Строение коры и распределение обязанностей между разными ее отделами более или менее ясны, но вот интимные связи и взаимодействия между ее клетками, механизмы накопления, хранения и обработки информации в коре — пока еще тайна за семью замками. Ученые пытаются отгадать ее, исследуя электрические свойства мозга.
Альфа-ритмы
Началось это 40 лет назад, когда немецкий психиатр Ганс Бергер опубликовал странные картинки. Волнистые линии на них, утверждал Бергер, графическая запись активности головного мозга. Ему не поверили и даже подняли на смех. Трудно было представить, что о работе такого таинственного органа можно узнать что-либо, подключая к нему измерительные приборы. Технические средства и энтузиазм Бергера оставляли желать большего, и о «мозговых волнах» забыли.
А через 25 лет из скромных опытов Бергера родилась электроэнцефалография.
«Мозговые волны», открытые им, известны теперь под названием альфа-ритмов. Кроме них, есть еще бета-, гамма- и тета-волны. Однако от понимания биологической сущности этих волн ученые сейчас так же далеки, как и 40 лет назад.
Кибернетики предполагают, что электроволны — шифрованные сообщения, посылаемые мозгом. Надо найти к шифровке ключ. В клинике, впрочем, ее можно использовать и без ключа. Изменяется характер ЭЭГ, то есть электроэнцефалограммы, — тревога. Поражена какая-то часть мозга. Электроэнцефалограмма точно указывает какая.
Но ученые, которые, вооружась ЭЭГ, хотят проникнуть в существо психических процессов, все еще подбирают к ней ключи. Больше всего психиатров интересуют альфа-волны: их колебания, как выяснилось, тесно связаны с мозговой деятельностью.
Что о них известно?
Частота — 8–13 герц, амплитуда — 30 милливольт. Запись альфа-ритмов одного человека так же не похожа на запись другого, как не похожи их автографы. Амплитуда альфа-волн в разных частях мозга различна. И всегда больше в затылочной доле (там «посольство» зрительных нервов). Они четки и ритмичны, когда человек спит или просто закрывает глаза, ничем не взволнован и ни о чем не думает. Но стоит включить свет, приняться решать задачу или учить стихи, альфа-волны начинают угасать. Ясно, что они как-то связаны с процессами мышления, познания. Но как?
Вот одна из гипотез.
Полагают, что альфа-волны отражают электрические свойства дендритов, которые составляют основную массу серого вещества мозга. Дендритные электропотенциалы обычно слишком малы для того, чтобы вызвать активность нейронов. Однако, когда они возрастают, возбуждается и нейрон: быстрее перехватывает и передает дальше эстафетную палочку специфических импульсов, которые лежат в основе мышления. По всем нейронам словно пробегает волна повышенной чувствительности, и мозг, мобилизуясь, принимает, сохраняет и перерабатывает информацию.
Уолтер Грей первый увидел, как альфа-ритмы бегут по коре. Помог ему в этом двадцатидвухглазый Топси.
Двадцать две электронно-лучевые трубки соединили с электродами. Каждый электрод подключили к мозгу. Электроды принимают из него электрические сигналы. Усилитель их усиливает, электронно-лучевые трубки преобразуют в световые вспышки, яркость которых зависит от активности соответствующего участка мозга. Все двадцать две трубки помещают позади экрана. А на экран наносят контуры мозга. Трубки располагают с таким расчетом, чтобы спроецировать сигналы от участков мозга, к которому они подсоединены, на соответствующее место рисунка на экране. Это топоскоп Уолтера Грея. Ласково — Топси. Прибор для исследования топографии активности мозга.
У большинства людей альфа-волны возникают в височных и лобных долях и распространяются дальше по всей коре. Соседние ее участки реагируют на раздражение в определенном порядке, словно их по очереди включает какое-то развертывающее устройство. И мозг не формально подходит к выполнению своих обязанностей: где-то в его глубинах постоянно работают сортировочный пункт всех сигналов, идущих в кору.
Если какая-то его «извилина» получает новое раздражение, альфа-волны оповещают об этом весь мозг. Но когда раздражение повторяется через правильные интервалы, мозг перестает к нему «прислушиваться»: альфа-ритмы затухают до тех пор, пока в поток информации не попадет сигнал действительно серьезный и важный.
Параллельно с лабораторией Уолтера Грея те же проблемы исследуют сотрудники Михаила Николаевича Ливанова в Институте высшей нервной деятельности Академии наук СССР.
Здесь тоже есть свое детище. Но пятидесятиглазое (а недавно появилось и стоокое). Топоскоп Ливанова и Ананьева позволяет изучать сразу работу всего мозга. Целиком. А не только отдельных его частей.
На этом, пожалуй, мы закончим разговор о коре. Ствол мозга, на время забытый нами, таит в себе интересного не меньше.
Сортирующая сеть
Перед Дейтерсом, впервые описавшим ее в прошлом веке, она предстала под микроскопом сетью беспорядочно разбросанных нейронов, густо переплетенных нервными волокнами. Дейтерс назвал ее сетчатым образованием, или ретикулярной формацией. Находится она в стволе и тянется от спинного мозга до таламуса — тоже очень интересного образования ствола.
Ретикулярной формации не повезло. Ее открыли, подробно описали и, не придав большого значения, забыли. Лет двадцать назад американский нейрофизиолог Мэгун и его коллеги из Калифорнийского университета неожиданно вдруг обнаружили, что ретикулярная формация поймала в сети и подчинила своему влиянию почти всю деятельность центральной нервной системы.
«Эти неспецифические механизмы, — писал Мэгун, — распределены почти по всей центральной области ствола мозга, и подобно тому как спицы отходят от оси колеса к его ободу, так и функциональные влияния этой центрально расположенной системы могут распространяться в нескольких направлениях: на спинной мозг, на механизмы, осуществляющие эндокринные функции, на структуры, где возникают эмоции, и на кору больших полушарий, которая обслуживает все высшие сенсоро-моторные и интеллектуальные процессы». Влияет ретикулярная формация на них разными способами. Прежде всего сортирует и регулирует движение нервных импульсов.
Помните, мы говорили, что в головном мозгу есть особый «сортировочный пункт». Из потока имформации он выбирает каждую минуту лишь самые важные для организма сигналы. Обязанности сортировщиков природа возложила на нейроны ретикулярной формации и потому сделала их неспецифическими: любой из этих нейронов может разобраться в любом сигнале любого органа. А чтобы ни один из сигналов не миновал контрольного пункта, природа устроила так, что в ретикулярную формацию поступают дубли всех импульсов, какому бы отделу мозга они ни были адресованы. Доставляют их коллатералли — тонкие веточки, отходящие от основного нервного тракта. Коллатералли посылает в ретикулярную формацию всякий нервный кабель: чувствительные волокна, бегущие из спинного мозга в кору, двигательные, идущие в обратном направлении, нервные пучки, связывающие мозжечок с корой, и все другие.
А ретикулярная формация, как расторопный регулировщик на оживленном перекрестке в часы «пик», одни сигналы пропускает раньше да еще «подстегивает», снабжая дополнительной энергией, другим дает дорогу во вторую очередь. А иные вообще задерживает на время, пока не станут они для организма важными.
Нейроны ретикулярной формации непрерывно заняты сравнением, оценкой и отбором сигналов, которые должны обеспечить поведение организма, точно соответствующее создавшейся обстановке. А верно выбранная программа действия часто вопрос жизни и смерти!
Допустим, продираясь сквозь тропические заросли, человек поранил лицо. Еще полсекунды назад сообщение о ранении было бы самым важным среди потока информации, идущей в его мозг. Но в эти полсекунды человек вдруг увидел, что лиана, за которую он хотел ухватиться, — ядовитая змея.
Для ретикулярной формации сигнал о змее что сирена «Скорой помощи» для регулировщика движения. Тотчас же она задерживает остальные сообщения. А это по прямому проводу передает в кору, усилив дозой добавочной энергии, чтобы сразу на него обратили внимание. И ответную реакцию пропустит без очереди. Человек, ничего еще не осознав, автоматически отдернет руку, отшатнется, выхватит нож. И лишь, когда куски ядовитой «лианы» будут судорожно извиваться у его ног, почувствует боль в ободранной щеке.