Текст книги "Тайны, догадки, прозрения (Из истории физиологии)"

Автор книги: Минионна Яновская

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 11 страниц)

В живом организме впечатления объединяются, анализируются и синтезируются в центральной нервной системе; в автоматах – в центральной системе управления. Уравновешивание автомата со средой так же необходимо, как уравновешивание с ней же организмов животных и человека. В организме существует целая батарея «приборов»: «термометры», регуляторы кровяного давления, регуляторы насыщенности крови кислородом, обмена веществ и множество других. Множество разнообразных регуляторов существует и в автоматических устройствах. В организмах животных и человека, способных совершать такие же действия, как и вычислительная система, существуют идеальные реле – нейроны. Под влиянием электрических токов они обнаруживают довольно сложные свойства, но обычно ведут себя по принципу «все или ничего» – либо находятся в покое, либо возбуждены. Активная фаза, передаваемая от возбужденного нейрона к другому с определенной скоростью, как бы «исчерпывает его силы» и наступает период, когда нейрон неспособен приходить в возбуждение. Его можно уподобить реле с двумя состояниями активности: возбуждением и покоем, из которого и нейрон, и реле снова могут прийти в возбуждение.

И дальше Винер делает логическое предположение.

Он говорит: кажется вполне установленным, что после рождения ребенка в мозгу человека не образуется новых нейронов; возможно, хотя и не доказано, что не образуется и новых синапсов; правдоподобна догадка, что основные изменения порогов в процессе запоминания – суть их повышения. Если это так, то наша жизнь построена по принципу «шагреневой кожи» Бальзака. Процесс обучения и запоминания истощает наши способности обучаться и запоминать, пока жизнь не расточит основной капитал жизнеспособности.

Возможно, этим объясняются некоторые процессы старения.

Модель нейрона была создана силами первых ученых-кибернетиков. Они, естественно, встали перед такой необходимостью, коль скоро намерены были «копировать» работу своих машин с человека и прежде всего его высшей нервной деятельности. А нейрон – основа головного мозга, а человек – наилучший образец функционирующей саморегулирующейся системы. Машины, по замыслу кибернетиков, следовало создавать, по возможности, такими же совершенными и такими же способными к обучению. Винеру просто необходимо было «влезть» в самое потаенное – в головной мозг человека.

И напрасно его противопоставляли Павлову – в своих трудах Винер и сам пользовался учением великого русского физиолога: писал, что в природе вычислительных машин нет ничего несовместимого с условными рефлексами и что вполне возможно построить машину, в которой информация будет «записываться» таким же образом, как у человека.

Чтобы построить модель нейрона, надо было определить его характеристики. Но все параметры нейрона неведомы ни одному ученому в мире; те же, которые известны, чрезвычайно сложны и многообразны. Оставалось воспользоваться только некоторыми свойствами и способностями нервных элементов. Иными словами, создать модель только по основным принципам деятельности нейрона, разложив сложное на простое.

В дальнейшем создание радиоэлектронных моделей неопровержимо доказало, что программа простых правил может лежать в основе сложных форм деятельности мозга.

Те, кто моделировал нейрон, вынуждены были пренебречь многим из жизни реальных нейронов: биохимическими и биофизическими процессами, структурой белковых молекул, характером обмена веществ и многим другим. У истинного нейрона были позаимствованы главные признаки – алгоритмы, – и на основании абстрактных представлений создана теория нервной сети. Подобно геометрии, заимствующей у природы основные понятия и опирающейся на создание абстрактных представлений – треугольник, трапеция и т. д., – а затем применяющейся для решения конкретных практических задач, теория нервной сети принесла неоценимую пользу для изучения головного мозга.

Модель нейрона, как и всякая иная модель, не обеспечивает полного тождества с биологической системой – она обеспечивает тождественность в протекании процессов, для изучения которых создана.

Что нового может дать кибернетика для изучения механизмов головного мозга?

Головной мозг – сложная функциональная система, и никакое изучение отдельных его частей не в состоянии определить его работу в целом. Модель нейрона, теория нервной сети потому и завоевали популярность, что благодаря им открылась возможность постижения деятельности мозга как системы. Кибернетика способствовала изучению высшей нервной деятельности в степени, немыслимой в эру до нее. И не только способствовала – дала толчок, потому что позволила заглянуть в то, чего никто никогда не видел: в «черный ящик»– внутренний, невидимый механизм работы мозга.

Сцепление никогда прежде не стыковавшихся наук – физиологии и математики – на той самой «ничейной территории» не просто вызвало к жизни нечто, прежде не существовавшее – кибернетику; сама кибернетика создала «неразрывное кольцо» с наукой о высшей нервной деятельности.

От развития одной из двух наук зависит прогресс другой. Кибернетика создала модель нейрона и изучила его количественные признаки; изучение мозга физиологами приблизилось к точной науке; моделируя процессы самоуправления животными и человеком, кибернетика получила возможность создавать саморегулирующиеся механические системы. Вплоть до межпланетных кораблей.

Как сумел мозг человека достигнуть таких поразительных успехов в изучении и копировании самого себя?

Вероятно, права Бехтерева, предполагая, что в какой-то миг, в какой-то час «произошла общая активация мозга человечества». Выскочили, проявились, пришли в действие его колоссальные резервы…

Не может быть и речи о сведении психических процессов к процессам, происходящим в машинах, как бы совершенны они ни были, – но ведь помогли же эти машины в изучении психических процессов. Не может быть и речи об уподоблении машин человеку, – но ведь осуществляют они действия, присущие только людям.

Успехи во всю историю человечества неслыханные… Но как же далеко «копии» до «оригинала»! В чем-то дистанция между ними, вероятно, уменьшится со временем, но никогда ей не исчезнуть.

…Это я позволила себе порассуждать, в смысле человеческого общения с читателем. У меня нет уверенности, что все на свете ученые разделяют эту точку зрения. Я даже не имею возможности научно объяснить ее. Впрочем, Винер объяснил…

На практике, помимо прочего, есть весьма существенная кардинальная разница между «машинными» действиями человеческого мозга и «человеческими» действиями всякой электронной машины.

Мозг выполняет любую операцию по программе, органически связанной с ним и хранящейся в нем самом. Кибернетические машины работают по программам, созданным и закодированным для них человеком.

Надежность работы мозга не определяется надежностью работы единичного нейрона. Даже если многие составные части необратимо повреждаются, это не приводит к необратимым нарушениям деятельности мозга. Ежедневно у взрослого человека отмирают десятки тысяч нервных клеток и не вырастают вновь. А надежность всей функциональной системы полностью обеспечена, несмотря на ненадежность каждого из ее элементов в отдельности.

Неисправность любого из очень надежных компонентов электронно-вычислительной машины – и вся система выходит из строя, никакая другая деталь не примет на себя функцию той, которая выключилась.

Огромен потенциал мозга человека. За всю жизнь используется только малая толика творческих возможностей. Колоссален разрыв между тем, что дано человеку природой, и тем, что он успевает реализовать. Зачем же нужны такие мощные резервы?

Быть может, в расчете на потребность будущего человека в будущей, совершенно иной среде? Быть может, наступит время, когда для решения непостижимых для нас задач и принятия неведомых решений понадобится больший потенциал мозга? На сколько поколений и до каких пределов прогресса запрограммирован наш мозг? Или, по мере использования имеющихся резервов, природа будет пополнять их? И тогда возможности человеческого мозга практически беспредельны?

Если бы знать!..

Был ли прав Павлов?

Павлова не отменили. Со временем глаз адаптировался к ослепительному свету учения об условных рефлексах и увидел то, что лежит за пределами освещенного круга. За пределами лежит многое; в чем-то предсказанное самим Павловым, в чем-то не предвиденное им. О некоторых прозрениях тут было уже рассказано. О двух из них я расскажу сейчас, под конец. Я выбрала их по принципу необычности и значительности.

Впрочем, нет никакой гарантии, что за время, пока эта книга дойдет до читателя, не появятся еще более необычные, значительные и «наиновейшие» исследования и открытия. Очень многие ученые предполагают, что в ближайшем будущем самыми впечатляющими в науке будут как раз открытия в области нейрофизиологии. Существуют в мире целые комитеты по прогнозированию успехов в изучении мозга. Наиболее яркие из предсказаний: создание безвредных лекарственных препаратов, могущих изменить поведение и характер человека в задуманном направлении; принципиально новые методы лечения психических заболеваний; усиление мыслительных способностей с помощью стимуляторов.

Как и большинство наук, физиология высшей нервной деятельности сблизилась со своими двоюродными и более отдаленными родственниками. Столь многое стало сейчас зависеть от быстроты познания деятельности человеческого мозга! Организация автоматического производства и место в ней человека; психология, бионика, медицина, философия; развитие сверхзвуковой авиации и даже скоростного наземного транспорта; и, конечно же, освоение космоса.

Полеты по земной орбите, полеты на Луну, безусловно предстоящие полеты на другие планеты Солнечной системы требуют полных знаний о возможностях и пределах человеческой психики. Космические аппараты, станции, корабли, по-видимому, далеки еще от совершенства; катастрофические ситуации уже возникали и, к сожалению, могут возникать. В космосе они требуют особого, отличного от земного, и поведения и мобилизации воли, и умения управлять нервными процессами. Что продемонстрировал второй экипаж «Скайлаба», сумевший буквально вручную устранить, находясь в космосе, дефекты и поломки конструкции.

Доктор медицинских наук П. Симонов писал о некоторых работах, связанных с познанием функций мозга.

В пятидесятые годы велась среди ученых долгая и горячая дискуссия: кора или подкорка? Что «главнее»? Что отвечает за образование условных рефлексов – кора или подкорка? Откуда черпает мозг энергию – из коры или подкорки? Так ли уж важна роль новой коры в высшей нервной деятельности, или роль подкорки важнее?

Новая кора – это слой клеток на поверхности больших полушарий, достигший особого развития только у высших животных и человека. В ходе многочисленных опытов, когда удаляли этот самый молодой участок мозга, сложилось представление, что новая кора – орган формирования и хранения условных рефлексов.

Но сведения, полученные экспериментаторами в опытах, уродующих животное, когда его не только лишают новой коры, но и глубоко травмируют оставшиеся отделы, не могут считаться достоверными. Десятилетиями ищут нейрофизиологи возможности без заметной травмы и без хирургического вмешательства обратимого выключения коры – на время опыта выключить ее, а затем снова включить.

Чешские ученые Ян Буреш и Ольга Бурешова использовали для этого кусочек фильтровальной бумаги, смоченной в растворе хлористого калия. Кора, на которую положили бумажку, выключалась на два-три часа. Не вся – только то полушарие, на которое действовал раствор; второе продолжало бодрствовать. Экспериментаторы получили возможность «обучать» одну половину мозга.

Объект опыта – крысы. Материалы – раствор сахарина и несмертельная доза яда. Крыса с удовольствием лакает сладкую воду, а через полчаса или час ей вводят ядовитое вещество. В промежутке между этими двумя событиями в жизни крысы происходит многое, что, казалось бы, должно заставить ее забыть о последовательности: сахарин – яд. Однако крыса не забывает: она отворачивается от лакомого питья, когда ей вторично предлагают его. Каким образом связь между вкусом сахарина и отравлением замкнулась в мозгу?

«Вывод первый: почувствовав неладное, мозг обладает способностью задним числом просмотреть события, ранее ничем не примечательные, и выделить на экране памяти то, что предположительно могло бы стать сигналом опасности. Так прошлое становится ориентиром поведения в лабиринтах возможного будущего».

Следующий опыт: оба полушария выключаются, в рот крысы вливают немного сахарина, а затем вводится яд. Крыса через любое время и в любом количестве, как ни в чем не бывало, пьет сахарин, напрочь забыв о предупредительной его роли перед отравлением.

«Вывод второй: кора головного мозга совершенно необходима для замыкания новых условных связей».

Еще опыт: крыса сперва пьет сахарин, а потом у нее выключают полушария и дают яд. Рефлекс образовался – животное не желает принимать яд.

«Третий важнейший вывод: информация вводится в мозг только через кору, но будучи введена, она может взаимодействовать со следами событий, хранящимися в глубоких, ниже коры расположенных отделах центральной нервной системы (именно глубинные отделы мозга зафиксировали отравление)».

И последний – наиболее тонкий эксперимент. У животного выключили одно полушарие, обучили избегать сахарина только через одну половину мозга, продолжающую быть активной. А потом выключили и эту половину, не «пробуждая» первую. Через некоторое время, когда «спящее» во время обучения полушарие «проснулось», крысе снова дали сахарин. Она от него отказалась. Спрашивается, откуда это, не действовавшее во время опыта полушарие, «пробужденное», когда второе еще «спало», узнало о связи сахарина с ядом?

«Вывод четвертый: новая нервная связь, сформированная с помощью коры правого полушария, была затем сдана на хранение в срединные подкорковые отделы мозга, а позднее извлечена оттуда „проснувшейся“ корой левой половины мозга».

Так что же «главнее» – кора-реализатор или подкорка-хранилище?..

Известный нейрофизиолог, работавший некогда в лаборатории Павлова, польский академик Ежи Конорский занимался особенно сложными формами поведения животного. Поначалу он со своим коллегой С. Миллером изучал механизмы условных рефлексов.

Конорский в качестве предвестника пищи, вместо звонка, метронома и прочих классических внешних раздражителей, вырабатывал у собаки условный рефлекс с помощью… сгибания одной лапы: сгибание лапы – через несколько секунд открывается кормушка и «кушать подано». Сгибание лапы превратилось в сигнал предстоящего кормления. И через несколько опытов одно только сгибание лапы вызывало у собаки готовность к принятию пищи: обильное слюноотделение. Опыт усложнили: перед процедурой сгибания к кормления давали какой-нибудь внешний сигнал; собака очень своеобразно реагировала на него: быстро поднимала лапу, как бы торопя приближение кормушки.

Выделение слюны можно было получить не только от вкусной еды, но и от невкусной слабой кислоты.

Тут-то и случилось то, отчего голова пошла кругом! Провалились в тартарары все представления о механизме условного рефлекса – временной нервной связи между «центром сгибания лапы» и «центром слюноотделения»…

Ей, собаке, прежде чем дать раствор кислоты, всякий раз сгибали лапу. Шел опыт: предупредительный сигнал – звонок, экспериментатор сгибает лапу, за сим следует кислота. И однажды, – как только прозвучал звонок, собака стала по собственному почину активно… разгибать лапу. Ее сгибали, а собака разгибала, и ничего с этим невозможно было поделать. Что случилось? Почему она сделала «наоборот» тому, за чем следовала отвратительная кислота? Никто же ее этому не учил!

Мозг ее стал бороться с предвестником отрицательных ощущений. Мозг дал приказ – делай обратное движение. Мозг сделал вывод: за сгибанием лапы следует кислота, а если лапу разгибать, никаких неприятностей не последует…

Попробуйте обучить собаку нажатием на педаль предупреждать боль: дайте звонок, а за ним ощущение боли; потом дайте звонок, заставьте собаку лапой нажать педаль и – не давайте боли. Очень скоро она примет самый факт нажатия на педаль как спасение от боли. И месяцами – месяцами! – будет избавлять себя от неприятных ощущений, бесконечно нажимая на педаль, хотя «подача» боли давным-давно прекращена экспериментаторами и, казалось бы, самая память о ней должна исчезнуть.

Как та крыса, которая самозабвенно добывала для себя удовольствие! Но она получала удовольствие, а собака нажимает на педаль, чтобы не получить неприятности. Почему? Да потому, что считает – боли нет и не будет, если я стану нажимать на педаль.

Вот откуда стойкость механизма некоторых симптомов психических расстройств!

Больному кажется, что ему грозит опасность, которую можно предотвратить, если проделать какие-то определенные действия. Он их проделывает, и ничего дурного не случается. Оно бы не случилось и без его действий, потому что никакой реальной опасности нет, она – плод его больной фантазии. Но тот факт, что придуманные им действия, сколько бы раз он их ни совершал, никогда не предшествуют тому, чего он боится, – подтверждают правильность его убеждения.

Навязчивые действия в глазах больного получают самостоятельную роль «охранника». Лечить надо, конечно, не «охранника» – действия, лечить надо то, что их породило – чувство страха, представление о мнимых опасностях. Бороться следует со сложными эмоциями, происходящими в мозге больного и вызвавшими психическое заболевание.

…Так что «главнее» – кора или подкорка?

«Был ли прав Павлов, – спрашивает П. Симонов, – придававший столь важное значение новой коре больших полушарий? Да, он был прав, потому что новая кора – единственный канал, через который информация вводится в мозг… Но кора не хранилище новых условных связей, а подкорковые структуры не просто энергетическая база при новой коре… Мы можем приблизиться к уяснению этой реальной сложности строения и функций мозга только с позиций системного подхода, который ставит во главу угла не печально знаменитое „или-или“, но стремление определить роль каждого элемента системы в осуществлении интегративной деятельности, направленной на удовлетворение жизненных потребностей организма…»

От Сеченова и – в завтрашний день. Мало о чем смогла я здесь рассказать. Но может быть, то, о чем вы прочли, заставит захотеть узнать об остальном.

Многие тайны мозга уже раскрыты. Подтверждены или опровергнуты догадки. Золотым фондом вошли в науку некоторые прозрения. И многое еще впереди, – чтобы человеческий мозг до конца познал самого себя.

И, наверно, человек будущего, научившись черпать нетронутые мозговые резервы, будет человеком качественно иным, лучшим, чем тот, который именуется «Гомо сапиенс»…