Разговор с электрическим мозгом - Василий Захарченко

Однако давайте проникнем и в глубину мозга, посмотрим, как он выглядит.

Под большими полушариями (их два) находится ствол мозга. Он состоит из трех отделов: межуточного, среднего и продолговатого. В межуточном мозгу находится небольшой, размером с сустав мизинца, сгусток, который называется "гипоталамус". Он заведует эмоциями человека, ощущением голода и жажды, он является своеобразным управляющим всем этим домом разума. Кроме исполнения "хозяйственных" функций, гипоталамус по совместительству главный часовщик мозга: он координирует все суточные ритмы желез внутренней секреции, работу сердца, почек, легких, печени. Кроме всего прочего, он заведует температурой тела человека, а также отвечает за химический состав крови.

Это еще очень мало изученное, но чрезвычайно ответственное ядро мозга.

С этим органом связаны еще два отдела нервной системы, которые являются как бы телефонной станцией гипоталамуса. Эти два отдела простирают свои нервные волокна к внутренним органам человека, передавая взаимно противоположные команды, усиливающие или тормозящие работу того или иного органа.

Однако вернемся к элементарной клетке, к той крохотной частице, из которой составляется человеческий мозг,- к нейрону.

Если нейрон увеличить, то можно заметить в основе его небольшую ячейку, размером не более десятой доли миллиметра. От этой ячейки в разные стороны расходятся тончайшие отростки. Один из них - осевой отросток-имеет значительную длину, иногда достигающую метра. От осевого отростка отходят боковые волокна, окончание его разветвляется. Прочие отростки нейрона значительно короче, но они также ветвятся и расходятся в стороны.

Если сравнить нейрон с какой-то электрической схемой, то осевой отросток напоминает тонкий, длинный изолированный проводок. Живые провода объединяются в пучки, напоминая многожильный кабель. Это и есть нервы. Нервы передают сигналы с поверхности организма к его центральной нервной системе.

Трудно даже мысленно представить себе эту сложную, удивительно разветвленную систему связи между нейронами. По этим каналам, соединяющим нейроны между собой и с нервной системой, бегут электрические импульсы.

Сначала думали, что скорость их движения равна скорости движения электрического тока - 300000 километров в секунду. Однако когда известный физик Гельмгольц измерил скорость передачи импульса от раздражаемого нерва к мышце, то величина ее оказалась всего лишь тридцать метров в секунду!

Значит, импульс - это не движение тока, а что-то другое. Выяснилось, что это волна электронно-химических возмущений, передаваемых по нервному волокну от клетки к клетке. Как же действует этот механизм? Нервное волокно - это своеобразный канал, разделяющий два разных химических раствора подобно тому, как и сам нейрон, который содержит внутри себя больше ионов калия, а снаружи больше ионов натрия и хлора.

Так неужели от такого примитивного набора ионов и зависит все поразительное обилие и богатство наших ощущений?

Да, именно так: от накопления и распределения ионов в клетке и появляется электрический импульс - сигнал крохотного электрического генератора.

Передавая тот или иной сигнал, нейрон работает по принципу "все или ничего". Передавая сигнал, он или возбуждается, или полностью отдыхает на протяжении сотой доли секунды.

Вот почему, говоря о работе нейронов, мы невольно проводим параллель с кибернетической машиной, которая работает по принципу так называемого двоичного кода информации: все или ничего.

Я нарочно сравниваю мозг человека с кибернетической машиной, а не наоборот только потому, что кибернетическая машина значительно проще, чем любая самая сверхпростая структура мозга. Ведь эту машину мы построили своими руками и хорошо знаем ее; что же касается мозга, то мы только на ощупь пытаемся разобраться в его структуре и функциях.

Как же мы можем пробиться к мозгу человека?

Вот идет операция головного мозга. Крошечным электродом врач прикасается к височной доле мозга. Боли мозг не ощущает. Что бы ни происходило с мозгом, человек реагирует на вмешательство не болью, а другими ощущениями.

- Я слышу звуки пианино,- говорит испытуемый больной, хотя в операционной ничего не слышно, кроме напряженного дыхания врачей.

Хирург прикасается электродом к другой части мозга.

- Я слышу, что кто-то поет,- говорит пациент.

Но вот электрод передвигается ближе ко лбу, и у человека возникают новые ощущения.

Мы уже говорили, что височные доли - это хранилища памяти. Возбудив электродом нейроны памяти, хирург вызывает поток воспоминаний о давно минувших событиях в сознании больного.

Первые попытки проникновения в мозг и искусственного возбуждения его только начинают раскрывать нам загадки разума. Известный врач-хирург, нейрофизиолог Хозе Дельгадо провел серию сенсационных исследований мозга животных и человека. Он проникал в мозг тончайшей проволочкой, тоньше человеческого волоса, обнаруживая дотоле совершенно неизвестные центры, расположенные ниже коры головного мозга. Оказывается, там существуют особые зоны, заведующие эмоциями человека.

Вот "участок кротости". Злобный макака-резус, который яростно бросался на каждый приближающийся к нему предмет, вдруг становится мирным и ласковым, если у него возбужден центр кротости. Его можно взять на руки, он покорен и сентиментален. Но стоило на мгновение прекратить

действие электрического укротителя, как злобный характер немедленно возвращался к его хозяину.

Тончайшими электродами нейрохирург проникал в центры голода и жажды. Если возбудить эти центры, животное будет есть непрерывно на протяжении 2-3 суток, а если эти клетки будут разрушены, животное гибнет от голода, упрямо отказываясь от всякой, даже самой вкусной и заманчивой пищи.

Однажды я видел фильм, снятый в научно-исследовательском институте в Тбилиси. Ученые исследовали различные точки мозга животных. Был найден центр страха. При возбуждении этого центра электродом кошка приходила в ужас. Но стоило только отключить электрический ток, как она успокаивалась и тянулась к миске с молоком.

Если такие опыты можно проводить над животными, то над нормальным человеком проводить их невозможно. Однако с лечебными целями в мозг душевнобольных людей также вживляется до 50 электродов. В этом случае врача интересует не самый эксперимент, а возвращение больного в мир здоровых людей. Иногда результаты такого вторжения в смятенный человеческий разум бывают положительными.

Американский ученый Грей Уолтер изобрел аппарат, который назвал "Топси". Этот аппарат давал возможность исследовать электрические процессы, происходящие в мозгу человека. С помощью сетки электродов, подходящих к различным частям головы, можно наблюдать электрические возмущения, происходящие в мозгу в момент бодрствования, сна, в моменты активной или ослабленной мозговой деятельности.

Глядя на 22 мерцающих глаза "Топси", можно наблюдать своеобразное и поразительное блуждание электрических токов над чудовищной массой нейронов мозга. Но самым поразителькым оказалось, что в мозгу человека существуют непрерывно действующие колебания, с частотой 10 колебаний в секунду. Эти колебания были названы альфа-ритмами. Когда человек спит, этот ритм приобретает четкость и ритмичность. Когда он думает и переживает, картина резко меняется.

Зачем нужны эти ритмы? Что они дают человеку, да и всякому ли человеку? Обнаружилось, что у каждого седьмого человека альфа-ритм отсутствует, что у каждого человека свой "почерк", характерный, единственно ему присущий. До настоящего времени трудно понять сущность этих удивительных электрических колебаний. Основоположник кибернетики Норберт Винер предположил, что альфа-ритм - это своеобразные биологические часы, это синхронизирующее устройство, которое по времени согласует поступление и выдачу сигналов, несущих информацию к мозгу и от мозга. И действительно, ученые заметили, что всегда существует какая-то крошечная пауза между моментом, когда человек видит сигнал, и моментом, когда ом реагирует на него.

Исследование этого процесса обнаружило поразительное явление: человек в состоянии воспринимать внешние сигналы и посылать команду после восприятия этих сигналов только через каждую десятую долю секунды. А ведь это и есть не что иное, как частота альфа-ритма!

Удивительно и другое. Вернувшись к нашей аналогии с кибернетической машиной, мы видим в ней такую же картину: в машине постоянно работает синхронизатор, цель и назначение которого - распределять поступающие и выходящие из машины сигналы.

Может быть, эта аналогия не случайна?

Альфа-ритм дал возможность установить еще одно своеобразное явление. Мозг реализует информацию только в том случае, если она новая. Если сигнал повторяется, то информация запоминается, но происходящие при этом химические реакции ограничивают восприимчивость нейронов к этим повторениям - мозг как бы отключается.