Голос нервной клетки
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Они говорят на разных голосах: одни трещат, другие щелкают, третьи пищат, четвертые шипят. «Говорят» в буквальном смысле: недовольно пыхтят, когда электрод втыкается в их оболочку, жалобно пищат, когда он прокалывает их насквозь. Когда слышишь это впервые, буквально не веришь своим ушам.
Я в лаборатории профессора П. К. Анохина. Сотрудница, которая ловит на кончик электрода клетки, расположенные в самых различных местах мозга, показывает мне на зеленоватый экран, где мерцает частокол световых пиков, рассказывает о своей работе. А я не могу отделаться от мысли, что самое главное, самое интересное услышу непосредственно от самих нервных клеток.
Снова и снова вслушиваюсь то в тихие жалобы, то в громкое недовольное брюзжание крошечных невидимых нейронов, пытаясь понять, о чем рассказывают клетки.
— Скажите, а пробовал ли кто-нибудь из физиологов разобраться в голосах нервных клеток?
Я спрашиваю явно невпопад. Моя собеседница удивленно умолкает. Она давно привыкла к разноголосому «щебетанию» нейронов. И не сразу понимает, что меня заинтересовало. Потом она, видимо, догадывается, как должно это удивлять новичка.
— Да нет, знаете ли, — улыбается она. — Ведь это попутное явление. Нас интересует другое: что происходит внутри нервных клеток, когда они возбуждены или находятся в покое. Для этого мы записываем их электрические ответы. Вот те светящиеся кривые на экране — следы электрических разрядов, что возникают в теле нервной клетки во время ее работы. Это ее настоящий голос, и по нему мы составляем себе представление о том, что делает клетка в тот или иной момент: спит, работает, отдыхает.
Обычно электроды просто прикладывают к поверхности головы, и они улавливают те биотоки, которые сами сюда добрались. Разумеется, получается какой-то средний биоток. Он собран с довольно большого участка, потому голоса отдельных клеток в нем трудно различить.
Это как микрофон, установленный среди площади: слышны сразу все разговоры. Отдельные голоса могут, конечно, прорваться, если кто-то случайно окажется близко от микрофона. Но, если мы хотим услышать один определенный голос, нужно поставить микрофон прямо перед говорящим.
Легко сказать! Попробуйте найти среди 14 миллиардов клеток именно ту, которая вам необходима. Кажется, только теперь я вполне начинаю понимать, за какую труднейшую работу взялись физиологи. Им ведь нужна не разноголосица, а одна «солистка». Выручают уже известные нам карты. По ним исследователь находит нужную точку и вычисляет ее координаты. Затем определяет место: здесь начнется проникновение в глубины мозга.
…Просверливается крохотная дырочка в черепе кролика. Это — первый шаг, и не самый трудный. Остановиться на заданном уровне, нащупав электродом невидимую клетку, вот это действительно трудно! Ошибиться легко, для этого достаточно промахнуться на какую-нибудь тысячную долю миллиметра.
Каков же должен быть сам электрод, если тот, что используется для более грубых исследований на животных, трудно удержать в руке — так он мал, а «рабочий» кончик его вообще невидим!
Это металлический электрод, а тот, которым исследуют нервную клетку, — стеклянный. Он так тонок, что занимает только сотую часть поверхности клетки. Диаметр его всего 2—4 микрона.
Эта тончайшая трубочка мягко входит в мозг. Проходит секунда, другая… Пискливое повизгивание, сопровождавшее ее движение сквозь мозговую ткань, сменяется ровным потрескиванием электрических разрядов, отводимых с поверхности нервной клетки.
— Теперь смотрите, мы проткнем оболочку клетки и введем электрод, так сказать, в самую гущу внутриклеточных событий, — говорит моя собеседница.
Поворот винта, регулирующего положение электрода, — пыхтенье усиливается, на экране дрожат острые светящиеся пики.
— Пройдем ее насквозь… — Новые повороты винта, и уже совсем с другого этажа мозга рапортует крошечный электрод обо всем, что увидел, услышал, почувствовал.
— В этом опыте электрод — пассивный наблюдатель происходящего,— говорят мне, — но мы часто делаем иначе. Вводим в клетку сразу несколько таких микроэлектродов. Через один из них подводим к нервной клетке ток, раздражаем ее. А все остальные сообщают, как она на это реагирует.
Подумать только! Исследователи как бы насильно вызывают клетку на «разговор», задавая те вопросы, которые их интересуют. А не дожидаются, пока она сама захочет что-либо рассказать.
Мне кажутся полнейшей фантастикой эти беседы «на заданную тему» с каждой клеткой. Быть может, это какой-то исключительный опыт, который выходит далеко не всегда? Быть может, не все клетки доступны таким исследованиям?
В сомнении я обращаюсь к статьям и книгам профессора Анохина. «В настоящее время нет ни одного пункта мозга, — читаю я в одной из них, — как нет ни одной клетки из 14 миллиардов клеток мозга, в которую не мог бы «войти» исследователь и определить механизмы ее деятельности».
Но тогда, вероятно, нейроны понарассказывали уйму интереснейших вещей о своей удивительно слаженной, во многом еще непонятной жизни? Да, немало любопытного узнали ученые. Вот только один пример. В лаборатории профессора Анохина, где впервые стали изучать работу отдельных клеток мозга, было сделано интереснейшее открытие.
Как-то микроэлектрод приставили к одной из нервных клеток. Она старательно «пыхтела» — работала. Тогда животному ввели в кровь «успокаивающее» вещество — аминазин. Через пять-шесть минут клетка стала «сдавать» — все меньше и меньше электрических разрядов снимал с нее электрод. Наконец, она замолкла совсем.
Однако стоило отвести записывающий электрод чуть-чуть в сторону (чуть-чуть — это означает на 50 тысячных долей миллиметра), то есть переставить его на соседнюю клетку, как снова раздались щелчки и потрескивания. На экране вырос частокол светлых пиков — соседняя клетка работала как ни в чем не бывало. Значит, на нее аминазин не подействовал? Но раз она «не боится» аминазина, стало быть, и ее химический состав совершенно иной!
Этот опыт, повторенный тысячи раз в самых разных вариантах, с различными веществами, поставил физиологов перед неожиданным выводом. Представление о нервном центре, в который объединены сотни и тысячи нервных клеток, работающих как единый механизм, вряд ли правильно. Внутри каждого нервного центра оказалось такое многообразие совершенно различных клеток, с такой неповторимой химической индивидуальностью, которая даже не поддается пока какому бы то ни было учету. Зачем же нужна такая тонкая специализация нервным клеткам?
Как показали наблюдения последних лет, многие сложные рефлекторные действия человека начинаются с возбуждения всего одной клетки в мозгу. Взять хотя бы такой простой случай: человеку захотелось пить. Чтобы утолить жажду, он предпринимает самые разные действия — находит колодец, опускает в него ведро, черпает им воду… Если дело происходит в горах, в походе, на розыск воды нередко приходится тратить много сил, проявлять изобретательность.
А ведь все началось с того, что одна или две клетки в головном мозге, особо чувствительные к недостатку воды в крови, пришли в сильное возбуждение и «разожгли» 14 миллиардов нейронов. Они заставили работать весь мозг — вспоминать, как удавалось напиться когда-то раньше, сопоставлять старую ситуацию с теперешней, усиленно думать над новыми способами раздобывания воды.
Один крошечный элемент в несколько тысячных долей миллиметра размером, а не пресловутый большой «питьевой центр» привел в действие весь сложнейший мозговой агрегат.
По-видимому, такая узкая специализация вообще свойственна клеткам мозга. Предполагают, что есть нейроны, которые реагируют главным образом на поступающие раздражения. Их называют «нейронами внимания». Другие фиксируют следы раздражений, приходящие от первых, и на их основе вырабатывают нервные импульсы, как бы предваряющие, предугадывающие силу, ритм и т. д. новых раздражений, которые должны поступить в кору. Это нейроны, если можно так сказать, предвидения.
Еще одна разновидность клеток — это те, что сравнивают импульсы возбуждения, возникающие в нейронах внимания и предвидения. Если нет совпадения, нейрон сравнения срабатывает. Если же возбуждены и первые и вторые, нейрон сравнения молчит. Он реагирует, таким образом, когда наблюдается несогласование между действительными и предсказанными сигналами.
Продолжение следует.
Автор: Е. Сапарина.