Текст книги "Тайны памяти (с иллюстрациями)"

Автор книги: Борис Сергеев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 20 страниц)

Проклятый вопрос

Зимой 1943 года, в самый разгар Великой Отечественной войны, из блокадного Ленинграда в Москву по ледовой «Дороге жизни», проложенной по льду Ладожского озера, вывезли вагон французского коллекционного вина «Сент-Эмилион» производства 1891 года. В летописях героических деяний военных лет вряд ли упоминается событие, казавшееся в то время малопримечательным. Только теперь, из нашего далека, можно оценить его по достоинству. Люди города-героя, замерзая в разрушенных нетопленных домах, умирая голодной смертью, не вскрыли печатей винных погребов, где хранились редкие коллекционные вина, не воспользовались крохами сахаров и виноградного спирта, содержащихся в бутылках.

Вино оберегалось, как и другие музейные ценности, которые вовремя не успели эвакуировать на Большую землю. Никто от шоферов, перевозивших вино, до высокого начальства не изъял ни одной бутылки не только корысти ради, но просто из обыденного человеческого любопытства, чтобы узнать, чем славно вино того далекого 1891 года. А ведь по тем суровым военным условиям списать любую недостачу, отнеся ее за счет рвущихся в городе тяжелых снарядов, ухабистой дороги, морозов, воронок во льду Ладожского озера, было бы совсем нетрудно.

Увы, дегустацию устроили в Москве. Вина в бутылках не оказалось, знатоки пригубили уксус. Натуральное вино, хотя и достигает своего истинного расцвета в старости, смертно, и век его относительно недолог. Так и со многими научными открытиями. Не успев расцвести, некоторые засыхают прямо на корню или, пережив эпоху бурного развития, неожиданно сходят со сцены. В настоящее время переживает кризис складывавшееся годами представление об одном из фундаментальнейших явлений в физиологии мозга – о тормозном процессе.

Более ста лет назад создатель отечественной физиологии И.М. Сеченов, экспериментируя на лягушках, сделал интересное наблюдение. Когда он накладывал на обнаженную поверхность мозга кристаллик каменной соли, лягушка менее торопливо вытаскивала свою лапку из слабого раствора кислоты. Сеченов объяснил это явление тем, что в нервной системе, кроме возбуждения, существует нечто противоположное ему – процесс торможения.

Выдергивание лапки из кислоты – рефлекс спинного мозга. Участия головного мозга не требуется. В этом нетрудно убедиться, следует просто отрезать лягушке голову и опустить ее лапки в 0,5-процентную соляную кислоту. Не пройдет и минуты, как обезглавленное тело обнаружит признаки жизни и вытащит лапы из стакана с раствором кислоты. Следовательно, извлечь лапки из кислоты лягушка прекрасно может без участия головного мозга, но, ежели ему приспичит, он в состоянии отсрочить осуществление рефлекса, замедлить его, в общем, затормозить, как принято теперь говорить.

Основоположник физиологии в России – И.М. Сеченов открыл явление. Другой выдающийся физиолог, Н.Е. Введенский, внес крупнейший вклад в изучение природы торможения. Идея торможения была безоговорочно принята мировой наукой. Вполне естественно, что третий крупнейший физиолог планеты, И.П. Павлов, взял идею торможения на вооружение условнорефлекторной теории работы головного мозга. Вполне логичная преемственность. Создание учения о торможении – крупнейший вклад отечественной физиологии в мировую науку.

Торможение, несомненно, центральное явление в работе мозга. Представление о торможении – основа, стержень всего учения о высшей нервной деятельности. Его изучают в школах, в биологических вузах. Студентам на экзаменах безжалостно ставят двойки за сравнительно небольшие неточности, а над древом торможения уже занесен топор. Не знаю, будет оно выкорчевано или срублено под корень. Могу утверждать лишь, что программы преподавания физиологии придется менять.

Наскоки на торможение начались давно. Под сомнением оказалось представление Павлова о локализации тормозного процесса. Ученый предполагал, что, когда мы, угашая условный рефлекс на звонок, перестаем подкреплять его пищей, торможение первоначально возникает в нервных клетках, воспринимающих звук звонка. Теперь вместо обычного возбуждения звонок якобы начинает вызывать их торможение. С каждым разом оно становится сильнее (а величина рефлекса соответственно падает), пока нейроны под действием звонка не окажутся полностью заторможенными и условный рефлекс перестанет осуществляться.

Против этого представления и восстало несколько физиологов. Ему противоречили факты о том, что и до и после угашения условного рефлекса первично чувствующие клетки мозга реагируют на условный раздражитель стандартным возбуждением. Как бы глубоко ни был угашен условный рефлекс на звонок, и собака и человек будут его отчетливо слышать. От павловского представления пришлось отказаться. По таким же соображениям нельзя считать, что угашение условного рефлекса объясняется возникновением торможения в исполнительном центре условного рефлекса. Условились, что оно возникает где-то посредине, в дуге условного рефлекса.

Подобные наскоки, устраняя отдельные неточности из созданного И.П. Павловым учения, не только не вносили сомнения в реальность самого торможения, а напротив – придавали представлению о тормозном процессе черты особой достоверности. Мелкие выпады против существующих представлений не были еще революцией.

Топор был поднят одним из учеников И.П. Павлова, академиком П.К. Анохиным. У него одна из лучших нейрофизиологических лабораторий мира. С тех пор как в руки физиологов попали осциллографы, позволяющие увидеть и зарегистрировать электрические реакции мозга, исследователи тщетно вели поиски. Импульсов торможения никто из исследователей не обнаружил. Возник вопрос: имеет ли торможение собственное внутриклеточное лицо? Есть ли, кроме внутриклеточного процесса возбуждения, еще и внутриклеточный процесс торможения?

Революция не дворцовый переворот. Ее свершению должны предшествовать определенные исторические изменения, должна созреть революционная обстановка. А как обстоит дело в физиологии высшей нервной деятельности? С чем столкнулось учение Павлова: с путчем или подлинной революцией?

Заглянем в труды самого Павлова. Внимательно прочитав его «Лекции о работе больших полушарий головного мозга» и два тома статей, объединенных общим заглавием «Двадцатилетний опыт объективного изучения высшей нервной деятельности (поведения) животных», мы увидим, что возбуждение и торможение рассматривались Павловым как два главнейших элемента поведения животных, а следовательно, и деятельности мозга.

Существовавший в те годы уровень развития науки еще не позволял проникнуть в физико-химическую основу жизненных явлений. Имея дело лишь с ответной реакцией организма, исследователи могли высказывать только догадки о мозговых механизмах, ее организующих. Изучение поведения, несомненно, позволяет анализировать работу мозга, но только ее конечный результат, и ничего не говорит о конкретной форме деятельности составляющих его нейронов.

Таким образом, все учение о соотношении возбуждения и торможения, «проклятый вопрос», как называл его Павлов, есть предположение, основанное на кажущемся логичным допущении, что за любой внешней деятельностью стоит возбуждение соответствующих нейронов, а прекращение реакции объясняется их торможением. И.П. Павлов был глубоко убежден, что соответствие между внешним и внутренним действительно есть. Естественно, упоминая торможение и возбуждение, он каждый раз не оговаривал, что это всего лишь гипотезы.

После смерти Павлова некоторые его ученики и последователи забыли, что речь шла лишь о предположениях. Понятия о внешнем проявлении поведения превратились в термины мозговой деятельности. Многие предположения И.П. Павлова приобрели значение аксиом, хотя никогда не были подтверждены экспериментально. Как справедливо замечает крупнейший нейрофизиолог Р. Гейз: «Биологическая наука страдает от догм сильнее, чем религия. Достаточно какому-нибудь биологическому явлению обратить на себя внимание, как оно переходит в разряд биологических догм».

В настоящее время существует ряд предположений о механизмах торможения условных рефлексов. Самой крайней и в то же время самой обоснованной точкой зрения является представление о том, что существует внешний тормозной эффект – прекращение какой-нибудь деятельности, но нет торможения как особого нервного процесса, противоположного возбуждению.

Предполагается, что тормозные эффекты возникают в результате столкновения двух возбуждений. Борьба не дает им выполнить свою непосредственную задачу, как ссора на коммунальной кухне мешает соседкам сосредоточиться на приготовлении обеда. Встреча двух возбуждений – это столкновение встречных поездов, приводящее к их остановке.

Если это предположение верно, придется отказаться от многих представлений учения о высшей нервной деятельности. В первую очередь о подвижности тормозного процесса. Раз торможения как такового не существует, значит, нечему и передвигаться! Таким образом, назрела необходимость пересмотра огромного куска теории высшей нервной деятельности, еще до недавнего времени казавшейся безукоризненной. Если читателю показалось, что стройное дерево павловской теории условных рефлексов рубят под корень, чтобы освободить от него физиологическую рощу, это, конечно, неверно. Ствол дерева ляжет в фундамент учения о мозге, но для этого его придется хорошенько пообтесать. Только тогда из него получится хорошая балка.

Двойняшки

Пять парадоксов

Уравновешенное, гармоничное соотношение пропорций, попросту говоря, симметрия в нашем представлении тесно связана с понятием красоты и совершенства. Это отнюдь не мнение дилетантов. Оно подкреплено бесчисленными свидетельствами авторитетов и в их числе такого знатока красоты, как древнегреческий ваятель Поликлет, созданиями которого человечество восхищается уже не одну тысячу лет.

Не случайно христиане, изображая бога как символ вечной истины и справедливости, чтобы подчеркнуть божественное совершенство всевышнего, рисуют его обязательно анфас, то есть в симметричном виде. По той же причине тяжеловесные культовые пирамиды майя, изящные греческие храмы, христианские соборы и базилики – словом, все места богослужения, а также административные здания обычно обладают зеркальной симметрией.

Если для доказательства того, что симметрия является символом совершенства, перечисленные примеры оказались недостаточно убедительными, можно сослаться на квантовую физику или математическую статистику. Нас интересует другое. Почему человек – венец творения природы на нашей планете – имеет лишь двойную симметрию, тогда как наиболее примитивные ее создания – сферические и обладают полной поворотной симметрией?

По свидетельству Платона, наиболее убедительный ответ на этот вопрос был дан древнегреческим философом Аристофаном на пиру у Агафона. Оказывается, когда-то люди были круглы и очень самодовольны от сознания своего совершенства. Чтобы смирить гордыню и лишить могущества, Зевс рассек чудо-человечков пополам, а Аполлону велел их лица повернуть назад, чтобы, смотря на разрез, человек был скромнее, и потом все это залечить.

Аполлон стянул со всех сторон кожу в то место, которое ныне называется животом, а отверстие на середине завязал, отчего образовался пупок. Приняв работу, Зевс напоследок пригрозил, что, ежели людишки и после того окажутся дерзкими и не захотят жить смирно, он снова разрежет их надвое, чтобы ходили на одной ноге. Не правда ли, странно, что Зевс не выполнил своего обещания!

Отбросим в сторону вопрос о происхождении билатеральной симметрии. Раз она есть, раз существует симметрия конечностей и многих органов тела, вполне понятна необходимость симметрии мозга, управляющего этими органами. Внешнее строение головного и спинного мозга убеждает в довольно строгой симметричности его частей, венцом которой является парность самых важных отделав мозга – его больших полушарий. Она кажется совершенно естественной, но скрывает ряд неожиданностей. Здесь нас ожидает пять парадоксов.

Во-первых, двигательные отделы правой половины мозга руководят работой мышц левой половины тела – и наоборот. Нервные волокна, несущие команды мышцам, выйдя из продолговатого мозга человека, совершают полный перекрест, переходя на противоположную часть спинного мозга.

В свою очередь, то же происходит и с нервными волокнами, несущими информацию от органов чувств (от глаз, ушей, вестибулярного аппарата, от рецепторов кожи и мышц). Вот вам второй парадокс. Только перекрест этот не полный. У человека перекрещивается примерно 50 процентов чувствительных волокон, то есть информацию от одного глаза в равной мере получают обе половины мозга. Конструктивные усовершенствования налицо. Двустороннее представительство органов кажется более надежным, хотя, с другой стороны, двойственность командования имеет неустранимые организационные трудности. Единоначалие лишено этих недостатков.

Подобное соотношение возникло в эволюции позвоночных недавно. На низших его ступенях, скажем у рыб, перекрест нервных волокон, несущих в мозг информацию, полный. Правый глаз посылает информацию только левой половине мозга, а левый соответственно – правой. Зато двигательные команды к мышцам приходят из обеих половин. Дальнейшее развитие пошло по пути: информацию в обе половины мозга, команды лишь из одной. Полная противоположность тому, что было заложено вначале. В чем смысл этого парадокса, сказать трудно.

Внутренние органы человека не имеют строгой симметрии. Сердце, желудок, кишечник, печень и селезенка есть в единственном числе. Казалось бы, центры для управления ими должны развиться лишь в одной из половин мозга. Ничего подобного не обнаружено, и в этом еще один парадокс. Вот четыре парадокса симметричного строения мозга. С последним мы познакомимся в конце главы.

Чердак

В Париже у здания Пастеровского института воздвигнут памятник лягушке. Недавно на средства, собранные студентами-медиками, как дань признательности этому живучему, терпеливому существу, излюбленному объекту физиологических и фармакологических исследований второй памятник установили в Токио. За заслуги в изучении мозга следовало бы отметить собаку и кошку. Памятник собаке водружен в Ленинграде у здания лаборатории И.П. Павлова, а вот кошка, насколько мне известно, еще ждет своей очереди.

Ни у кого не вызывает сомнения, что мозг – важнейший орган тела человека и высших животных. Правда, удаление головного мозга не влечет за собой немедленную смерть. В нем нет таких отделов, без которых жизнь не могла бы теплиться. Все жизненно важные функции по управлению кровообращением и дыханием сосредоточены в продолговатом мозгу. Остальное можно удалить, ничем не компенсируя работу утраченных частей мозга. Но что это за жизнь!

Если у кошки удалить лишь кору больших полушарий, животное становится глубоким инвалидом. У меня в лаборатории жили несколько таких кошек. Оперированные животные могли ходить, хотя и не очень уверенно, слышали, но не понимали того, что слышат. Различали свет от темноты, ощущали тепло, холод, боль, но пользоваться всей этой информацией были не в состоянии. Целый день они спали, пробуждаясь лишь для того, чтобы опорожнить мочевой пузырь и кишечник, или от голода и жажды. Сами есть они не могли. Найти пищу и понять, что это еда, даже если на нее и натыкались, кошки были не способны.

Кормить моих подопечных было одно мучение. Кошки не хотели открывать рот, а когда их пробовали кормить насильно, отчаянно кусались и царапались. Самым легким способом, хотя вряд ли он покажется достаточно гуманным, было сдавить кошке хвост. Животное приходило в ярость и пыталось кусаться, но я ничем не рисковал, так как она не способна догадаться, что обидчик сзади. Рассерженная бесполушарная кошка кусает пустое пространство перед собой. Гораздо опаснее моему лаборанту, который, воспользовавшись кошачьей яростью, пинцетом должен засовывать ей в рот кусочки сырого мяса. Когда они попадают на корень языка, кошка уже не может их выплюнуть. Мне нужно очень крепко держать ее за хвост; если она вырвется, вся нерастраченная ярость обрушится на лаборанта.

Бескорковая кошка останется инвалидом на всю жизнь. Ее ничему или почти ничему нельзя научить. Как известно, крупнейший английский нейрофизиолог Шеррингтон не принял условно-рефлекторную теорию как учение о высшей нервной деятельности. В 1912 году во время пребывания в Петербурге он посетил лабораторию И.П. Павлова и присутствовал на опыте. Полюбовавшись, как на звук звонка у собаки начинала капать слюна, и, видимо, желая избежать дискуссии, сэр Чарлз попробовал отшутиться. «Это напоминает, – сказал он, – нашу молитву перед обедом, – очевидно, молитва имеет для нас такое же значение, как для собаки звонок». Бескорковые кошки не способны усваивать подобные «молитвы», тем более вырабатывать более сложные условные рефлексы.

Основная функция коры больших полушарий – накопление жизненного опыта, или, на языке физиологии, образования условных рефлексов. Наш чердак, кора больших полушарий, самая важная часть головного мозга. Здесь средоточие всех высших функций, наш человеческий интеллект.

Раздвоение личности

Анализаторы всю собранную ими информацию направляют в кору больших полушарий. Обе половины мозга информированы одинаково. А могут ли братья-двойники – полушария головного мозга – обмениваться информацией?

Ответить на этот вопрос нетрудно, нужно лишь добиться, чтобы информация поступала только в одну половину мозга. Для этого производят специальную операцию. Если кошке рассечь хиазму (место переплетения волокон зрительных нервов), имеющую вид буквы X, таким образом, чтобы получились знаки больше и меньше (> и <), каждый глаз сможет посылать информацию только в свою половину мозга. Затем животному накладывают на один глаз повязку и обучают находить корм в кормушке, над которой вешается какая-нибудь картинка, например квадрат. Когда животное запомнит рисунок и перестанет ошибаться, повязку переносят на другой глаз. Обычно кошка отлично выдерживает экзамен. Ее правый глаз узнает то, в чем умел разобраться левый. Способность «двойняшек» обмениваться информацией не вызывает сомнений.

Для подобных экспериментов природа создала готовые модели. У низших позвоночных зрительный нерв делает полный перекрест, поэтому каждый глаз посылает информацию только в противоположную половину мозга. Опыт повторили на золотых карасях и убедились, что и их полушария обмениваются информацией. Увидев необученным глазом сигнал опасности, рыба так энергично и уверенно спасалась бегством, что не было никаких сомнений в уровне знаний специально не обучавшейся половины мозга.

С более сложными задачами справиться оказалось не так легко. Во второй серии опытов рыбка, увидев на белом фоне три горизонтальные зеленые полоски, должна была как можно скорее удрать в соседний отсек, открыв носом легкую дверку. Когда же на картинке оказывались красные пересекающиеся между собой полоски, ей следовало оставаться на месте, так как в этом случае дверь была заперта и об нее можно было сильно расквасить нос.

Когда золотые рыбки достаточно хорошо усвоили урок, им устроили экзамен. Вопросы были с подвохом. Их сначала задавали обученному глазу. Теперь экзаменатор показывал золотому карасю или три красные горизонтальные полоски, или зеленые пересекающиеся. Рыбе предстояло определить свое отношение к новым картинкам, решить, что важнее: форма или цвет. Караси выбирали форму. Вид горизонтальных полосок их пугал, несмотря на то, что они были окрашены в красный цвет. К зеленым перекрещенным полоскам рыбы остались равнодушны.

Затем экзаменационные билеты предъявляли необученному глазу. Ответ необученной половины мозга разительно отличался: караси реагировали на цвет. При виде зеленых пересекающихся линий они опрометью бросались прочь, при показе горизонтальных красных – оставались на месте. Произошло настоящее раздвоение личности. Каждая из половин рыбьего мозга поступала по-своему.

Этим экспериментаторы не удовлетворились. Они решили создать конфликтную ситуацию, показав правому и левому глазу одну и ту же картинку – зеленые перекрещивающиеся полосы. Для обученной половины мозга картинка была приказом оставаться на месте, для необученной – сигналом опасности. Началась внутримозговая борьба. В конечном итоге верх взял «неуч»: нерешительно потоптавшись на месте, карась уплыл за перегородку. На другой день рыба тяжело заболела. «Ум за разум зашел», – довольно метко определили служители аквариума.

У высших животных обмен информацией между двойняшками идет очень легко. Оба полушария связывает между собой мозолистое тело – массивное образование, состоящее из волокон белого вещества, то есть десятков миллионов отростков нервных клеток, по которым, как по проводам, в обе стороны нескончаемым потоком льется каскад информации. Если кошке перерезать мозолистое тело, обмен информацией практически прекратится. Теперь правая половина мозга не будет знать, что видит левый глаз, а левая – что правый. У кошки может наступить такое же раздвоение личности, как у карася в сложной ситуации. Оперированную кошку нетрудно научить бежать к кормушке при показе картинки правому глазу и в страхе вихрем взлетать на шкаф при предъявлении того же рисунка левому глазу.

Перерезка мозолистого тела прерывает у кошки главные пути коммуникаций, но начисто не уничтожает способность полушарий обмениваться информацией. Она может совершаться окольным путем через другие отделы мозга. Этот путь дает возможность передавать только очень простые сообщения. Если одно полушарие кошки обучать различать свет яркой и тусклой лампочек, она с грехом пополам поделится почерпнутыми сведениями с другим, но о передаче более сложных сведений не может быть и речи.

Все, что сказано о зрении, справедливо и для других органов чувств. Обезьяна, научившаяся после рассечения мозолистого тела левой рукой выбирать среди одинаковых по форме и цвету шаров самый тяжелый, не может сделать то же правой. Она будет играть шарами, катать их, нюхать, пробовать на зуб, но прикинуть их вес ей и в голову не придет. Такое впечатление, что в ее черепной коробке помещаются мозги двух разных обезьян.

Логично было предположить, что при раздельном обучении почерпнутые сведения сначала прочно фиксируются в тренируемом полушарии, а затем на досуге в минуты отдыха, пользуясь временным перерывом в работе, поумневшее полушарие спешит подучить второе. Предположение не оправдалось. Если одно полушарие кошки с рассеченной хиазмой быстро обучить чему-нибудь, а затем сразу же положить ее на операционный стол и перерезать мозолистое тело, объем знаний второго полушария не пострадает.

Значит, оба полушария обучаются одновременно. Хотя до второго полушария раздражения не доходят, обучаемое полушарие пересказывает ему тотчас же все, что видит само. «Двойняшки» – дружные ребята! К таким же выводам пришел известный чешский физиолог Я. Буреш, применив метод распространяющейся депрессии. Если на поверхность мозга капнуть каплю хлористого калия (а это можно сделать, не вскрывая черепа, через заранее вживленную канюлю), происходит деполяризация клеточных мембран, распространяющаяся во все стороны со скоростью три миллиметра в секунду, как круги от брошенного на поверхность воды камня. Зная размер мозга, нетрудно рассчитать, сколько времени потребуется, чтобы волна депрессии охватила все полушарие. Работа корковых нейронов прерывается на время от нескольких десятков минут до нескольких часов. Этот способ очень удобен для непродолжительного выключения деятельности мозговых полушарий.

Буреш вызывал у крыс депрессию одного полушария и обучал второе. Затем животному давали отдохнуть. На другой день, вызвав предварительно депрессию в обученном полушарии, устраивала экзамен необученному. За время отдыха у полушарий было достаточно времени, чтобы обменяться информацией и ликвидировать пробел в знаниях одной из половин мозга. Мозг крысы не использовал эту возможность. Обученное полушарие ни словом не обмолвилось с необученным, даже не намекнуло ему ни о чем.