Текст книги "Передача мыслей"

производить мед, точно так же по нашим глазам, ушам, мозгу, по всем костям нашего черепа, по

всей нервной системе нашего тела, мы узнаем, что мы созданы, чтобы переработать все, воспринимаемое нами от нашей земли, в особую энергию,…это «таинственный» ток, который мы

называем мыслью»…

Морис Метерлинк («Жизнь пчел»).

Наши познания в физике слабых токов, особенно в связи с тем развитием науки и

техники радиосношений, свидетелями коего мы являемся за последнее время,

открывают много заманчивых перспектив и при изучении процессов, имеющих место

в нервной системе живого организма.

Электрофизиология, как наука, вообще говоря, может считаться обоснованною уже

130 лет тому назад исторической работой Гальвани (1791, «De viribus Electricitatis in motu muskulari Commentarius»). Впоследствии к этому имени присоединилась целая

плеяда славных имен и других исследователей (1), развивших учение о животном

электричестве, основываясь, главным образом, на изучении, т. наз., мышечного тока.

В этом направлении ими проделана громадная работа, позволяющая ныне иметь

вполне определенное представление о наличии и о природе электрических явлений

при процессе работы мышц.

Несколько иначе обстоит дело с разработкой вопроса об электрических явлениях

при процессах работы нервов.

Даже самый факт наличия этих явлений во время прохождения «нервного тока» в

нервах, как будто оспаривается мнениями некоторых авторитетов по психологии (2),

определенно отрицающих какую бы то ни было тождественность между «нервным

током» и электрическим.

С другой стороны, попытки применения электронной теории к объяснениям

процессов проводимости в н.с. (нервная система) и нервных центрах, весьма

многочисленны, и мы имеем массу экспериментальных данных, доказывающих

наличие явлений электрического свойства в нервах. Правда, достаточно полной

картины протекания этих явлений в нервах попытки эти не дают.

Таким образом, продолжают существовать мнения как бы двух противоположных

лагерей: с одной стороны мнение некоторых психологов-гуманистов, отрицающих

электропроявления в нервах, с другой стороны, базирующееся на точных опытах

мнение большинства ученых физиологов о том, что эти явления именно имеют место

при работе н.с.

Мнения всех, однако, сходятся в том, что во время действия нервов, или при

прохождении «нервного тока», в нервах происходят химические процессы распада и

восстановления нервного вещества.

Вместе с тем известно также, что всякая химическая реакция неизменно

сопровождается возникновением, а стало быть и работой некоторых электрических

сил, поэтому, надо полагать, что и химическая реакция вещества в нервах должна

неизбежно сопровождаться образованием и действием таких сил в нервах.

Т.обр., по-видимому, должно подтвердиться мнение сторонников наличия

электроявлений в н.с., в ущерб противному мнению. Весь вопрос лишь в том, каков

порядок (или какова природа) этих электроявлений.

Последние успехи теории колебательных токов, разработанной особенно хорошо в

применении к технике радиосвязи, дают нам возможность пролить свет на многие,

сюда относящиеся, вопросы, т.к. до сих пор делавшиеся попытки еще совершенно не

утилизировали того богатого запаса достижений, который получен техникой

колебательных токов.

Выдвигаемая ниже теория колебательных разрядов в н.с., впервые как будто делает

попытку восполнить этот пробел, давая возможность отчасти разрешить те вопросы и

неясности, которые остаются еще не решенными при прежних попытках применения

электронной теории. В числе пионеров в этой области следует упомянуть прежде

всего акад. Бехтерева(3).

Как известно, теория нейрона принимает, что нейроны нигде друг в друга не

переходят, а их разветвления только соприкасаются друг с другом, причем тесное

соприкосновение, – контакт на границах звеньев нейронных цепей, достигается лишь

посредством склеивания нейроплазмы, и нейрофибриллярный аппарат каждого звена

цепи, каждого нейрона, является изолированным, замкнутым, целым.

Т.к. возбуждение все же может переходить через этот контакт, то Бехтерев

объясняет это тем, «что соприкасающиеся части нейронов представляют собою как бы

обкладки конденсатора и потому, когда на одной обкладке, т.-е. на одной дендрите

( разветвлённый отросток нейрона – прим. ред.), или перицеллюлярном аппарате

((греч. peri– вокруг + лат. cellula клетка) совокупность концевых разветвлений аксона

(нейрит (длинный цилиндрический отросток нервной

клетки), оплетающих тело нервной клетки и обеспечивающих передачу нервных импу

льсов. – прим. ред.), появляется электрический нервный ток, обыкновенно обратного

направления, и потому в дендритах двух соседних клеток сохраняется свойственное

им направление тока».

Эта теория акад. Бехтерева, очевидно, была рассчитана лишь для объяснения,

вообще, возможности перехода тока через контакт электрическим путем, оставляя в

стороне вопрос о сущности и природе самого электротока, позволяющего «нервному

току» пройти через этот контакт-конденсатор.

Тем самым теория эта не затрагивает всех тех последствий, которые были бы

свойственны тому или иному виду электротока в н.с.

Поэтому, ниже мы поставили себе задачей, более полно использовать намеченный

Бехтеревым путь и попытаться рассмотреть, какого рода электроток возникает в н.с.

во время ее работы, каковы роль и влияние при этом дендритов-конденсаторов, и

наконец, какова полная схема электродействия нейронов, поскольку это следует из

теории колебательных токов, на которой мы далее будем базироваться, основываясь

на элементарных сведениях из радиотехники.

Как известно, вещество нерва является электролитом. Электролит же отличается от

металлического проводника только тем, что проходящий через него ток вызывает

явление распада, расщепления, диссоциации и ионизации молекул вещества. Во всем

остальном электролит сохраняет все особенности металлического проводника тока.

Известно так же(4) что, как только достаточная часть молекул электролита тем или

иным расщепиться, получается электроток из двух противоположно направленных

потоков положительных и отрицательных ионов. Уподобляя электролиту вещество

нерва, мы тем самым уже должны согласиться, что химическая реакция распада

молекул нервного вещества неизбежно должна сопровождаться возникновением

электротока в нервах. Но другое дело, какого рода этот электроток?

Признавая конденсаторную роль дендритов допустимою, мы тем самым

предрешаем, пожалуй, что в н.с. должен циркулировать переменный электрический

ток, иначе явление конденсатора в н.с. при постоянном токе давало бы понятие о

статическом состоянии электричества в н.с., а не о динамическом, в то время, когда

только динамическим состоянием его можно объяснить проводимость нервного

возбуждения в поступательном движении от одного конца нервной нити к другому.

Т.обр., как будто, ток должен быть скорее переменный, чем постоянный.

Однако, имеющиеся в специальной литературе (1) на этот предмет указания,

обоснованные, главным образом, исследованиями процессов разложения и ионизации

молекул электролита, дают понятие об образовании постоянного (гальванического)

электротока, возникающего при этих процессах.

Т. обр., как будто и химическая реакция распада нервного вещества при

возбуждении нервов должна сопровождаться возникновение в нервах постоянного

электротока, проходящего по нерву, как по проводу телеграфной линии.

С другой стороны, Чаговец показал, напр. (1), что для теоретического анализа

явлений, наблюдаемых при возбуждении нерва, нельзя пользоваться математическими

формулами, выведенными для проводов с постоянным током, а требуется вести анализ

по другому пути, ибо экспериментальным путем доказано, что при возбуждении нерва

постоянным током получается периодический характер возбуждения, дающий понятие

о периодических электроявлениях в нервах. Т.обр., для полного объяснения всех

явлений, наблюдаемых на нервах, приходиться допустить, что кроме свойств

проводника постоянного тока, нерв представляет из себя сложный колебательный

феномен, в котором возникает периодический ряд волн попеременно то в одном, то в

другом направлении.

Чтоб примирить эти кажущиеся разногласия между теорией и опытом, мы нашли

необходимым попытаться рассмотреть, какие явления имели бы место в нервах, если

допустить возможность прохождения по ним и переменного (колебательного) тока.

Впрочем , это допущение делается не впервые.

Некоторый намек на переменный ток дает нам также и теория Бехтерева, говоря о

перемежающихся направлениях тока на двух соседних нейронах.

Точно также существуют на этот счет предположения и других авторов (напр., Дю

Буа-Реймона, а также и Германа(1), настолько впрочем не ясно выраженные и

нерешительные, что представляется необходимым более подробно остановиться на

исследовании этого вопроса. Для начала рассмотрим контакт нейронов, как явление

конденсатора в цепи переменного тока, следуя изложению (5) элементарного учебника

радиотехники. Представим себе два соседних нейрона ab и cd с конденсатором

bc(рис.1). Вообразим для удобства понимания, что остальная нервная система

включена между точками a и d нейронов, составляя, таким обр., замкнутую цепь

abcda, по коей курсирует переменный ток, так что и точки a и d составляют как бы

зажимы, ведущие к воображаемому источнику переменного тока ~.

«Так как разность потенциалов у зажимов источника тока, благодаря переменному

току, все время меняется, то постоянного равновесия между разностью потенциалов у

зажимов источника и напряжением на обкладках конденсатора быть не может.

В первый момент t1(рис.2), когда ток начинает идти от а к обкладке b, эта последняя

начинает заряжаться положительно. Когда эдс (электродвижущая сила) зажима (а) в

момент t2 достигает своего максимума, напряжение на обкладке b конденсатора тоже

начнет от нуля достигать своего максимума. Но с этого момента (t2) потенциал зажима

а начнет уменьшаться и станет понемногу меньше потенциала обкладки b

конденсатора. С момента t3 эдс зажима (а) от нуля опять начнет возрастать, но в

обратном направлении, т.-е. будет уже не (+), а (-). В это время напряжение на

обкладке b равно было максимуму, но ток, постепенно уменьшаясь, стал идти в том же

направлении и обкладка b начнет перезаряжаться. К моменту t4 опять получиться

максимальное напряжение у зажима (а) и нулевое у обкладки (b), потом к моменту t5

напряжение зажима (а) опять начнет уменьшаться, и т.д.

Итак, в данном случае в цепи с переменным током, при наличии в ней

конденсатора, ток будет циркулировать с постоянным опережением эдс на некоторую

часть периода. При этом напряжение конденсатора по своему направлению

противоположно направлению эдс источника.

Эта особенность конденсатора не дает току достигнуть своей величины, поэтому

она является как бы добавочным сопротивлением и носит в радиотехнике название

емкостного сопротивления. Его можно исчислить по формуле, известной из

радиотелеграфии: 1/2πnC

, где n – частота периодов переменного тока

в сек. C – емкость конденсатора в фарадах (F, Фара д (обозначение: Ф, F) —

единица измерения электрическойёмкости в Международной системе

единиц (СИ) (ранее называлась ара да). – ред.).

Величина действующей силы тока в таких условиях выражается формулой:

Где: E – напряжение в вольтах, R – омическое сопротивление. При этом выражение

под чертой наз. « кажущимся сопротивлением емкости».

Выше мы видели, что при конденсаторе в цепи переменного тока получается сдвиг

фаз эдс и тока, т.-е. ток опережает эдс, при чем сила тока уменьшается.

Если же мы представим себе бесконечное количество конденсаторов в н.с., то тогда

к концу какой-нибудь одной нервной нити, ток проходил бы, очевидно, слишком

слабым, если не предполагать возможности полного поглощения его на преодолевание

конденсаторных (емкостных) сопротивлений. Т.обр., придется предположить либо

незначительность роли упомянутых конденсаторов в н.с., либо искать других

факторов, ослабляющих, или даже могущих уничтожить эту отрицательную роль

дендритов-конденсаторов.

Размеры дендритов, по сравнению с длиной нейрита (нейрит – иначе аксон –

отросток нервной клетки, проводящий импульс от этой клетки к иннервируемым

органам и другим нервным клеткам – ред. ) не всегда могут быть названы

незначительными, поэтому нередко и с конденсаторною ролью их приходится

считаться всерьез.

В поисках за факторами, уничтожающими емкостное сопротивление дендритов, нам

удалось установить возможность наличия таковых факторов в самом нейроне. Речь

идет о спиральных волокнах нейрона в некоторых нервных структурах, а также о

фибриллах (фибрилла – тончайшая нитевидная белковая структура в клетках и тканях

животного организма – ред. ), которые, в случае, если нерв не растянут, ложатся

пружинообразно.

Значание этих спиралей усматривается из дальнейшего.

Известно, что каждый проводник тока обладает самоиндукцией (Самоиндукция —

это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении

протекающего через контур тока. – ред. ). Самоиндукция стремится всегда

поддерживать существующее в проводнике состояние электричества; самоиндукция –

это как бы электрическая инерция.

Проводник тока, свернутый в спираль, представляет собою, т. наз., соленоид

( Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из

провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр. – ред. ).

Каждый виток соленоида образует вокруг себя магнитное поле, которое по

направлению своих силовых магнитных линий, совпадает и суммируется с полями,

образованными другими витками такого же соленоида. Поэтому величина

самоиндукции соленоида, по сравнению с таковою у прямых проводников, настолько

значительна, что эта последняя на практике может почти не приниматься во внимание.

При этом магнитное поле, образуемое витками соленоида, оказывается вполне

сходным с полем обыкновенного магнита. Сила Ф этого поля, как известно из физики,

зависит от силы тока I, числа витков соленоида n', магнитной проницаемости μ среды, заключенной между витками, диаметра d проводника и длины 1 катушки соленоида

(не вытянутой). Зависимость эта выражается формулой.

Величина эдс самоиндукции зависит от скорости изменения магнитного потока, т.е.

от:

А т.к. в соленоиде с n' витками эдс самоиндукции будет равна:

,

то, подставляя сюда формулу I,получим:

Первая часть этого уравнения есть величина постоянная, ибо зависит только от

формы и материала проводника и для нашего случая может быть лабораторным путем

когда-нибудь определена. В технике колебательных токов она называется

коэффициентом самоиндукции и обозначается буквой L. Итак:

Единицей самоиндукции служит Генри (Н).

Благодаря влиянию «электрической инерции», возникающая в соленоиде при

переменном токе эдс самоиндукции не дает току своевременно появляться и нарастать

до нормальной величины, она является, значит, как бы добавочным сопротивлением,

которое наз. индуктивным и равно: 2πnL, где: n – число периодов тока.

Т. обр., величина действующей силы тока в цепи с соленоидом определяется

формулой:

при этом выражение под чертой будет носить название кажущегося сопротивления

самоиндукции.

В цепи переменного тока с соленоидом ток и эдс не будут возникать одновременно,

т.-е. не будут в одной фазе, а получится отставание фазы тока от фазы эдс.

Как мы видели раньше, при наличии одного лишь конденсатора в цепи переменного

тока (т.-е. без соленоида), получалось опережение фазы тока перед фазой эдс, т.-е. как

раз обратное тому явлению отставания тока от эдс, которое только что было

установлено выше при наличии в цепи одного лишь соленоида (без конденсатора).

Таким образом, конденсатор и соленоид, т.е-е. емкость и самоиндукция в цепи

переменного тока, это явления как бы противоположные друг другу и при

последовательном включении их, действие одной уничтожает другое действие другой

( в случае резонанса, – равенства этих сопротивлений).

Очень важно нам установить на этом месте , что схема двух соседних нейронов

(рис.3) может представлять из себя именно последовательное включение

конденсаторов-дендритов и соленоидов – витков спирального отростка нейрита.

В случае равенства индуктивного сопротивления дендритов, оба сопротивления

взаимно уничтожаются, и ток, благодаря этому получается такой величины, как будто

бы в цепи было одно лишь омическое сопротивление, т.-е. получается известное в

технике радиосвязи явление электрического резонанса.

,

И тогда действующая сила тока определяется по формуле

а так как в случае резонанса

,

то сила тока:

Этим именно явлением резонанса можно попытаться более или менее объяснить,

каким образом исчезающее слабый электроток в нервах, при относительно большой

длине достигает цели. Конечно, явление самораспада и автоматического

восстановления нервного вещества, силами организма, доставляя постоянный ток для

зарядки конденсатора, играет значительную роль в деле проводимости. Но резонанс

содействует общему делу проводимости, в особенно трудных для нашего понимания

местах перехода – контактах, поэтому важным является установить возможность

наличия и этого явления в н.с.

Если бы удалось лабораторным путем определить величину емкости дендритов, и

самоиндукции витков фибриллярной нити нейронов, то из равенства II можно было бы

вычислить величину периода колебаний T, основываясь на том, что:

так что:

откуда:

или:

Это важнейшая в радиотехнике формула (III), устанавливающая зависимость

периода T от самоиндукции и емкости наз. формулой Томсона.

Попытавшись более или менее удовлетворительно объяснить возможность и

порядок электрических явлений в н.с., мы вместе с тем неожиданно получили

возможность объяснить явления и другого порядка, ещё более подтверждающее

правильность сделанного нами предположения о колебательном токе в н.с.

Из радиотелеграфии известно, что замкнутая колебательная цепь проводов

переменного тока, содержащая конденсатор и витки соленоида, и обладающая

некоторым омическим сопротивлением, является прибором, возбуждающим

электромагнитные колебания высокой частоты, и вместе с тем излучающим наружу

волны соответствующей длины. Такая цепь носит название вибратора.

Поэтому является вопрос, не представляют ли из себя таких вибраторов и

соприкасающиеся друг с другом нейроны, которые в таком случае, очевидно, также

способны были бы производить и излучать наружу электромагнитные волны.

Для того, чтобы убедиться в этом, рассмотрим подробнее действие такой схемы,

содержащей конденсатор и соленоид.

Для начала представим себе схему (рис.4) пока разомкнутой. К обкладкам

конденсатора вообразим приложенными зажимы от какого-либо источника энергии,

заряжающего конденсатор (постоянным током) до насыщения.

Заряженный конденсатор создает вокруг своих обкладок электрическое поле, при

чем энергия этого поля зависит от емкости и напряжения конденсатора. Будучи по

своему роду статической энергией, она выражается по формуле:

где: V – напряжение конденсатора.

Если же теперь в момент t1 (рис. 4 и 5), когда напряжение конденсатора достигло

максимума, отделить источник постоянного тока и замкнуть цепь, то конденсатор

начнет разряжаться. В следующий момент t2 (рис. 6) статическая энергия

конденсатора, или что то же, его электрическое поле начнет уменьшаться, зато

появляется динамическая энергия в виде движущегося тока, и образуемого током в

соленоиде магнитного поля ( а в проводниках тепла). Эта динамическая энергия

равняется:

В момент t, сила тока была равна нулю, т.к. цепь была ещё разомкнута и

электрозаряды конденсатора были в покое. После того, как цепь была замкнута, в

момент t2, конденсатор должен был бы разрядиться моментально.

Однако, в момент появления тока возникает сейчас же в соленоиде магнитное поле,

которое будет индуктировать в цепи экстраток направления обратного направлению

главного тока. Этот экстраток соленоида как бы мешает конденсатору разряжаться

моментально.

В этом именно и состоит важное для нас свойство витков фибриллярной нити

нейронов, как соленоида.

В момент t3 (рис.7), когда сила тока в соленоиде достигла максимума и создалось

максимальное магнитное поле, статические заряды конденсатора, а значит, и его

электрическое поле перестали существовать, т. обр., исчезла основная причина

электротока, который, казалось бы, должен был бы прекратиться, а за ним и магнитное

поле должно бы исчезнуть. Но благодаря влиянию инерции самоиндукции, явление

это также не может произойти мгновенно. Исчезая, магнитное поле индуктирует свой

ток, стремящийся сохранить прежнее направление магнитного поля, а значит и

прежнее направление тока.

Т.к. в момент t3 конденсатор был разряжен, ток же продолжает идти, то, начиная с

этого момента, будет происходить перезарядка конденсатора. В это время, в момент t4

(рис.8) магнитное поле в соленоиде начнет исчезать, а в конденсаторе появляться

электрическое поле.

Когда, наконец, в момент t5 (рис.9) ток в соленоиде будет равен нулю, и магнитное

поле исчезнет, получится прежнее состояние системы, как и в момент t1, только с

обратным расположением знаков. С момента же t6 (рис. 5) начинается новый разряд

конденсатора. В момент t7 (рис. 5) в цепи существует опять максимум тока и

магнитного поля в соленоиде, при полном отсутствии напряжения и электрического

поля в конденсаторе. Вслед за моментом t7, в момент t8 (рис. 5) начинается новое

перезаряжение конденсатора, и, наконец, с момента t9 (рис. 5) все явления в цепи

повторяются в прежнем порядке, как с момента t1.

Итак, мы видим, что по этой схеме неизбежно должен циркулировать

колебательный переменный (синусоидальный) ток, а перед тем ведь существовал, как

первопричина и постоянный. Возникает новая задача, объяснения взаимоотношений

между этими двумя токами в н.с.

Как мы видели, и разряд конденсатора при таких условиях является колебательным.

Явление же попеременного превращения электрического поля в магнитное и обратно,

магнитного в электрическое, должно неизменно сопровождаться излучением наружу

электромагнитных волн (Герца) некоторой частоты:

Как сказано было ранее, часть статической энергии конденсатора при его разряде

превращается в тепловую энергию, нагревающую проводник – нерв. Отсюда можно

заключать, что при работе нервов должно происходить также согревание организма,

т.е. нервы также суть один из источников тепла в живом организме.

Эта тепловая энергия равняется:

Уменьшение статической энергии при разряде конденсатора за время ∆ t равно

сумме из тепловой и динамической энергии (по формуле Томсона):

В общей работе цепи явление колебаний сопровождается всегда потерями. Для

нашего случая представляется интересным сопоставить значение потерь для схемы

нейронов, с потерями в схеме радиостанции.

Из всего числа потерь, в радиотехнике известны:

1) потери на нагревание; 2) на излучение; 3) на истечение с обкладок конденсатора; 4) конденсаторный гистерезис (Гистерезис (от греч. hysteresis – отставание,

запаздывание), явление, которое состоит в том, что физическая величина,

характеризующая состояние тела (например, намагниченность), неоднозначно зависит

от физической величины, характеризующей внешние условия (например, магнитного

поля. – ред.); 5) магнитный гистерезис; 6) токи Фуко.

Потери на нагревание зависят от величины омического сопротивления проводников,

для живого организма неизбежны, предполагая наличие такового сопротивления, но,

очевидно, они не могут считаться для организма ни вредными, ни бесполезными, т.к.

доставляют ему тепло. По-видимому, потери эти здесь по величине ничтожны, если

принять во внимание исчезающее малую величину самого электротока в н.с.

Работа н.с. на излучение как раз нас интересует и потери на излучение в нашем

случае, как и в случае радиостанций, не считаются вредными или бесполезными.

Для избежания потерь на истечение электричества с обкладок конденсатора, а

также, чтобы избегнуть потерь на конденсаторный гистерезис, необходимо обкладки

конденсатора погрузить в жидкий (или др. рода) диэлектрик. В данном случае