Мозг и сознание - [26]

Для того чтобы вызвать возбуждение, необходимо быстро уменьшить положительный заряд, существующий в норме на поверхности покоящейся клетки, пока он не дойдет до критической точки местной деполяризации. В этот момент проницаемость оболочки для попов изменяется и включается в действие генетически детерминированная последовательность электрических и химических процессов. Возбуждение возникает в непосредственной близости от отрицательного электрода (катода), потому что воздействие отрицательного заряда нейтрализует существующий в норме положительный потенциал на наружной поверхности клеточной мембраны. После прекращения раздражения положительный заряд восстанавливается благодаря энергии определенных химических реакций. Относительно простые процессы деполяризации и реполяризации клеточных мембран являются важнейшими элементами нервной возбудимости, и от них в конечном счете зависит необычайная сложность всех поведенческих актов.

Существует огромный разрыв между нашими знаниями об электрических процессах на клеточном уровне и представлениями о механизмах реакций целого организма. Как можно объяснить такие виды деятельности, как ходьба, решение задач или мышление, в терминах поляризации и реполяризации клеточных мембран? Конечно, поведенческие реакции невозможны без соответствующих спайковых потенциалов и обмена ионов, но они так же невозможны и без потребления сахара и кислорода; поэтому мы должны отличать основные неспецифические процессы жизнедеятельности клетки — ее метаболизм — от процессов, специфически связанных с поведением. Электрическая активность нейронов, по-видимому, выполняет двойную роль: с одной стороны, это проявление метаболизма клетки, а с другой — способ передачи кодированной информации. Способность передавать кодированную информацию — наиболее важное и наименее понятое свойство нейрона, этой функциональной единицы нервной связи. Располагая определенным количеством кирпичей, строитель может воздвигнуть бесконечное число разных зданий. Для того чтобы заранее решить, каким будет закопченное здание, надо знать как свойства отдельного кирпича, так и план укладки кирпичей. Каждая поведенческая реакция — это сочетание огромного числа отдельных деполяризаций, имеющих определенную пространственную организацию и временную последовательность. Их взаимодействие подчас столь сложно, что недоступно экспериментальному анализу; поэтому следует начать с изучения очень простых явлений. Аксон кальмара был на протяжении многих лет излюбленным объектом исследования в нейрофизиологии. Однако при использовании результатов экспериментов на этом препарате для объяснения двигательных реакций и психической деятельности следует быть очень осмотрительным. Чтобы понять смысл фразы или почувствовать красоту поэзии, недостаточно знать алфавит.

Помимо изучения спонтанных изменений мембранных потенциалов, мы можем искусственно вызвать деполяризацию путем электрического раздражения скоплений церебральных нейронов с целью исследовать их функциональную организацию, а также возникающие при этом поведенческие реакции организма в целом. Необходимо одновременно применять как тот, так и другой экспериментальный подход, чтобы найти взаимосвязь между функцией клеток и поведением. Наши современные знания физико-химических основ биологической активности, о которых написано очень много работ [23, 182, 203], позволяют сформулировать следующие положения: 1) ни один поведенческий акт, включая его психические компоненты, невозможен без возникновения отрицательных потенциалов, которые сопровождаются электрическими и химическими сдвигами на клеточном уровне; 2) за искусственно вызванной с помощью электрического тока или химических веществ деполяризацией мембраны может последовать доступная наблюдению поведенческая реакция; 3) несмотря на то что поведенческая деятельность очень сложна и многие ее аспекты недостаточно изучены, для объяснения двигательных и психических компонентов поведения не следует прибегать к «жизненной силе» или к какому-либо другому метафизическому принципу; они связаны с закономерностями физических и химических процессов, которые можно исследовать экспериментально.

Классические эксперименты Гальвана, показавшие, что мышцы лапки обезглавленной лягушки сокращаются в ответ на раздраженно электрическим током, каждый год многократно воспроизводятся в лабораториях колледжей и университетов. Эти простые эксперименты демонстрируют, что биологический процесс — сокращение мышцы — можно вызвать по воле экспериментатора, воздействуя электрическим током на мышечную ткань. Если нет раздражения, то лапка не будет сгибаться. Если мышечные клетки мертвы, то их возбудимость и сократимость утрачены и мышца не реагирует на раздражение. Сокращение будет одинаковым как при прямом раздражении мышцы током, так и при раздражении ее через двигательный нерв или головной мозг, и это сокращение сравнимо с произвольными движениями живой лягушки. Электрический ток не создает движения конечности, а действует только как деполяризатор, включая цепь процессов, которые зависят от свойств раздражаемого органа.