Из нобелевской лекции академика Ивана Петровича Павлова, 1918 год Подобно снежинкам и человеческим лицам в природе нет двух в точности одинаковых нейронов. Ибо этот крохотный (в диаметре тоньше волоса) «атом» мозга являет собой сложнейшую химическую фабрику. В теле нейрона (объем всего лишь 0,001 кубического миллиметра, вес – 0,00083 миллиграмма) содержатся сотни тысяч химических веществ и тысячи ферментов-катализаторов, обеспечивающих протекание множества биохимических реакций.
Еще факты из жизни нейрона. В нервной клетке имеется около 20 миллионов молекул рибонуклеиновой кислоты (сокращенно РНК). Каждая, повинуясь генетическим инструкциям молекул наследственности – молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), – готова начать вырабатывать любой из 100 000 нужных клетке белков.
Несхожесть нейронов обусловлена не только богатством их внутреннего строения, но и запутанностью связей с другими клетками. Некоторые нейроны имеют до десятков тысяч таких контактов (синапсов, если по-научному, или «застежек» в буквальном переводе на русский). Так что в общем дружном хоре каждый нейрон может вести свою мелодию, отличную от других и высотой звука, и тембром.
Впрочем, нейроны мало похожи на хористов, они «переговариваются» друг с другом, подобно муравьям, с помощью различных химических кодов. Их основу составляют вещества, называемые медиаторами. Сейчас медиаторов известно около 40, но число это может сильно возрасти.
Комбинации химических приливов и отливов, идущих по проводящим путям мозга, несут не только информацию. Ученые полагают, что эти химические волны ответственны и за вечно меняющийся калейдоскоп эмоций, всего того, что мы условно называем настроением.
Нейрон способен «говорить» с другими нейронами не только на языке химии. Мозг является также небольшим генератором (суммарная мощность около 25 ватт), который вырабатывает электрические (точнее, электрохимической природы, как в карманной батарейке) импульсы.
Если бы можно было контролировать химическую и электрическую активность нейронов, то, возможно, удалось бы выправлять и различные психические расстройства. И это одна из причин, почему ученые разрабатывают все новые методы получения различных характеристик мозговой деятельности.
Сегодня мозг исследуют с помощью электронных микроскопов и меченых атомов. «Отпечатки пальцев мозга» можно получать с помощью электроэнцефалографии. Важное значение имеет и методика вживления электродов в мозг на длительное время (ее в 1924 году предложил швейцарский ученый В. Гесс). Так действительно удается услышать «голос» каждого отдельного нейрона.
А совсем недавно родилось еще одно направление исследований – термоэнцефалоскопия. В 1983 году впервые в мире советские ученые получили тепловые карты живого работающего мозга. Можно наблюдать, как меняется энергетика мозга, как в работу включаются те или иные его участки по мере того, как мозг решает разные задачи. Идет эксперимент, и на экране сменяют друг друга цветные изображения полушарий мозга – цвет отражает определенную степень разогретости различных зон, а значит, большую или меньшую их активность.
Прислушиваясь к «щебетанию» нейронов, прорываясь сквозь треск, щелканье, пищание, шипение их голосов, ломая голову над частоколом световых ликов, возникающих на зеленоватых экранах осциллографов, продираясь сквозь эхо электрических разрядов, сотрясающих тельца нейронов, когда до них дотрагивается острое жало электрода, распутывая хитросплетения биотоков, ученые стараются уловить все своеобразие и неповторимость пульсирующих, трепещущих, подвластных еще непонятым, не открытым законам нейронных сетей.
И нейрон с нейроном говорит… Денно и нощно не смолкают, не прерываются эти беседы. Их ритмы, темп, характер подчинены жизненным задачам человека, особенностям его физического и духовного развития и состояния. Здесь-то и берут начало истоки, роднички того, что называется сознанием.
«…Это подобно Млечному Пути, вышедшему в круг танцующего космоса. Мгновенно он почти весь превращается в сказочный станок, в котором миллионы светящихся челноков ткут мимолетный, всегда полный смысла, но всегда непостоянный узор, все время изменяющаяся гармония дивных узоров». Так поэтически писал о работе мозга английский физиолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине, исследователь функций нейронов, известный и как поэт Чарльз Скотт Шеррингтон (1857–1952). Он представлял себе сознание «волшебным ткачом» и многие десятилетия пытался разгадать тайный смысл такого «ткачества».
Как действует мозг в целом? Как расшифровать язык нейронных сигналов? Как рождается мысль? Подобные вопросы были поставлены не вчера и полные ответы на них вряд ли будут получены в ближайшее время.
2.5. Оркестр без дирижера Одно из своих последних выступлений (симпозиум по физиологическим механизмам сознания) английский физиолог и невробиолог Чарльз Шеррингтон (1857–1952) окончил такими словами: «Две тысячи лет назад Аристотель задавался вопросом: как же сознание прикрепляется к телу? Мы все еще задаем тот же вопрос».
Да, непросто, даже уверенно шагая вверх по ступенькам длинной лестницы познания (нейрон – их ансамбли – нейронные сети – отделы мозга – целый мозг), за отдельными деревьями увидеть весь лес – осознать, как рождается человеческая мысль!
Характер возникающих здесь трудностей отмечали многие, в частности, советский кибернетик Михаил Моисеевич Бонгард (1924–1971) – автор программ по распознаванию образов, первый в нашей стране человек, построивший алгоритмы узнавания на основе процедур обучения на примерах.
Представьте, писал в книге «Проблемы узнавания» Бонгард, что к нам пожаловали далеко обогнавшие нас в развитии инопланетяне. Они хотят разобраться в том, как действует (им совершенно незнакомый!) двигатель внутреннего сгорания. Пришельцы все анализируют на языке квантовой физики, язык этот изощрен, сверхточен, способен описать каждую молекулу в отдельности. И все же понять, отчего тарахтит двигатель, инопланетянам никак не удается.
Что такое мышление? Как оно возникает? Как связано с особенностями отдельных людей? Такие вопросы давно стали предметом обсуждения великих умов. К примеру, немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716) описывал сознание как последовательность вспышек или отблесков молнии. Но попытки измерить мысль, «взвесить» ее, оценить числом – все это пришло лишь недавно, когда точные науки достаточно окрепли и привели немало доказательств своей силы.
В XIX веке немецкий исследователь Вагнер пытался познать мозг умерших ученых, полагая, что они гораздо умнее прочих граждан и что это сразу же станет заметно по устройству их мозга. Увы, никаких особых извилин он не обнаружил, все было вроде бы, как и у всех.
Может быть, все дело в весе мозга? Опять же нет! Известно, что мозг Ивана Сергеевича Тургенева весил примерно два килограмма, а у его французского собрата по перу Анатоля Франса – лишь один. Ну и что? Оба были великолепными писателями, оба стали классиками литературы. И спрашивается, как быть с тем безвестных сумасшедшим, мозг которого значительно превосходил мозг англичанина Джорджа Байрона? Кстати, очень вероятно, что мозг неандертальца был тяжелее мозга современного человека.
