ЭВМ и живой организм - [15]

Дальнейший прогресс техники эксперимента может дать нам возможность исследовать сигналы в тысячах разных нервных волокон. В то же время не менее важно изучение живых организмов, обладающих простейшей системой нервного возбуждения.

Кенес Д. Роед и его коллеги долгое время изучали связь уха и центральной нервной системы ночного мотылька, который имеет всего лишь по два чувствительных нервных окончания в каждом ухе.

Многое в поведении этих насекомых не изучено. Исследования носили поисковый характер и сулили многое: ведь предстояло познать «механизм выживания» мотылька, который только благодаря своим ушам, своевременному распознаванию сигнала опасности и предвидению следующих за сигналом действий может уцелеть в борьбе за существование со своим главным врагом – насекомоядной летучей мышью.

Нужно сказать, что летучие мыши способны обнаружить свою жертву во время полета в полной темноте. Эти ночные хищники испускают серию ультразвуковых сигналов и по характеру их отражения от предметов («ультразвуковая локация») определяют местоположение, направление полета и расстояние до возможного объекта нападения.

Механизм «ультразвуковой локации» мыши настолько совершенен, что она может обнаружить насекомое много меньше москита.

Некоторые ночные мотыльки имеют уши, способные различать ультразвуковые сигналы мыши. Эти насекомые, услышав приближение врага, резко меняют направление своего полета, начинают петлять или взмывают вверх с огромной скоростью, удаляясь от источника ультразвука. Любопытно отметить, что такое насекомое меняет направление своего полета раньше, чем ультразвуковой сигнал, отразившийся от его тельца, возвращается обратно к мыши.

Слуховые органы мотылька размещены на задней части его грудной клетки и имеют выходные отверстия в районе сужения между брюшком и грудной клеткой. Каждое ухо выглядит, как маленькая раковина, внутри которой ясно видна барабанная перепонка, закрывающая воздушную полость. Внешние сигналы, воспринимаемые барабанной перепонкой через воздушную полость, передаются в центральную нервную систему мотылька к нервным волокнам, поддерживающим скелет, по тончайшему каналу. Внутри этого канала размещаются два акустических нервных волокна, известные, как А-волокна. Они-то и передают «волну ощущений» от барабанной перепонки к скелетным нервным волокнам. (Используя техническую терминологию, можно сказать, что два А-волокна собирают всю информацию о звуках и передают ее в центральную нервную систему.) Рядом с двумя А-волокнами в том же канале расположено неакустическое В-волокно. Все эти волокна продолжаются как «барабанный нерв» внутри центральной нервной системы.

Нервные импульсы в простом нервном волокне проявляются как электрическая «разность потенциалов» в несколько милливольт, возникающая на доли миллисекунды последовательно между отдельными точками волокна.

Скорость распространения этих сигналов может быть охарактеризована одной цифрой: по А-волокну от чувствительного органа до центральной нервной системы сигнал проходит менее чем за 2 миллисекунды.

Продвижение электрического сигнала по нервному волокну может быть воспринято специальным тончайшим электродом и передано затем на осциллограф, на экране которого возникает при этом характерная «пика».

Делается это следующим образом. Одна из мышц мотылька рассекается под микроскопом, и из нее выделяется «барабанный нерв». Тончайшие серебряные электроды соединяются с нервом. Они передают электрические сигналы, проходящие по нервным волокнам, на осциллограф. С мотыльками, подготовленными таким образом, и проводили эксперименты в импровизированной лаборатории на открытом воздухе.

Чтобы сделать точные измерения электрических явлений в нервах, был нужен контрольный источник ультразвуковых импульсов, подобных сигналам летучих мышей. Искусственный ультразвуковой электронный стимулятор в точности воспроизводил такие сигналы.

Используя электронную аппаратуру для выявления последующих ответных реакций А-волокон, удалось определить, какая акустическая информация доступна мотыльку. Ухо мотылька передавало к осциллографу такие импульсы, которые оно обычно посылает в центральную систему. А именно это интересовало исследователей.

Оказалось, что чувствительность слуховых органов мотылька примерно в 100 раз выше, чем у человека. Так, например, на расстоянии более 200 метров мотылек может слышать ультразвуковые сигналы мыши, чего человек не может вовсе.

Ухо мотылька принимает сигналы с частотой 10 килоциклов так же хорошо, как с частотой 100 килоциклов, одинаково хорошо воспринимает звуковые и ультразвуковые колебания. И еще: мотылек обладает свойством воспринимать чрезвычайно короткие звуковые сигналы, подлинные взрывы звуков.

Реакция А-волокна на искусственный или естественный сигнал-раздражитель отражалась на экране осциллографа в виде кривой с пиками, характеризующей электрический поток в нервных волокнах. Анализ кривых позволил установить, что насекомые пользуются четырьмя видами акустической информации.

Первый вид. Возникновение «пик» на экране осциллографа, что свидетельствует о наличии источника звука. Этот вид информации нельзя признать достаточным, так как пики, возникающие от длинных «вялых» криков далеко летящей, и потому безопасной мыши, могут быть похожи на пики коротких сильных сигналов приблизившегося хищника.