся очень быстро»). Через поры в мозге животные духи могут перемещаться в нервы, а из них в мышцы, благодаря чему тело способно совершать разнообразные движения. При внешнем воздействии на нервные окончания натяжения нитей открывают клапаны, и животные духи переходят из одной трубочки в другую, направляясь к соответствующей мышце, раздувают её, заставляя сокращаться. Таким образом, прослеживая путь, который проходят животные духи по нервам от рецепторов к мозгу, а затем к мышцам, Декарт фактически дал описание рефлекто?рной дуги.
Движением животных духов Декарт объяснял всё разнообразие действий и поведения человека. Движения животных духов внутри мозга осознаются душой, по его мнению, как ощущения, восприятия и представления. Изменение траектории движения животных духов (следовательно, и вариативность поведения) он объяснял двумя причинами – привычкой, или упражнением, и воздействием души.
Обсуждая возможность изменить течение рефлекса, т. е. возможность обучения и формирования желательного поведения, Декарт использовал понятие ассоциация, введённое ещё Аристотелем. Однако если у Аристотеля ассоциации связаны, прежде всего, с работой органов чувств, то Декарт распространяет ассоциации и на поведение, говоря о связи между двумя действиями или действием и образом предмета. Так, выстрел, который приводит к естественному движению – убежать, скрыться, может при обучении изменить свою функцию, например, у солдата стать сигналом к атаке, а у охотничьей собаки – к поиску дичи. Такое изменение поведения не связано с влиянием души и происходит потому, что ассоциации, возникающие в результате упражнения или привычки, деформируют клапаны (поры) мозга в результате натяжения определённых «нитей». Это приводит к нарушению естественного движения животных духов, они перемещаются в новом направлении и попадают в другую мышцу, вызывая соответственно другое движение. Эти изменения поведения происходят, как было сказано, без вмешательства души, тогда как воздействие страстей на деятельность связано с её активностью. Описанные идеи Декарта получили более детальное воплощение в ассоциативной теории Гартли.
В результате в 1632 Декартом была сформулирована теория дуализма. Эта теория предполагает, что люди обладают двойственной природой: материальным телом и нематериальной и неразрушимой душой, живущей вне тела. Эта двойственная природа связана с двумя типами субстанций. Res externa – материальная субстанция, наполняющая тело, в том числе головной мозг, – бежит по нервам и придаёт животную силу мышцам. Res cogitans – нематериальная субстанция мысли, свойственная только людям. Она порождает рациональное мышление и сознание, а её нематериальность отражает духовную природу души. Рефлекторные действия и многие другие физические формы поведения осуществляются мозгом, а психические процессы осуществляет душа. Декарт считал, что эти два начала взаимодействуют друг с другом посредством эпифиза – небольшой структуры, расположенной в глубине мозга.
Римско-католическая церковь, чувствуя, что новые открытия анатомии угрожают её авторитету, приняла дуализм, потому что он разделял сферы науки и религии.
Идеи Декарта легли в основу представления о том, что действия, такие как приём пищи или ходьба, а также сенсо?рное восприятие, потребности, влечения и даже простые формы обучения осуществляются при посредничестве мозга и доступны для научного исследования, однако, психика, то есть душа, священна и как таковая не должна и не может быть предметом научного анализа.
Примечательно, что эти идеи XVII века были по-прежнему в ходу и в восьмидесятые годы XX века. Например, Карл Раймунд Поппер, великий философ науки, и Джон Кэрью Экклс, нейробиолог и нобелевский лауреат, всю жизнь были сторонниками дуализма и соглашались с Фомой Аквинским, что душа бессмертна и независима от мозга.
Британский философ науки Гилберт Райл критикуя идеи мыслителей XVII и XVIII веков (в частности, Декарта) о том, что человеческая природа есть механизм с «духом» внутри, называл эту концепцию души «призраком в машине».
Механицизм Гартли
Дэвид Гартли (David Hartley, 1705—1757) – английский мыслитель, один из основоположников психологической теории, которая известна как ассоцианизм.
В основу своей теории Гартли положил идею об опытном характере знания, а также принципы механики Ньютона. Вообще, понимание человеческого организма, принципов его работы, в том числе и работы нервной системы по аналогии с законами механики, открытыми в то время, было характе?рной приметой психологии XVIII в. Не избежал этого увлечения и Гартли, который стремился объяснить поведение человека исходя из физических принципов.
Учение Гартли, изложенное им в книге «Размышления о человеке, его строении, его долге и упованиях» (1749), базируется на идее вибрации, так как он считал, что вибрация внешнего эфира вызывает соответствующую вибрацию органов чувств, мышц и мозга. Проанализировав структуру психики человека, Гартли выделил в ней два круга – большой и малый. Большой круг проходит от органов чувств через мозг к мышцам, т. е. является фактически рефлекто?рной дугой, определяющей поведение человека. Таким образом, Гартли, по сути, создал свою, вторую после Декарта, теорию рефлекса, которая объясняла с помощью законов механики активность человека. По мнению Гартли, внешние воздействия, вызывая вибрацию органов чувств, запускают рефлекс. Вибрация органов чувств приводит к вибрации соответствующих частей мозга, а эта вибрация, в свою очередь, вызывает работу определённых мышц, стимулируя их сокращение и движение тела.
Если большой круг регулирует поведение, то малый круг вибрации, расположенный в белом веществе мозга, является основой психической жизни, процессов познания и обучения. Гартли считал, что вибрация участков мозга в большом круге вызывает ответную вибрацию в белом веществе мозга. Исчезая в большом круге, эта вибрация оставляет следы в малом круге. Эти следы, по его мнению, служат основой памяти человека. Они могут быть более или менее сильными в зависимости от силы и значимости того явления, которое оставило этот след. Большое значение имела идея Гартли о том, что от силы этих следов зависит степень их осознанности человеком, причём слабые следы, подчёркивал он, вообще не осознаются. Таким образом, он расширил сферу душевной жизни, включив в неё не только сознание, но и бессознательные процессы, и создал первую материалистическую теорию бессознательного. Почти через сто лет идеи Гартли о силе следов и её связи с возможностью их осознания разработал известный психолог Гербарт в своей знаменитой теории о динамике представлений. [4]
Эпоха просвещения
В XVII в. начинают бурно развиваться науки. К этому времени Иоганн Кеплер (1571—1630) даёт математическое обоснование открытий Коперника и завершает революционный переход от птолемеевой геоцентрической к гелиоцентрической теории строения Солнечной системы. Галилео Галилей (1564—1642) обосновывает ошибочность разделения физики земной и небесной. Англичанин Исаак Ньютон (1642—1727) сводит воедино законы гравитации, силы, управляющие орбитальным движением планет и движением предметов на поверхности земли. Уильям Гарвей (1578—1657) доказывает, что кровь циркулирует в теле, описывает большой и малый круги кровообращения с помощью механистических понятий. Роберт Бойль (1627—1691) становится основоположником научной химии и способствует переходу от алхимии к химии как естественно-научной дисциплине.
Начало Нового времени – период развития механики, время, когда инженерные открытия начинают серьёзно влиять на реальную жизнь людей. Примером такого уникального влияния становится изобретение механических часов, которые пришли на смену солнечным, песочным, водяным и другим предшественникам механических. Часы изменили мироощущение человека и позволили ему стать менее зависимым от суточного ритма освещённости. Значение механических часов в культуре Европы заметно по количеству метафор, которые используются для объяснения (и понимания) того, как работает человеческое тело и как соотносятся телесное и психическое.
В истории этот период получил название «научной революции».
Несмотря на продолжающиеся горячие дебаты по поводу дуализма Рене Декарта к началу XVII века большинство учёных помещали разум в мозг человека. Несколько смелых исследователей даже взялись за поиски анатомического Эльдорадо: вместилища души внутри мозга.
На смену теориям, связывавшим важные свойства нервной системы с потоками жидкостей, ненадолго пришли теории «баллонистов»; согласно этим теориям, нервы представляют собой полые трубки, по которым проходят потоки газов, возбуждающих мышцы. Как можно было опровергнуть подобное представление? Учёные стали препарировать животных под водой. Поскольку газовых пузырьков, которые выходи?ли бы из сокращающихся мышц, не наблюдалось, теория была признана ошибочной.
Концепция жизненных жидкостей вскоре уступила место иному представлению, которое выдвинул физик Исаак Ньютон. Он предположил, что передачу воздействия осуществляет вибрирующая «эфирная среда», постулированные свойства которой, как выяснилось позднее, присущи и «биологическому электричеству».
Лягушачья лапка. Начало
Первые тщательно документированные научные эксперименты в области нервно-мышечной физиологии были проведены голландцем Яном Шваммердамом Шваммердамом (Jan Swammerdam, 1637—1680). В то время ещё считалось, что сокращение мышц вызывают потоки «животных духов» или «нервной жидкости» вдоль нерва к мышце. В 1664 году Шваммердам провёл эксперименты по изучению изменений объёма мышц во время сокращения (Рис. 4). Он поместил мышцу лягушки (b) в стеклянный сосуд (a). Когда сокращение мышцы было инициировано стимуляцией её двигательного нерва, капля воды (е) в узкой трубке, выступающей из сосуда, не двигалась, указывая на то, что мышца не расширялась. Таким образом, сокращение не могло быть следствием притока нервной жидкости. В своих экспериментах Шваммердам стимулировал двигательный нерв механически, зажимая его. По мнению исследователя, в этом эксперименте стимуляция достигалась путём натягивания нерва проволокой (с), сделанной из серебра, к петле (d), сделанной из меди.
Это сейчас мы знаем, что согласно принципам электрохимии, разнородные металлы в этом эксперименте, внедрённые в электролит, обеспечиваемый тканью, могли явиться источником электрического напряжения и связанного с ним тока. Шваммердам же, скорее всего, не понимал, что нервномышечное возбуждение – это электрический феномен. С другой стороны, некоторые авторы и ныне интерпретируют вышеупомянутую стимуляцию как результат механического растяжения нерва.
Рисунок 4. Эксперимент по стимуляции Яна Шваммердама в 1664 году.
Результаты этого эксперимента были опубликованы посмертно в 1738 году. Тем не менее считается, что это был первый документально подтверждённый эксперимент по стимуляции двигательного нерва, возникающий в результате электричества, возникающего в биметаллическом соединении.
Есть све?дения, что в 1678 году, Шваммердам показывал великому герцогу Тосканскому опыт с лягушкой, подвешенной на серебряной нити. Видимо, это открытие сделано было слишком рано. Шваммердама успели забыть.
Продолжение истории лягушачьей лапки
Итак, первая половина 18 века, наука уже сосредоточена в университетах. Физика ещё не выделилась в отдельную науку. В университетах читают курсы «натурфилософии» (т. е. естествознания), первый физический институт будет создан только в 1850 г. В то далёкое время фундаментальные открытия в физике можно сделать совсем простыми средствами, достаточно иметь гениальное воображение, наблюдательность и золотые руки.
Электричество в то время рассматривали как «электрический флюид», как особую электрическую жидкость. Эта гипотеза возникла после того, как Грей открыл, что электричество может «перетекать» от одного тела к другому, если их соединить металлической проволокой или другими проводниками.
Считалось также, что электрическая жидкость – один из сортов «теплорода». Это обстоятельство обосновывали тем, что при трении тела и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра может зажигать разные предметы.
В середине XVIII века мышечное сокращение стало предметом экспериментального изучения. Швейцарский учёный Альбрехт Галлер в ряде опытов показал, что скелетные мышцы, мышцы желудка, сердечная мышца отвечают на прямое механическое, химическое или электрическое раздражение, когда соответствующая мышца находится вне организма и отделена от нервов. Наблюдая за развитием эмбрионов, Галлер показал, что сердце начинает биться в тот период, когда в него ещё не вросли никакие нервы.
В 1763 г. один из последователей Галлера Ф. Фонтана сделал важное открытие. Он показал, что сердце может либо ответить, либо не ответить на одно и то же раздражение в зависимости от того, через какой промежуток времени после предыдущего сокращения наносится раздражение. Оказывается, после предыдущего сокращения сердечная мышца должна какое-то время отдохнуть, чтобы стать способной к ответу на новое раздражение.
Таким образом, в середине XVIII века складывается представление о возбудимости разных мышц, как о присущем им свойстве отвечать сокращением на непосредственное раздражение. Кроме того, для раздражения нервов, скелетных мышц или сердца исследователи начали широко использовались электрические разряды.
Одно из самых ранних утверждений, касающихся использования электричества, было сделано в 1743 году Иоганном Готтлибом Крюгером из Университета Галле: «Все вещи должны быть полезны, это факт. Поскольку и электричество должно приносить пользу, но мы видим, что оно не может быть применено в теологии или юриспруденции, очевидно, ничего не осталось, кроме медицины».
В том же 1743 году немецкий учёный Ганзен выдвинул гипотезу о том, что сигнал в нервах имеет электрическую природу. А в 1749, французский врач Дюфей защитил диссертацию на тему «Не является ли нервная жидкость электричеством?». Эту же идею поддержал в 1774 году английский учёный Пристли, прославившийся открытием кислорода. [6]
Идея явно носилась в воздухе.
«Животное электричество» Луиджи Гальвани
Итальянский профессор анатомии, учёный XVIII в. Луиджи Гальвани (Luigi Galvani, 1737—1798), как и все солидные учёные того времени очень интересовался влиянием электричества и на ткани животных. В то время существовала мода на занятия электричеством среди различных слоёв общества. Одновременно с исследованием электрических явлений росли надежды на их практическое использование, иногда, особенно вначале, самые фантастические. Например, когда обнаружилось, что при разряде лейденской банки через тело убитой лягушки мышцы последней вздрагивали, стали говорить о том, что с помощью электричества можно будет воскрешать мёртвых.
Очень популярным стало явление электризации. С её помощью «ускоряли» распускание цветов, прорастание семян; цыплята из наэлектризованных яиц якобы выводились быстрее, чем из обычных. Врачи электризовали и лекарства, и больных, а затем отчитывались о положительных результатах. Находилось немало людей, которые утверждали, что наэлектризованная вода хорошо лечит. Считалось, например, что парализованных больных надо для излечения заряжать положительно, а психически больных – отрицательно.
Появилось множество людей, которые утверждали, что они обладают особенно сильным электрическим действием и поэтому могут излечивать больных. Подвергать себя электризации стало до того модным, что тот, кто не мог проникнуть в лаборатории учёных, «электризовался» у ярмарочных шарлатанов.
Суеверия, мистика – тени научного знания, к сожалению, во все времена сопровождали научные открытия.
Идея о том, что по нервам распространяется «животное электричество», впервые была высказана Луиджи Гальвани в 1786 году.
Описаний того, как Гальвани обнаружил эффект есть несколько. Чезаре Ломброзо в своей книге «Гениальность и помешательство» писал, что открытию гальванизма мы обязаны нескольким лягушкам, из которых предполагалось приготовить целебный отвар для жены Гальвани. Итальянские экскурсоводы рассказываю другую версию событий, согласно которой жена Гальвани, войдя в кабинет мужа, заметила дёргающуюся на столе лягушачью лапку и обратила на это внимание профессора. Но эти версии событий скорее относятся к категории исторических анекдотов.
Сам Луиджи Гальвани описывал своё открытие (26 января 1781 года) так. Всё началось с того, писал он, что, препарировав лягушку, «…я положил её без особой цели на стол, где стояла электрическая машина. Когда один из моих слушателей слегка коснулся нерва концом ножа, лапка содрогнулась как бы от сильной конвульсии. Другой из присутствовавших ассистентов заметил, что это случалось только в то время, когда из кондуктора машины извлекалась искра». Считается, что это первый документально подтверждённый эксперимент по нервно-мышечной электрической стимуляции.
Рисунок 5. Однажды разряд электрофорной машины в лаборатории Луиджи Гальвани случайно вызвал сокращение лапки только что отпрепарированной лягушки.
Впоследствии было замечено, что сокращение лапок наблюдается и во время гроз и даже просто при приближении грозового облака.
Гальвани продолжил исследования стимуляции подготовленной лягушачьей лапки атмосферным электричеством. Он подключил электрический проводник между стеной дома и нервом лягушачьей лапки. Затем он заземлил мышцу другим проводником, соединённым с водопроводом. Сокращения были получены при вспышке молнии. В сентябре 1786 года Гальвани пытался получить сокращения от атмосферного электричества в спокойную погоду. Он подвешивал препараты из лягушек к железным решёткам в своём саду с помощью медных крючков, вставленных в спинной мозг. Однажды Гальвани случайно прижал крюк к перилам, когда лапка также соприкасалась с ним. Заметив сокращения, он повторил эксперимент в закрытой комнате. Он положил лягушачью лапку на железную пластину и прижал медный крючок к пластине, и вновь произошло мышечное сокращение.
Рисунок 6. Опыт с лягушачьей лапкой.
Продолжая эти эксперименты, Гальвани обнаружил, что, всякий раз, когда нерв и мышца лягушки одновременно прикасались с биметаллической аркой из меди и цинка, происходило сокращение мышцы.
После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, электричество от которого передаётся по нервам. Он искренне верил в особые качества этого электричества по сравнению с открытым до него физиками. Именно так и была рождена теория «животного электричества», именно эта теория создала базу для возникновения в будущем электромедицины. Открытие Гальвани произвело сенсацию.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=71127226?lfrom=390579938) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Александр Иванович Волошин
• О том, как работает Сознание, знают все.
• Как работает Мозг знают многие.
• Что такое нервный импульс толком не знает никто!
• В этой книге мы с вами исследуем эволюцию человеческих представлений и заблуждений о природе нервного импульса.
•Только научные факты, никакой эзотерики.
• Вы узнаете откуда в нервной системе электричество, о взаимодействии нейронов, о нейронных сетях и об искусственном интеллекте.
• Впервые на русском языке современные неожиданные гипотезы сущности нервного импульса.
Нейротон
Занимательные истории о нервном импульсе
Александр Иванович Волошин
Предисловие
Достаточно ли мы разумны, чтобы познать свой, собственный разум? Этим вопросом задавались мыслители с древнейших времён. Впервые в истории цивилизации его сформулировал Гиппократ ещё в V веке до н. э. Прошло двадцать шесть столетий, а некоторые учёные и философы, занимающиеся психикой и до сих пор сомневаются в постижимости Сознания.
Стремление понять, каким образом деятельность нервной системы обеспечивает восприятие, научение, сознание и все другие проявления поведения животных – это, несомненно, один из самых дерзких вызовов, который был брошен Природе человеком.
В этой книге нас в первую очередь будет интересовать история человеческих представлений о том, как передаётся информация в нервной системе и то, как на этом фоне возникали, развивались и воспринимались идеи, как одни заблуждения в борьбе сменялись другими. Попробуем понять, находимся ли мы на очередном этапе заблуждений или уже добрались до истины.
Слегка перефразировав Альберта Эйнштейна, скажем: история науки – это драма, драма идей. В нашей драме мы будем следить за изменчивыми судьбами научных теорий. Они не менее интересны, чем судьбы людей, ибо каждая из них включает что-то бессмертное, хотя бы частицу пути к истине.
Наше сознание не терпит «белых пятен», если мы чего-то не знаем, оно дополнит картину мира. Так, древние люди дорисовали на карте Земли Ойкумену, а мы представляем невидимую нам часть дороги за закрытым поворотом. Это свойство экстраполяции применяется человеком повсеместно. Это совершенно естественно. Это очень полезно. Наконец, наше сознание дорисовывает недостающие части картины мира, основываясь на вполне реальном жизненном опыте, и результат бывает весьма достоверным и вполне достаточным для комфортного существования. Но! Как же часто мы начинаем принимать воображаемое за реальность. Обычно отрезвление от заблуждений возникает с появлением новых инструментов описания мира. Но картина мира не меняется, изменяются только комментарии к ней.
Пока мы лишь гадаем о том, удастся ли когда-либо свести сложные психические процессы нервной системы к физическим и химическим закономерностям. Но при этом искренне уверены в правильности современных научных представлений о её работе.
Так получилось, что во все времена, на каждом этапе своего развития человечество имело некоторое вполне определённое представление о том, как работает сознание, мозг, нейрон. Всегда существовали те или иные доктрины, на которых базировались методы диагностики и лечения, применяемые докторами, а мы бедные больные обыватели-пациенты во все века искренне верили в компетентность врача и могущество науки.
Между тем на протяжении истории представления о Душе, Сознании и Мозге сильно трансформировались. Мыслители всегда сравнивали мозг с технологическими достижениями своей эпохи: римские врачи уподобляли его с акведуками, средневековый философ Декарт видел в нём орга?н в кафедральном соборе, учёные времён промышленной революции говорили о мельницах, прялках и часах, а в начале XX века в моду вошло сравнение с коммутационной панелью телефонной станции.
Сегодня для нас мозг – это, вне всякого сомнения, суперкомпьютер, а тема построения компьютерных нейронных сетей и искусственного интеллекта в области информационных технологий стала чрезвычайно модной в СМИ. При этом мало кто понимает, что такое нейронные сети и принцип их действия. А о том, как работает реальная нервная система, по-прежнему не знает никто. Возможно потому, что никто точно не знает, как работает один нейрон. Вот Вы, например, знаете откуда в мозге именно электрические импульсы?
За изучение мозга сейчас активно взялись во всём мире. Такие проекты, как европейский The Human Brain Project («Исследование человеческого мозга»), американский BRAIN Initiative («Инициатива по изучению мозга»), японский MINDS, – все стартовали примерно в 2012—2014 годах с прицелом на десятилетие и с огромным финансовым подкреплением. В 2016 году Google сделал ставку на биоэлектронную медицину. В марте 2017 года стало известно, что Илон Маск создал компанию, задачей которой будет «подключение мозга к компьютеру».
В 2019 предполагается старт обширной российской программы, уже подготовлен проект дорожной карты по развитию направления «Нейротехнологии и искусственный интеллект».
Почему же мы до сих пор не стали свидетелями всплеска открытий, такого как, например, в цифровых технологиях или в генетике?
Может не то ищем?
Часть I. История
«Наука должна быть весёлая, увлекательная и простая. Таковыми же должны быть и учёные.»
(Пётр Капица)
Первобытные представления о душе
О том, какими были наши далёкие предки, учёные делают выводы только на основе археологических находок и на исследовании уклада жизни современных затерянных племён, живущих первобытно-общинным строем.
Но мы всё же рискуем предположить, что в своём стремлении хоть как-то упорядочить окружающий его мир, древний человек объяснял стихийные силы природы действиями живых существ, присутствующих в них или стоя?щих за ними; так же он, вероятно, объяснял и явления само?й жизни. Если человек или животное живёт и двигается, это, полагал он, происходит только потому, что внутри него сидит маленький человек или зверёк, который им движет. Этот зверёк в животном, этот человечек внутри человека есть душа. Активность животного или человека объясняется присутствием этой души, а его успокоение во сне или в смерти её отсутствием. Так как смерть является постоянным отсутствием души, предохраниться от неё можно, либо закрыв душе выход из тела, либо, если она его покинула, добившись её возвращения. Дикари принимали множество мер предосторожности, для достижения важнейшей цели – не дать душе навсегда расстаться с телом. [1]
Крайне маловероятно, что древнего человека занимали вопросы функционирования нервной системы. Но о существовании нервов наши далёкие предки, вероятно, имели представление. Так, в некоторых племенах практиковалась пытки, в которых нервные волокна жертвы наматывались на палочки. Это вызывало непроизвольные движения частей тела. Дикарей очень развлекали такие танцы.
Древний мир – Античность
Бо?льшую часть летописной истории люди помещали разум – а вместе с ним и душу – не в мозг, а в сердце. Например, при подготовке мумий к загробной жизни жрецы Древнего Египта целиком сохраняли сердце в ритуальном сосуде; в то же время извлечённый мозг выкидывали или пускали на корм для животных, а пустой череп заполняли опилками или смолой. (И это не было проявлением пренебрежения к умершим, они считали мозг любого человека бесполезным.)
Египтянам же принадлежит и первое из дошедших до нас описание мозга. Оно приведено в «папирусе Э. Смита». Здесь движение мозга в открытой ране сравнивается с «кипящей медью». Древние египтяне заметили, что повреждение мозга вызывает болезненное состояние других частей тела (например, паралич конечностей), и, таким образом, положили начало естественнонаучным представлениям о мозге.
Большинство древних греческих мыслителей считали самым возвышенным о?рганом сердце. Аристотель, например, полагал, что оно имеет толстые сосуды для передачи сообщений, в то время как у мозга они тонкие и слабые. Кроме того, сердце расположено в центре человеческого тела, как подобает командующему, а мозг находится в ссылке на вершине. Сердце первым развивается у человеческого эмбриона, оно сильно реагирует на эмоции, когда бьётся быстрее или медленнее, в то время как мозг внешне бездействует. Из чего делался вывод, что сердце является вместилищем наших высших способностей. (Сегодня Аристотеля мы почитаем в большей степени за изобретённый им систематический стиль мышления, чем за его нейроанатомические идеи.)
Вопрос природы сознания волновал человека всегда. Только вплоть до новейшей истории предметом исследования оставалась Душа. О Сознании начали говорить лишь тогда, когда связали мыслительные процессы и чувства с мозгом.
Некоторые врачи и в античные времена имели своё, собственное мнение о вместилище разума. Вероятно, они просто видели достаточно много пациентов, которые получали сходные ранения в голову и после этого утрачивали какую-либо высшую способность, чтобы считать это совпадением. Поэтому они допускали, что именно мозг определяет внутреннюю сущность человека.
Предположение, что нервные стволы являются путями, по которым передаются влияния от мозга к мышцам и в обратном направлении, также было сформулировано в эпоху античности. А идею о локализации мыслей в головном мозге впервые в истории знания выдвинул врач и философ Алкмеон Кротонский (VI в. до н. э.).
Гиппократ (460 – 377 г до н. э.) – «отец медицины» выступавший как представитель материализма в медицине, как и Алкмеон, считал, что о?рганом мышления и ощущения является мозг. Он оставил после себя одно единственное рассуждение о функции мозга и природе сознания. Оно было включено в лекцию, которую Гиппократ читал собранию медиков, занимавшихся эпилепсией. Вот отрывок из этой лекции: «Некоторые люди говорят, что сердце является о?рганом, которым мы думаем и которое чувствует боль и волнение. Но это не так. Людям следует знать, что от мозга, и только от мозга, проистекают наши удовольствия, радости, смех и слёзы. Посредством его… мы думаем, видим, слышим и отличаем уродливое от прекрасного, плохое от хорошего, приятное от неприятного… По отношению к сознанию мозг является посланником». Гиппократ утверждает: «Мозг является интерпретатором сознания». В другой части своего труда он просто отмечает, что эпилепсия происходит от мозга, «когда он не в норме». [2]
В Александрии в III в. до н. э. некоторое время было разрешено вскрытие трупов «безродных людей». Это способствовало важным открытиям, связанным с именами двух александрийских врачей – Герофила и Эразистрата.
Герофил в труде «Анатомия» подробно описал твёрдую и мягкую мозговые оболочки, части головного мозга, и особенно его желудочки (четвёртый из которых он считал местом пребывания души), проследил ход некоторых нервных стволов и определил их связь с головным мозгом.
Эразистрат так же хорошо изучил строение мозга, описал его желудочки и мозговые оболочки. Он впервые разделил нервы на чувствительные и двигательные (полагая, что по ним движется душевная пневма, которая обитает в мозге) и показал, что все они исходят из мозга. Мозговые желудочки и мозжечок он определил как вместилище душевной пневмы, а сердце – центр жизненной пневмы.
Все эти анатомо-физиологические све?дения объединил и дополнил римский врач Клавдий Гален (II в. н. э.), автор сочинения по медицине, анатомии, физиологии, которое стало настольной книгой врачей вплоть до XVII века. Галену принадлежат открытия, связанные с выяснением строения и функций головного и спинного мозга: «…врачами точно установлено, что без нерва нет ни одной части тела, ни одного движения, называемого произвольным, и ни единого чувства».
Гален описал все отделы головного и спинного мозга, семь (из двенадцати) пар черепно-мозговых нервов, 58 спинномозговых нервов и нервы внутренних органов. Он широко использовал поперечные и продольные сечения спинного мозга в целях исследования чувствительных и двигательных расстройств ниже места, сечения.
Исходя из учения Платона о пневме, Гален считал, что в организме «пневма» обитает в различных видах: в мозге – «душевная пневма» (spiritus animalis), в сердце – «жизненная пневма» (spiritus vitalis), – в печени – «естественная пневма» (spiritus naturalis). Все жизненные процессы он объяснял действием нематериальных «сил», которые образуются при разложении пневмы: нервы несут «душевную силу» (vis animalis), печень даёт крови «естественную силу» (vis natu-ralis), пульс возникает под действием «пульсирующей силы». (vis pulsitiva) и т, п. Подобные трактовки придавали идеалистическое содержание кропотливо собранному экспериментальному материалу Галена. Он правильно описывал то, что видел, но полученные результаты трактовал идеалистически.
Главными техническими достижениями того времени были водопровод и канализационная система, основанные на принципах механики жидкостей. Поэтому едва ли можно считать случайным убеждение Галена, что в мозгу важную роль играет не само его вещество, а заполненные жидкостью полости. Сегодня эти полости известны как система мозговых желудочков, а выделяющаяся в них жидкость – как цереброспинальная (спинномозговая) жидкость.
Мозг по Галену действует как некое мистическое целое, рассылающее и принимающее духовные послания. Гален считал, что все физические функции тела, состояние здоровья и болезни зависят от распределения четырёх жидкостей организма: крови, флегмы (слизи), чёрной жёлчи и жёлтой жёлчи. Каждая из них имеет специальную функцию: кровь поддерживает жизненный дух животного; флегма вызывает вялость; чёрная жёлчь обусловливает меланхолию, жёлтая – гнев.
Представления Галена так глубоко проникли в научную мысль Запада, что на протяжении почти полутора тысяч лет роль этих основных жидкостей в функционировании мозга и других органов по существу не подвергалась сомнению. Вплоть до середины XVII века считалось, что по нервам распространяется некая субстанция, подобная жидкости или пламени.
Развитие психологии в арабском мире
С VIII по XII века большое количество научных исследований проводилось на Востоке, куда переместились основные философские школы из Греции и Рима. Это была эпоха социально-экономического расцвета Халифата, огромной империи от Индии до Пиренеев, которая образовалась в результате арабских завоеваний. Культура этого государства впитала достижения многих населявших его народов, а также эллинов, индусов, китайцев.
В то время в халифате были разрешены не только отличные от ислама религиозно-философские воззрения, не запрещалось и проведение естественно-научных исследований, в том числе изучение работы органов чувств и мозга.
Арабские мыслители считали, что изучение сознания должно основываться не только на философских концепциях о душе, но и на данных естественных наук, прежде всего медицины.
Так, известный учёный того времени Ибн аль-Хайсам (965—1039) сделал ряд важных открытий в области психофизиологии восприятия. Его научный подход к о?рганам зрения примечателен первой в истории попыткой трактовать их функции исходя из законов оптики. Важно было то, что эти законы считались доступными опыту и математическому анализу.
Примечательны рассуждения и другого известного арабского мыслителя – Ибн Сины (латинизированное имя – Авиценна, 980—1037), который стал одним из самых выдающихся врачей в истории. В своих философских трудах Ибн Сина разработал так называемую теорию двух истин, которая имела огромное значение для развития наук в средневековый период. В теории двух истин доказывалось, что существуют две независимые, как параллельные прямые, истины – вера и знание. Поэтому истина знания, не входя в соприкосновение и противоречие с религией, имеет право на собственную область исследований и на собственные методы изучения человека. Соответственно, складывалось два учения: о душе – религиозно-философское и естественно-научное. [3]
Арабская научная мысль оказалась своеобразным хранителем научных традиций Античности, которые развила и продвинула не только на Востоке, но и в Западной Европе. [1]
Средневековье
В период Средневековья в научной жизни Европы воцарилась схоластика (от греческого «схоластикос» – школьный, учёный). Этот особый тип философствования («школьная философия»), господствовавший с XI по XVI век, сводился к рациональному, использующему логические приёмы, обоснованию христианского вероучения. В схоластике имелись различные течения, общей же была установка на комментирование священных текстов. Фактическое изучение предметов и явлений, исследование реальных проблем подменялись трактованием священных текстов.
А что было в период между веками античности и XI веком? Учёные эпохи Возрождения назвали этот период «тёмное время» потому что сами мало знали о нём, а мы вслед за ними говорим «тёмное средневековье» и скромно пролистываем несколько столетий.
Интеллектуальное наследие Аристотеля, проникшее-таки в Европу в XII веке католическая церковь вначале запретила, но затем принялась «осваивать», адаптировать соответственно своим нуждам. С этой задачей наиболее тонко справился Фома Аквинский (1225—1274), учение которого позже было канонизировано в папской энциклике как истинно католическая философия и получило название томизма (несколько модернизированного в наши дни под именем неотомизма).
Фома Аквинский утверждал, что человек не является только самой душой и что душа есть форма тела, а не самостоятельная субстанция – это была наиболее смелая, наиболее рискованная часть его философии. Но он показал, что эту позицию удаётся согласовать с христианством и что христианство не требует ни бестелесного спиритуализма, ни дуализма души и тела, ни независимости души. Вопреки исходной позиции, Фома защищал идею психофизического единства человека. Хотя этот взгляд имел античные источники, идущие от Аристотеля, по своему духу он был наиболее передовым. [3]
В средние века католическая церковь использовала идеалистические стороны учения Галена, связав их с богословием. Так возник галенизм – искажённое, одностороннее понимание учения Галена. Опровержение галенизма, восстановление истинного содержания учения Галена, а затем и исправление ряда ошибочных положений этого учения потребовали многих столетий.
Возрождение
Лишь в эпоху Возрождения вместе с возобновлением интереса к естествознанию вообще и функции нервной системы вновь стали предметом философских и научных исследований.
В какой-то степени проблемы, которые вставали перед наукой в эпоху Возрождения, были повторением старых, возникших в период становления философии на рубеже VII—VI веков до н. э. Поэтому, можно сказать, что период Возрождения был, по сути, временем возвращения (возрождения) важнейших принципов античной науки, отхода от догматизма и поиска новых путей научного исследования. В этот период наука стремилась преодолеть сакральность, которая господствовала в Средневековье.
XV—XVII века остались в истории временем взлёта искусства, прежде всего итальянской живописи и скульптуры. В меньшей степени в тот момент изучались проблемы души и сознания, так как вопросы духовной жизни во многом оставались ещё вне круга научного изучения. Новым аспектом психолого-философских работ того времени стало исследование проблемы способностей, которая наряду с изучением познания была ведущей в то время. [4]
«Жизненный дух» Бернардино Телезио
Бернардино Телезио (Bernardino Telesio, 1509—1588) – итальянский учёный и философ. Он получил хорошее домашнее образование в области гуманитарных наук, а первым его учителем был дядя – литератор Антонио Телезио. Бернардино окончил Падуанский университет, а в 1535 г. получил степень доктора философии. Некоторое время жил в Неаполе, где открыл академию учёных, ориентированных на опытное познание природы (Academia Telesiana, или Consentina). По решению церковных властей академия была закрыта, а Телезио навсегда вернулся в родной город (в Козенце). Его жизненным девизом было изречение: «Realia entia, non abstracta» (Существующее реально, а не абстрактно).
Основные труды: «О природе вещей согласно её собственным началам», «О происхождении цвета», «О необходимости дыхания».
По Телезио носителем психических процессов является теплота, производящая движение и жизнь, т. е. жизненный дух, находящийся в лёгких, артериях, мозге. Кроме жизненного духа в человеке также наличествует и бессмертная душа. Познание мира осуществляется за счёт соприкосновения жизненного духа с природой, имеющей общую с человеком сущность. За счёт этой общности достигается гармония человека с миром, а также гармония в самом человеке – так Телезио вплотную подошёл к идее гомеостаза.
Познание может быть сугубо эмпирическим, считал Телезио: «Строение мира, величину и природу содержащихся в нём вещей следует не постигать, как поступали древние, посредством разума, но воспринимать ощущением, выводя их из самих вещей».
Сам процесс познания описывается Телезио таким образом: «тепло и холод, взаимодействуя с организмом, вызывают расширение и сужение „жизненного духа“, порождая образы восприятия, которые, в сущности, есть осознание изменений состояния внешней среды. Это осознание возникает на основе сравнения между входящими впечатлениями и уже имеющимися, сохранёнными в памяти. На основании прошлого опыта наблюдений за вещами человек может прогнозировать (представлять) движение событий по аналогии. Видя бутон, человек вспоминает распустившиеся цветы и может предположить, что этот цветок тоже распустится. Таким образом, постижение природы основано на ощущениях, которые по мере запечатления перерабатываются, связываются и группируются, образуя мысли, которыми оперирует разум». [3]
Кроме того, Телезио отмечает целесообразность процесса познания, действующего из принципа самосохранения, как и всё в природе. Показателем целесообразности происходящего с человеком служат аффекты: положительные аффекты связаны с самосохранением, поскольку в них проявляется сила стремления души к нему. А в отрицательных аффектах наблюдается слабость движения души к самосохранению. Впоследствии подобную позицию в отношении аффектов будет занимать Спиноза, который построит на этих основаниях подробную концепцию организации мотивационной и эмоциональной сферы человека.
Телезио стал одним из учёных, повлиявших на развитие эмпирической философии Нового времени, но не только в области познания природы человека, но и мира в целом. Его идея об отмежевании науки о природе от философии и теологии подготовила выделение физики в самостоятельную область научного знания. [4]
Анатомические рисунки Леонардо да Винчи
Одной из самых знаменитых личностей эпохи Возрождения является Леонардо да Винчи (Leonardo di ser Piero da Vinci, 1452 – 1519), проявивший себя в различных отраслях науки и искусства и, что важно для нашей темы, внёсший некоторый вклад в развитие медицины.
Увлечение анатомией заставляло Леонардо да Винчи препарировать трупы. В своих набросках головы он придерживается средневекового представления о сферических желудочках, передний из которых он называет «камерой здравого смысла», где располагается душа.
Представления Леонардо о строении органов чувств вполне соответствовали сложившимся представлениям той эпохи. Он полагал, что мозг состоит из трёх луковиц с желудочками, которые располагаются по одной линии позади глазных яблок.
Рисунок 1. Не просто рисунок, но и наблюдения и попытка постижения знания.
Работы Леонардо да Винчи на полвека опередили исследования основоположника современной научной анатомии Андреаса Везалия, но остались неизвестными современникам. Дело в том, что после смерти великого гения, все его рукописи объёмом около семи тысяч листов унаследовал его ученик, друг и компаньон Франческо Мельци, который систематизировал только то, что имело отношение к искусству. Остальное различными путями попало в частные коллекции и библиотеки Италии и других стран Западной Европы и долгое время не публиковалось. Со временем разрозненные рукописи Леонардо стали собирать, и во второй половине XVIII века из его записей и рисунков было составлено 13 книг. Одной из самых интересных оказался «Виндзорский кодекс», в котором были собраны все его медицинские исследования. Таким образом, труды Леонардо да Винчи по анатомии получили известность только в XVIII веке (уже после выхода в свет труда Везалия), а изданы были ещё позднее (Турин, 1901).
Так, спустя столетия анатомические рисунки Леонардо да Винчи были возвращены из Франции в Италию, затем оказались в Англии, где их впоследствии начали публиковать в числе других материалов коллекции за?мка Виндзор.
Андреас Везалий
Вплоть до начала XVI века врачи изучали анатомию по трудам Галена, родившегося ещё в 129 году нашей эры. И только 13 столетий спустя, в эпоху Возрождения, появился человек заявивший, что Гален не во всём был прав, хотя это и казалось в то время немыслимым.
Около 1540 года нидерландский потомственный врач Андреас Везалий (Andries van Wesel, 1514—1564) составил список из двухсот ошибок Галена и пришёл к выводу, что тот дополнял све?дения, полученные при лечении гладиаторов более доступными в ту пору результатами анатомирования овец, коз, быков и обезьян, а потом экстраполировал собранные данные на людей.
Некоторые историки обвиняли Везалия в корысти, якобы свой основной труд он написал ради придворной карьеры. Сам же он оставил нам следующую запись: «Я не мог бы сделать ничего более полезного, чем дать новое описание всего человеческого тела, чью анатомию никто не понимал, поскольку Гален, несмотря на все множество его трудов, сообщил об этом крайне мало, и я не знаю, каким ещё образом я мог бы донести результаты своих исследований до моих студентов».
Везалий опубликовал один из основополагающих трудов медицины – «О строении человеческого тела» в возрасте 28 лет, потратив много сил на то, чтобы книга была как можно более совершенной. Её иллюстрации обладают высокими художественными достоинствами и, как считают современные искусствоведы, они были созданы в мастерской Тициана (во всяком случае, первых двух из семи томов). В отличие от современных анатомических а?тласов, тела? в книге не лежат безжизненно. Они позируют, как античные статуи. Некоторые устраивают настоящий стриптиз своей плоти, снимая её слой за слоем и обнажая внутренние органы и кости.
Через несколько недель после выхода в свет трактата «О строении человеческого тела» был издан его великолепный конспект – «Извлечение» («Epitome»). Эта книга, гораздо меньшая по объему, предназначалась для студентов-медиков, которые могли бы пользоваться ею непосредственно у анатомического стола. В «Извлечение» было включено несколько полностраничных рисунков скелетов и мышц из основного труда.
Шестой и седьмой тома посвящены исключительно мозгу. Анатомические открытия Везалия, относящиеся к различным отделам мозга, имели огромное значение. До Везалия структура мозга и его функции оставались практически неизученными. С изданием седьмого тома стали понятны хотя бы некоторые его структурные особенности, с этого времени анатомы уже не могли игнорировать его существование.
К несчастью для Галена (вернее, для его учеников), человеческий мозг устроен несравненно сложнее, чем коровий, и в течение тысячи трёхсот лет медики пытались объяснить работу мозга на основе отчасти ошибочных представлений о его устройстве.
Рисунок 2. Одна из иллюстраций книги «О строении человеческого тела».
Есть такая история о Везалии [5]. Дон Карлос, наследник испанского престола, был хилым, болезненным подростком. Никто не испытывал к нему особой симпатии, поскольку он вдобавок был психопатом. Он якобы родился с зубами и находил удовольствие в том, чтобы кусать до крови соски? своих кормилиц, а в детстве любил жарить животных заживо. В подростковом возрасте он начал домогаться юных девушек.
Однажды вечером в 1562 году инфант побежал вниз по лестнице, чтобы перехватить горничную, за которой он шпионил, и тут кара судьбы настигла его. Он споткнулся, полетел кувырком и расшиб голову у подножия лестницы, где пролежал некоторое время. Испанские врачи не смогли вылечить принца, поэтому отец король Филипп послал за Везалием. Тот обнаружил маленькую, но глубокую красную ранку у основания черепа Карлоса и предложил провести трепанацию, чтобы уменьшить давление.
Испанские лекари, раздражённые вмешательством иностранца, отказались от этой идеи.
Тем временем в Толедо три тысячи испанцев, раздевшись до пояса, хлестали друг друга плетьми, надеясь, что это бичевание спасёт жизнь принцу, а жители Алькалы (города, где боролся со смертью дон Карлос) принесли забальзамированный труп брата Диего, монаха-францисканца, умершего несколько веков назад, к постели лежавшего без сознания принца и уложили рядом с ним.
Такая терапия, естественно, не дала результатов, и Везалию позволили сделать операцию. Карлосу просверлили маленькое отверстие в черепе возле глазницы и удалили гной. Через неделю инфант поправился, но врачи и горожане приписали все заслуги чудотворной мумии, которого впоследствии канонизировали за чудо, сотворённое Везалием.
Этот фарс вызвал у Везалия глубокое отвращение и убедил его покинуть Испанию под предлогом паломничества. По другим све?дениям, за вскрытие трупов, при котором однажды погиб человек, находившийся в летаргии, Везалий был приговорён к смерти испанской инквизицией, но, благодаря заступничеству короля Филиппа II, смертную казнь заменили вышеупомянутым паломничеством. Правда, современные историки считают этот рассказ выдумкой.
«Животные духи» Рене Декарта
Важную роль в последующих исследованиях сыграло выдвижение в 1649 году французским философом и естествоиспытателем Рене Декартом принципа отражательной (рефлекто?рной) деятельности нервной системы. Сам термин «рефлекс» несколько позже начали использовать в своих работах английский учёный Т. Виллизий (1672) и чешский физиолог И. Прохаска (1784), но идея принадлежит именно Декарту.
Рене Декарт (Renе Descartes, 1596—1650) – французский философ, математик, механик, физик и физиолог, более известен нынешнему читателю благодаря своему афоризму «Я мыслю, следовательно, я существую», а также как создатель аналитической геометрии и современной алгебраической символики, автор метода радикального сомнения в философии, механицизма в физике, предтеча рефлексологии.
Рисунок 3. Иллюстрация к размышлениям. Рене Декарт.
Почти до середины XVIII века большинство учёных считало, что причиной сокращения мышц и, вообще, всех движений является душа. Важной заслугой Декарта стало открытие рефлекса. Признавая существование двух независимых субстанций – души и тела, он пришёл к выводу, что тело не нуждается в душе как источнике активности. В его теории тело мыслится как машина, функционирующая по законам механики. Источник движения находится не в душе, а в самом теле, в его конструкции, организации, которая «запускается», как любая машина-автомат, внешним толчком. Таким образом, согласно Декарту, душа наделена собственной активностью, направляющей процессы мышления, познания, а основная функция тела – это движение, которое рассматривается как рефлекс. Собственно, термин рефлекс в работах Декарта отсутствует, но в его описаниях строения и функционирования тела чётко прочитываются основные компоненты рефлекто?рной дуги, в состав которой входит несколько обязательных компонентов, или звеньев, каждое из которых выполняет собственную функцию.
Значительное влияние на создание Декартом его теории рефлекса оказало открытие в 1628 Уильямом Гарвеем (1578—1657) процесса кровообращения. Прохождение нервного импульса Декарт мыслил по аналогии с прохождением крови по сосудам. Он считал, что всё тело пронизано нервами, берущими своё начало в мозге и идущими ко всем частям тела. Нервы он представлял в виде тонких ниточек, окружённых оболочкой, как трубочкой. В этих трубочках помимо ниточек содержатся «животные духи» – наиболее подвижные и лёгкие частицы крови, которые отфильтровываются от других частиц в мозге (тела, «не имеющие никакого другого свойства, кроме того, что они очень малы и движутся очень быстро»). Через поры в мозге животные духи могут перемещаться в нервы, а из них в мышцы, благодаря чему тело способно совершать разнообразные движения. При внешнем воздействии на нервные окончания натяжения нитей открывают клапаны, и животные духи переходят из одной трубочки в другую, направляясь к соответствующей мышце, раздувают её, заставляя сокращаться. Таким образом, прослеживая путь, который проходят животные духи по нервам от рецепторов к мозгу, а затем к мышцам, Декарт фактически дал описание рефлекто?рной дуги.
Движением животных духов Декарт объяснял всё разнообразие действий и поведения человека. Движения животных духов внутри мозга осознаются душой, по его мнению, как ощущения, восприятия и представления. Изменение траектории движения животных духов (следовательно, и вариативность поведения) он объяснял двумя причинами – привычкой, или упражнением, и воздействием души.
Обсуждая возможность изменить течение рефлекса, т. е. возможность обучения и формирования желательного поведения, Декарт использовал понятие ассоциация, введённое ещё Аристотелем. Однако если у Аристотеля ассоциации связаны, прежде всего, с работой органов чувств, то Декарт распространяет ассоциации и на поведение, говоря о связи между двумя действиями или действием и образом предмета. Так, выстрел, который приводит к естественному движению – убежать, скрыться, может при обучении изменить свою функцию, например, у солдата стать сигналом к атаке, а у охотничьей собаки – к поиску дичи. Такое изменение поведения не связано с влиянием души и происходит потому, что ассоциации, возникающие в результате упражнения или привычки, деформируют клапаны (поры) мозга в результате натяжения определённых «нитей». Это приводит к нарушению естественного движения животных духов, они перемещаются в новом направлении и попадают в другую мышцу, вызывая соответственно другое движение. Эти изменения поведения происходят, как было сказано, без вмешательства души, тогда как воздействие страстей на деятельность связано с её активностью. Описанные идеи Декарта получили более детальное воплощение в ассоциативной теории Гартли.
В результате в 1632 Декартом была сформулирована теория дуализма. Эта теория предполагает, что люди обладают двойственной природой: материальным телом и нематериальной и неразрушимой душой, живущей вне тела. Эта двойственная природа связана с двумя типами субстанций. Res externa – материальная субстанция, наполняющая тело, в том числе головной мозг, – бежит по нервам и придаёт животную силу мышцам. Res cogitans – нематериальная субстанция мысли, свойственная только людям. Она порождает рациональное мышление и сознание, а её нематериальность отражает духовную природу души. Рефлекторные действия и многие другие физические формы поведения осуществляются мозгом, а психические процессы осуществляет душа. Декарт считал, что эти два начала взаимодействуют друг с другом посредством эпифиза – небольшой структуры, расположенной в глубине мозга.
Римско-католическая церковь, чувствуя, что новые открытия анатомии угрожают её авторитету, приняла дуализм, потому что он разделял сферы науки и религии.
Идеи Декарта легли в основу представления о том, что действия, такие как приём пищи или ходьба, а также сенсо?рное восприятие, потребности, влечения и даже простые формы обучения осуществляются при посредничестве мозга и доступны для научного исследования, однако, психика, то есть душа, священна и как таковая не должна и не может быть предметом научного анализа.
Примечательно, что эти идеи XVII века были по-прежнему в ходу и в восьмидесятые годы XX века. Например, Карл Раймунд Поппер, великий философ науки, и Джон Кэрью Экклс, нейробиолог и нобелевский лауреат, всю жизнь были сторонниками дуализма и соглашались с Фомой Аквинским, что душа бессмертна и независима от мозга.
Британский философ науки Гилберт Райл критикуя идеи мыслителей XVII и XVIII веков (в частности, Декарта) о том, что человеческая природа есть механизм с «духом» внутри, называл эту концепцию души «призраком в машине».
Механицизм Гартли
Дэвид Гартли (David Hartley, 1705—1757) – английский мыслитель, один из основоположников психологической теории, которая известна как ассоцианизм.
В основу своей теории Гартли положил идею об опытном характере знания, а также принципы механики Ньютона. Вообще, понимание человеческого организма, принципов его работы, в том числе и работы нервной системы по аналогии с законами механики, открытыми в то время, было характе?рной приметой психологии XVIII в. Не избежал этого увлечения и Гартли, который стремился объяснить поведение человека исходя из физических принципов.
Учение Гартли, изложенное им в книге «Размышления о человеке, его строении, его долге и упованиях» (1749), базируется на идее вибрации, так как он считал, что вибрация внешнего эфира вызывает соответствующую вибрацию органов чувств, мышц и мозга. Проанализировав структуру психики человека, Гартли выделил в ней два круга – большой и малый. Большой круг проходит от органов чувств через мозг к мышцам, т. е. является фактически рефлекто?рной дугой, определяющей поведение человека. Таким образом, Гартли, по сути, создал свою, вторую после Декарта, теорию рефлекса, которая объясняла с помощью законов механики активность человека. По мнению Гартли, внешние воздействия, вызывая вибрацию органов чувств, запускают рефлекс. Вибрация органов чувств приводит к вибрации соответствующих частей мозга, а эта вибрация, в свою очередь, вызывает работу определённых мышц, стимулируя их сокращение и движение тела.
Если большой круг регулирует поведение, то малый круг вибрации, расположенный в белом веществе мозга, является основой психической жизни, процессов познания и обучения. Гартли считал, что вибрация участков мозга в большом круге вызывает ответную вибрацию в белом веществе мозга. Исчезая в большом круге, эта вибрация оставляет следы в малом круге. Эти следы, по его мнению, служат основой памяти человека. Они могут быть более или менее сильными в зависимости от силы и значимости того явления, которое оставило этот след. Большое значение имела идея Гартли о том, что от силы этих следов зависит степень их осознанности человеком, причём слабые следы, подчёркивал он, вообще не осознаются. Таким образом, он расширил сферу душевной жизни, включив в неё не только сознание, но и бессознательные процессы, и создал первую материалистическую теорию бессознательного. Почти через сто лет идеи Гартли о силе следов и её связи с возможностью их осознания разработал известный психолог Гербарт в своей знаменитой теории о динамике представлений. [4]
Эпоха просвещения
В XVII в. начинают бурно развиваться науки. К этому времени Иоганн Кеплер (1571—1630) даёт математическое обоснование открытий Коперника и завершает революционный переход от птолемеевой геоцентрической к гелиоцентрической теории строения Солнечной системы. Галилео Галилей (1564—1642) обосновывает ошибочность разделения физики земной и небесной. Англичанин Исаак Ньютон (1642—1727) сводит воедино законы гравитации, силы, управляющие орбитальным движением планет и движением предметов на поверхности земли. Уильям Гарвей (1578—1657) доказывает, что кровь циркулирует в теле, описывает большой и малый круги кровообращения с помощью механистических понятий. Роберт Бойль (1627—1691) становится основоположником научной химии и способствует переходу от алхимии к химии как естественно-научной дисциплине.
Начало Нового времени – период развития механики, время, когда инженерные открытия начинают серьёзно влиять на реальную жизнь людей. Примером такого уникального влияния становится изобретение механических часов, которые пришли на смену солнечным, песочным, водяным и другим предшественникам механических. Часы изменили мироощущение человека и позволили ему стать менее зависимым от суточного ритма освещённости. Значение механических часов в культуре Европы заметно по количеству метафор, которые используются для объяснения (и понимания) того, как работает человеческое тело и как соотносятся телесное и психическое.
В истории этот период получил название «научной революции».
Несмотря на продолжающиеся горячие дебаты по поводу дуализма Рене Декарта к началу XVII века большинство учёных помещали разум в мозг человека. Несколько смелых исследователей даже взялись за поиски анатомического Эльдорадо: вместилища души внутри мозга.
На смену теориям, связывавшим важные свойства нервной системы с потоками жидкостей, ненадолго пришли теории «баллонистов»; согласно этим теориям, нервы представляют собой полые трубки, по которым проходят потоки газов, возбуждающих мышцы. Как можно было опровергнуть подобное представление? Учёные стали препарировать животных под водой. Поскольку газовых пузырьков, которые выходи?ли бы из сокращающихся мышц, не наблюдалось, теория была признана ошибочной.
Концепция жизненных жидкостей вскоре уступила место иному представлению, которое выдвинул физик Исаак Ньютон. Он предположил, что передачу воздействия осуществляет вибрирующая «эфирная среда», постулированные свойства которой, как выяснилось позднее, присущи и «биологическому электричеству».
Лягушачья лапка. Начало
Первые тщательно документированные научные эксперименты в области нервно-мышечной физиологии были проведены голландцем Яном Шваммердамом Шваммердамом (Jan Swammerdam, 1637—1680). В то время ещё считалось, что сокращение мышц вызывают потоки «животных духов» или «нервной жидкости» вдоль нерва к мышце. В 1664 году Шваммердам провёл эксперименты по изучению изменений объёма мышц во время сокращения (Рис. 4). Он поместил мышцу лягушки (b) в стеклянный сосуд (a). Когда сокращение мышцы было инициировано стимуляцией её двигательного нерва, капля воды (е) в узкой трубке, выступающей из сосуда, не двигалась, указывая на то, что мышца не расширялась. Таким образом, сокращение не могло быть следствием притока нервной жидкости. В своих экспериментах Шваммердам стимулировал двигательный нерв механически, зажимая его. По мнению исследователя, в этом эксперименте стимуляция достигалась путём натягивания нерва проволокой (с), сделанной из серебра, к петле (d), сделанной из меди.
Это сейчас мы знаем, что согласно принципам электрохимии, разнородные металлы в этом эксперименте, внедрённые в электролит, обеспечиваемый тканью, могли явиться источником электрического напряжения и связанного с ним тока. Шваммердам же, скорее всего, не понимал, что нервномышечное возбуждение – это электрический феномен. С другой стороны, некоторые авторы и ныне интерпретируют вышеупомянутую стимуляцию как результат механического растяжения нерва.
Рисунок 4. Эксперимент по стимуляции Яна Шваммердама в 1664 году.
Результаты этого эксперимента были опубликованы посмертно в 1738 году. Тем не менее считается, что это был первый документально подтверждённый эксперимент по стимуляции двигательного нерва, возникающий в результате электричества, возникающего в биметаллическом соединении.
Есть све?дения, что в 1678 году, Шваммердам показывал великому герцогу Тосканскому опыт с лягушкой, подвешенной на серебряной нити. Видимо, это открытие сделано было слишком рано. Шваммердама успели забыть.
Продолжение истории лягушачьей лапки
Итак, первая половина 18 века, наука уже сосредоточена в университетах. Физика ещё не выделилась в отдельную науку. В университетах читают курсы «натурфилософии» (т. е. естествознания), первый физический институт будет создан только в 1850 г. В то далёкое время фундаментальные открытия в физике можно сделать совсем простыми средствами, достаточно иметь гениальное воображение, наблюдательность и золотые руки.
Электричество в то время рассматривали как «электрический флюид», как особую электрическую жидкость. Эта гипотеза возникла после того, как Грей открыл, что электричество может «перетекать» от одного тела к другому, если их соединить металлической проволокой или другими проводниками.
Считалось также, что электрическая жидкость – один из сортов «теплорода». Это обстоятельство обосновывали тем, что при трении тела и нагреваются, и электризуются, а также тем, что электрическая искра может зажигать разные предметы.
В середине XVIII века мышечное сокращение стало предметом экспериментального изучения. Швейцарский учёный Альбрехт Галлер в ряде опытов показал, что скелетные мышцы, мышцы желудка, сердечная мышца отвечают на прямое механическое, химическое или электрическое раздражение, когда соответствующая мышца находится вне организма и отделена от нервов. Наблюдая за развитием эмбрионов, Галлер показал, что сердце начинает биться в тот период, когда в него ещё не вросли никакие нервы.
В 1763 г. один из последователей Галлера Ф. Фонтана сделал важное открытие. Он показал, что сердце может либо ответить, либо не ответить на одно и то же раздражение в зависимости от того, через какой промежуток времени после предыдущего сокращения наносится раздражение. Оказывается, после предыдущего сокращения сердечная мышца должна какое-то время отдохнуть, чтобы стать способной к ответу на новое раздражение.
Таким образом, в середине XVIII века складывается представление о возбудимости разных мышц, как о присущем им свойстве отвечать сокращением на непосредственное раздражение. Кроме того, для раздражения нервов, скелетных мышц или сердца исследователи начали широко использовались электрические разряды.
Одно из самых ранних утверждений, касающихся использования электричества, было сделано в 1743 году Иоганном Готтлибом Крюгером из Университета Галле: «Все вещи должны быть полезны, это факт. Поскольку и электричество должно приносить пользу, но мы видим, что оно не может быть применено в теологии или юриспруденции, очевидно, ничего не осталось, кроме медицины».
В том же 1743 году немецкий учёный Ганзен выдвинул гипотезу о том, что сигнал в нервах имеет электрическую природу. А в 1749, французский врач Дюфей защитил диссертацию на тему «Не является ли нервная жидкость электричеством?». Эту же идею поддержал в 1774 году английский учёный Пристли, прославившийся открытием кислорода. [6]
Идея явно носилась в воздухе.
«Животное электричество» Луиджи Гальвани
Итальянский профессор анатомии, учёный XVIII в. Луиджи Гальвани (Luigi Galvani, 1737—1798), как и все солидные учёные того времени очень интересовался влиянием электричества и на ткани животных. В то время существовала мода на занятия электричеством среди различных слоёв общества. Одновременно с исследованием электрических явлений росли надежды на их практическое использование, иногда, особенно вначале, самые фантастические. Например, когда обнаружилось, что при разряде лейденской банки через тело убитой лягушки мышцы последней вздрагивали, стали говорить о том, что с помощью электричества можно будет воскрешать мёртвых.
Очень популярным стало явление электризации. С её помощью «ускоряли» распускание цветов, прорастание семян; цыплята из наэлектризованных яиц якобы выводились быстрее, чем из обычных. Врачи электризовали и лекарства, и больных, а затем отчитывались о положительных результатах. Находилось немало людей, которые утверждали, что наэлектризованная вода хорошо лечит. Считалось, например, что парализованных больных надо для излечения заряжать положительно, а психически больных – отрицательно.
Появилось множество людей, которые утверждали, что они обладают особенно сильным электрическим действием и поэтому могут излечивать больных. Подвергать себя электризации стало до того модным, что тот, кто не мог проникнуть в лаборатории учёных, «электризовался» у ярмарочных шарлатанов.
Суеверия, мистика – тени научного знания, к сожалению, во все времена сопровождали научные открытия.
Идея о том, что по нервам распространяется «животное электричество», впервые была высказана Луиджи Гальвани в 1786 году.
Описаний того, как Гальвани обнаружил эффект есть несколько. Чезаре Ломброзо в своей книге «Гениальность и помешательство» писал, что открытию гальванизма мы обязаны нескольким лягушкам, из которых предполагалось приготовить целебный отвар для жены Гальвани. Итальянские экскурсоводы рассказываю другую версию событий, согласно которой жена Гальвани, войдя в кабинет мужа, заметила дёргающуюся на столе лягушачью лапку и обратила на это внимание профессора. Но эти версии событий скорее относятся к категории исторических анекдотов.
Сам Луиджи Гальвани описывал своё открытие (26 января 1781 года) так. Всё началось с того, писал он, что, препарировав лягушку, «…я положил её без особой цели на стол, где стояла электрическая машина. Когда один из моих слушателей слегка коснулся нерва концом ножа, лапка содрогнулась как бы от сильной конвульсии. Другой из присутствовавших ассистентов заметил, что это случалось только в то время, когда из кондуктора машины извлекалась искра». Считается, что это первый документально подтверждённый эксперимент по нервно-мышечной электрической стимуляции.
Рисунок 5. Однажды разряд электрофорной машины в лаборатории Луиджи Гальвани случайно вызвал сокращение лапки только что отпрепарированной лягушки.
Впоследствии было замечено, что сокращение лапок наблюдается и во время гроз и даже просто при приближении грозового облака.
Гальвани продолжил исследования стимуляции подготовленной лягушачьей лапки атмосферным электричеством. Он подключил электрический проводник между стеной дома и нервом лягушачьей лапки. Затем он заземлил мышцу другим проводником, соединённым с водопроводом. Сокращения были получены при вспышке молнии. В сентябре 1786 года Гальвани пытался получить сокращения от атмосферного электричества в спокойную погоду. Он подвешивал препараты из лягушек к железным решёткам в своём саду с помощью медных крючков, вставленных в спинной мозг. Однажды Гальвани случайно прижал крюк к перилам, когда лапка также соприкасалась с ним. Заметив сокращения, он повторил эксперимент в закрытой комнате. Он положил лягушачью лапку на железную пластину и прижал медный крючок к пластине, и вновь произошло мышечное сокращение.
Рисунок 6. Опыт с лягушачьей лапкой.
Продолжая эти эксперименты, Гальвани обнаружил, что, всякий раз, когда нерв и мышца лягушки одновременно прикасались с биметаллической аркой из меди и цинка, происходило сокращение мышцы.
После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, электричество от которого передаётся по нервам. Он искренне верил в особые качества этого электричества по сравнению с открытым до него физиками. Именно так и была рождена теория «животного электричества», именно эта теория создала базу для возникновения в будущем электромедицины. Открытие Гальвани произвело сенсацию.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=71127226?lfrom=390579938) на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
Александр Волошин
Тип: электронная книга
Жанр: Неврология
Язык: на русском языке
Издательство: Автор
Дата публикации: 22.09.2024
Отзывы: Пока нет Добавить отзыв
О книге: • О том, как работает Сознание, знают все.