Когда одно окончание периферическою нерва подвергалось активной стимуляции, на другое его окончание постоянно передавался электрический импульс. Ричард Кейтон из Ливерпульского университета заключил, что это и есть способ передачи импульсов по периферической нервной системе (к которой принадлежат органы чувств и двигательные нервы, расположенные вне центральной нервной системы), а также, возможно, и в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). Таким образом, если в результате измерения электропотенциала мозга отмечаются какие-либо изменения, то они должны быть следствием сенсорной стимуляции мозга.
Начало эпохи электричества восходит к одному из самых знаменитых за всю историю науки экспериментов, проведенному в XVIII веке итальянским физиологом Луиджи Гальвани, - эксперименту, в ходе которого было открыто «животное электричество». Гальвани был крайне удивлен, что когда он прикасался к отсеченной лягушечьей лапке двумя кусочками различных металлов, то та начинала дергаться, как живая. Кроме того, когда Гальвани, подсоединив к ней провода, сделал примитивное устройство для определение электропотенциала, он обнаружил, что и в самом деле вырабатывается электричество. На этом Гальвани и построил свою теорию о том, что нервы ноги служат источником электричества, а затем обобщил предположение, заключив, что все ткани организма продуцируют «животное электричество» как результат процессов жизнедеятельности живых существ.
Через некоторое время после этого открытия другой итальянец, физик Алессандро Вольта, доказал ошибочность теории Гальвани в отношении источника электричества, приводившего в движение лапку лягушки. Вольта показал, что электрический потенциал (названный в честь ученого «voltage») происходил из сочетания медной и стальной проволоки, контактировавшей с влажной тканью, - другими словами, из примитивной батареи, достаточно мощной для того, чтобы стимулировать рефлекторную мышечную активность. Позже Гальвани все же доказал, что, как и было открыто, активность мышечных и нервных клеток приводит к микроскопическим изменениям электрического заряда - к «животному электричеству»!
К середине XIX века научное понимание электричества достигло уже достаточного уровня, чтобы стало возможным качественное измерение электрической активности нейронов на любом участке нервной системы. Когда одно окончание периферическою нерва подвергалось активной стимуляции, на другое его окончание постоянно передавался электрический импульс. Ричард Кейтон из Ливерпульского университета заключил, что это и есть способ передачи импульсов по периферической нервной системе (к которой принадлежат органы чувств и двигательные нервы, расположенные вне центральной нервной системы), а также, возможно, и в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). Таким образом, если в результате измерения электропотенциала мозга отмечаются какие-либо изменения, то они должны быть следствием сенсорной стимуляции мозга.
В то же время мозг рассматривался всего лишь как нейронная сеть - орган, всецело зависящий от внешних стимулов и сам по себе ничего не делающий; иначе говоря, не способный давать что-либо, кроме ответов на заданные вопросы. И если такой мозг не был tabularasa, то лишь потому, что в нем оставляли след импульсы, поступавшие из органов чувств. В 1875 году Кейтон попытался измерить предполагаемую реакцию мозга на сенсорную стимуляцию. Подвергнув собаку анестезии, он вскрыл ей черепную коробку и обнаружил поверхность полушарии ее мозга. Когда Кейтон подсоединил электроды к коре головною мозга собаки, у нее случился шок, и это не был электрошок. Собака была под анестезией, следовательно, возможности получать какую-либо сенсорную информацию у нее не было, и Кейтон не ожидал никаких физиологических изменений в ее мозговой активности. По, вопреки ожидаемой стабильности потенциала, в мозгу собаки происходили непрерывные изменения, быстрые колебания напряжения. Произошедшее послужило явным доказательством того, что мозг не является только лишь аппаратом реакций па стимулы: нейтральным его состоянием оказался не полный покой, а активность. По крайней мере, это можно было утверждать о мозге «друга человека».
Чтобы сделать записи мозговой активности добровольцев из человеческого племени, пришлось ждать изобретения альтернативной экспериментальной техники, поскольку иначе потребовалось бы вскрывать слишком много черепных коробок. Дело в том, что биоэлектрический потенциал мозга очень слаб - порядка милливольта и меньше (милливольт - одна тысячная вольта; для сравнения: напряжение в обычной пальчиковой батарейке равняется полугора тысячам милливольт). Очевидно, электропотенциал мозга достаточно слаб даже при измерении его непосредственно на поверхности мозга, и во много раз слабее, если ему приходится преодолевать сопротивление оболочек, особенно костной. Даже самые чувствительные приборы, применявшиеся в XIX веке, не были достаточно чувствительны, чтобы воспринимать и записывать сигналы, амплитуда которых не превышала нескольких микровольт (миллионные доли вольта). Изобретение электронной лампы-усилителя в начале XX века обеспечило возможность ведения измерений с необходимой точностью, а также обусловило появление высококачественной звукозаписи, радио и телевидения.
Этим не преминул воспользоваться Ханс Бергер, немецкий нейропсихиатр, получивший возможность при помощи новых приборов записывать электрическую активность человеческого мозга, не нарушая целостности черепов добровольцев. Каково же было его удивление, когда результаты оказались не менее сенсационными, чем открытие, сделанное Кейтоном за 50 лет до него. В опытах с человеком Бергер ожидал получить такие же беспорядочные колебания напряжения, как и при проведении опытов с животными: кроликами, кошками, собаками, обезьянами. Но колебания напряжения у представителей человеческой расы оказались неожиданно ритмичными. Бергер назвал записи мозговых волн электроэнцефалограммой (ЭЭГ) и отметил, что, как только субъект был в состоянии лечь, закрыть глаза и расслабиться, колебания его мозговых волн становились регулярными, с периодичностью повторения примерно 10 раз в секунду. Это и был знаменитый «альфа-ритм» (названный так его первооткрывателем), свидетельствующий о состоянии расслабления (равно как и о погружении в медитацию). Бергер обнаружил, что частота (количество пиков в секунду) колеблется между 8-ю и 12-ю, и альфа-ритм исчезает, как только из внешнего мира поступает неожиданный стимул (например, звук щелчка пальцами). Наконец-то у науки появилось окно, открытие которого обещало пролить свет на природу сознания.
Занятно, что наблюдения, сделанные Бергером, поначалу были восприняты в научных кругах с изрядной долей скепсиса. Большинство электрофизиологов сочли обнаруженный Бергером альфа-ритм результатом определенного рода ошибки в измерениях, а не следствием естественной активности мозга. Эксперты двояко обосновывали свои сомнения: во-первых, они были уверены, что единственный тип электрической активности мозга - это «пиковые [spike] всплески потенциала», связанные с работой мозговых клеток; во-вторых, в альфа-ритме, о существовании которого заявил Бергер, наблюдалась регулярность такой степени, которую в живой природе встретить никто не ожидал;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
Начало эпохи электричества восходит к одному из самых знаменитых за всю историю науки экспериментов, проведенному в XVIII веке итальянским физиологом Луиджи Гальвани, - эксперименту, в ходе которого было открыто «животное электричество». Гальвани был крайне удивлен, что когда он прикасался к отсеченной лягушечьей лапке двумя кусочками различных металлов, то та начинала дергаться, как живая. Кроме того, когда Гальвани, подсоединив к ней провода, сделал примитивное устройство для определение электропотенциала, он обнаружил, что и в самом деле вырабатывается электричество. На этом Гальвани и построил свою теорию о том, что нервы ноги служат источником электричества, а затем обобщил предположение, заключив, что все ткани организма продуцируют «животное электричество» как результат процессов жизнедеятельности живых существ.
Через некоторое время после этого открытия другой итальянец, физик Алессандро Вольта, доказал ошибочность теории Гальвани в отношении источника электричества, приводившего в движение лапку лягушки. Вольта показал, что электрический потенциал (названный в честь ученого «voltage») происходил из сочетания медной и стальной проволоки, контактировавшей с влажной тканью, - другими словами, из примитивной батареи, достаточно мощной для того, чтобы стимулировать рефлекторную мышечную активность. Позже Гальвани все же доказал, что, как и было открыто, активность мышечных и нервных клеток приводит к микроскопическим изменениям электрического заряда - к «животному электричеству»!
К середине XIX века научное понимание электричества достигло уже достаточного уровня, чтобы стало возможным качественное измерение электрической активности нейронов на любом участке нервной системы. Когда одно окончание периферическою нерва подвергалось активной стимуляции, на другое его окончание постоянно передавался электрический импульс. Ричард Кейтон из Ливерпульского университета заключил, что это и есть способ передачи импульсов по периферической нервной системе (к которой принадлежат органы чувств и двигательные нервы, расположенные вне центральной нервной системы), а также, возможно, и в центральной нервной системе (головном и спинном мозге). Таким образом, если в результате измерения электропотенциала мозга отмечаются какие-либо изменения, то они должны быть следствием сенсорной стимуляции мозга.
В то же время мозг рассматривался всего лишь как нейронная сеть - орган, всецело зависящий от внешних стимулов и сам по себе ничего не делающий; иначе говоря, не способный давать что-либо, кроме ответов на заданные вопросы. И если такой мозг не был tabularasa, то лишь потому, что в нем оставляли след импульсы, поступавшие из органов чувств. В 1875 году Кейтон попытался измерить предполагаемую реакцию мозга на сенсорную стимуляцию. Подвергнув собаку анестезии, он вскрыл ей черепную коробку и обнаружил поверхность полушарии ее мозга. Когда Кейтон подсоединил электроды к коре головною мозга собаки, у нее случился шок, и это не был электрошок. Собака была под анестезией, следовательно, возможности получать какую-либо сенсорную информацию у нее не было, и Кейтон не ожидал никаких физиологических изменений в ее мозговой активности. По, вопреки ожидаемой стабильности потенциала, в мозгу собаки происходили непрерывные изменения, быстрые колебания напряжения. Произошедшее послужило явным доказательством того, что мозг не является только лишь аппаратом реакций па стимулы: нейтральным его состоянием оказался не полный покой, а активность. По крайней мере, это можно было утверждать о мозге «друга человека».
Чтобы сделать записи мозговой активности добровольцев из человеческого племени, пришлось ждать изобретения альтернативной экспериментальной техники, поскольку иначе потребовалось бы вскрывать слишком много черепных коробок. Дело в том, что биоэлектрический потенциал мозга очень слаб - порядка милливольта и меньше (милливольт - одна тысячная вольта; для сравнения: напряжение в обычной пальчиковой батарейке равняется полугора тысячам милливольт). Очевидно, электропотенциал мозга достаточно слаб даже при измерении его непосредственно на поверхности мозга, и во много раз слабее, если ему приходится преодолевать сопротивление оболочек, особенно костной. Даже самые чувствительные приборы, применявшиеся в XIX веке, не были достаточно чувствительны, чтобы воспринимать и записывать сигналы, амплитуда которых не превышала нескольких микровольт (миллионные доли вольта). Изобретение электронной лампы-усилителя в начале XX века обеспечило возможность ведения измерений с необходимой точностью, а также обусловило появление высококачественной звукозаписи, радио и телевидения.
Этим не преминул воспользоваться Ханс Бергер, немецкий нейропсихиатр, получивший возможность при помощи новых приборов записывать электрическую активность человеческого мозга, не нарушая целостности черепов добровольцев. Каково же было его удивление, когда результаты оказались не менее сенсационными, чем открытие, сделанное Кейтоном за 50 лет до него. В опытах с человеком Бергер ожидал получить такие же беспорядочные колебания напряжения, как и при проведении опытов с животными: кроликами, кошками, собаками, обезьянами. Но колебания напряжения у представителей человеческой расы оказались неожиданно ритмичными. Бергер назвал записи мозговых волн электроэнцефалограммой (ЭЭГ) и отметил, что, как только субъект был в состоянии лечь, закрыть глаза и расслабиться, колебания его мозговых волн становились регулярными, с периодичностью повторения примерно 10 раз в секунду. Это и был знаменитый «альфа-ритм» (названный так его первооткрывателем), свидетельствующий о состоянии расслабления (равно как и о погружении в медитацию). Бергер обнаружил, что частота (количество пиков в секунду) колеблется между 8-ю и 12-ю, и альфа-ритм исчезает, как только из внешнего мира поступает неожиданный стимул (например, звук щелчка пальцами). Наконец-то у науки появилось окно, открытие которого обещало пролить свет на природу сознания.
Занятно, что наблюдения, сделанные Бергером, поначалу были восприняты в научных кругах с изрядной долей скепсиса. Большинство электрофизиологов сочли обнаруженный Бергером альфа-ритм результатом определенного рода ошибки в измерениях, а не следствием естественной активности мозга. Эксперты двояко обосновывали свои сомнения: во-первых, они были уверены, что единственный тип электрической активности мозга - это «пиковые [spike] всплески потенциала», связанные с работой мозговых клеток; во-вторых, в альфа-ритме, о существовании которого заявил Бергер, наблюдалась регулярность такой степени, которую в живой природе встретить никто не ожидал;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71