Александр Супин - Этот обыкновенный загадочный дельфин

Определение пороговой громкости это пример, поясняющий основной принцип определения свойств слуха по поведению животного. Ясно, что таким же способом можно исследовать не только чувствительность, но и другие, самые разные возможности слуха. Это дела ют, меняя разные свойства звука и устанавливая, при каких условиях животное способно услышать звук, а при каких — нет.

Можно, например, менять частоту звуковых колебаний (от нее зависит то свойство звука, которое мы называем высотой) — делать ее все более и более высокой; когда частота звуковых колебаний станет слишком уж высокой, они перестанут восприниматься слуховой системой, и поведение обученного дельфина тотчас «доложит» нам об этом. Так можно установить, какую предельную частоту звуковых колебаний способен слышать дельфин — это тоже важнейшая характеристика слуха.

Более того, можно определить, насколько хорошо животное не только воспринимает, но и различает звуки. Например, опустим в воду два источника звука (такие подводные излучатели звука называют гидрофонами) и сделаем так, чтобы один из них издавал звук более высокого тона, а другой — более низкого. Научим дельфина в ответ на звук подходить всегда к тому гидрофону, который издает, например, более высокий звук (можно и на оборот, это совершенно не важно). Пока разница в тональности звуков от одного и от другого гидрофона достаточно велика, дельфин безошибочно выбирает тот, который нужно. Начнем уменьшать эту разницу — звуки от двух источников становятся все более и более близки ми по тональности, более похожими друг на друга. Если уменьшить различие между звуками до определенного предела, то дельфин уже не сможет разобрать, к какому из двух гидрофонов надо подходить, начнет путаться, действовать наугад. Значит, мы определили то минимальное различие между звуками, которое животное еще улавливает, — это различие и есть точная мера его способности различать звуки. Понятно, что таким же точно способом можно измерить, как дельфин различает звуки не только по высоте, но и по громкости, тембру, по любым другим свойствам.

Какие именно слуховые возможности дельфинов исследовались и что при этом получилось, об этом речь пойдет немного позже. А сейчас посмотрим, нет ли более удобного и эффективного способа исследовать слуховые возможности дельфинов. Ведь предварительная дрессировка, которая требуется для исследования слуха описанным выше способом, — это очень трудоемкое и долгое занятие, да и вся последующая процедура измерения требует от исследователя бездны терпения и упорства. Это ведь только на первый взгляд все выглядит так просто и ясно: подошел дельфин к гидрофону или педали значит, слышит; не подошел — не слышит. В реальности все намного сложнее. Он может подойти к педали и не расслышав звука, просто случайно либо на всякий случай — вдруг получит награду. А может и расслышать, но не подойти: отвлечет его что-то или задумается о чем-то своем, о дельфиньем. Чтобы из хаоса таких случайностей выделить «чистые», заслуживающие доверия сведения, нужны многократные пробы, повторения, результаты которых будут потом обработаны методами статистики. А тут новые сложности: повторили несколько раз сигнал, каждый раз поощряя дельфина рыбкой, и он уже сыт, да и надоело ему повторять одно и то же — больше работать сегодня он не хочет. А то просто окажется в дурном на строении (с подружкой поссорился или с приятелем по дрался) и не захочет работать: звук явно слышимый, а дельфин, как обиженный ребенок, уткнулся носом в угол и не желает подходить к педали. Эксперимент насмарку, и нужно ждать, пока испытуемый снова захочет работать активно. Иногда для проведения одной серии измерений требуются месяцы и годы. Может быть, можно приду мать такой способ, чтобы измерения проводить побыстрее и не зависеть от капризов животного? Оказывается, можно. Этот способ основан на регистрации электрических сигналов мозга.

Мозг состоит из миллиардов нервных клеток. А работа любой из них сопровождается появлением вокруг нее электрических токов. Каждая нервная клетка — это миниатюрный электрический генератор. Всякий раз, когда к клетке приходят сигналы от других клеток, а она, в свою очередь, передает этот сигнал дальше, в ней на мгновение вспыхивает сложная цепочка электрохимических реакций, и вокруг клетки возникает электрический разряд. Мощность этого разряда микроскопически мала: ведь сам генератор разряда — клетка — размером в тысячные доли миллиметра. Чтобы уловить электрический ответ одной такой клетки, нужно ввести в мозговую ткань тончайший электрод и подвести его к клетке вплотную, на расстояние опять же не больше чем тысячные доли миллиметра, а к этому электроду подключить специальный высокочувствительный электронный усилитель, способный почувствовать микроскопически слабый клеточный разряд. В принципе современная экспериментальная и хирургическая техника вполне позволяют выполнить такую процедуру, причем не причиняя животному боли и других неприятностей. Но на высоко организованных животных, в том числе на дельфинах, такие эксперименты никогда не проводятся: ведь введение любого инструмента или электрода в святая святых — в мозг животного — может быть небезопасно для его здоровья, да и с этической точки зрения такие действия выглядят не очень-то достойно. К счастью, это и не обязательно. Есть способы, которые позволяют зарегистрировать электрические сигналы мозга совершенно без опасно и безболезненно.

Если животное воспринимает какой-нибудь сигнал, например слышит звук, то при этом практически одно временно срабатывают не одна и не несколько, а тысячи тех нервных клеток, которые имеют отношение к восприятию и анализу этого сигнала. Электрические ответы всех этих нервных клеток складываются, и в результате возникает электрический ответ мозга, намного более мощный, чем ответ каждой из клеток в отдельности. Возникающий при этом электрический ток, пройдя сквозь ткань мозга, кости черепа, мышцы и кожу, может достичь поверхности тела. А это значит, что достаточно приложить к поверхности головы простые металлические контакты-электроды, соединенные проводами с чувствительным усилителем электрических сигналов, и будет зарегистрирован электрический ответ мозга на звуковой сигнал.

Конечно, когда мы говорим об электрическом ответе мозга, что он намного более мощный, чем разряд одной клетки, нужно иметь в виду, что значит «мощный». Нас ведь не «трясет» электрическим током, возникающим в собственной нашей голове, всякий раз, когда мы что-нибудь увидели или услышали. Сильным этот ток может казаться только по сравнению с микроскопически слабым ответом одной нервной клетки, но это действительно ничтожно слабый электрический ток. А те отголоски электрических процессов в глубине мозга, которые достигают поверхности тела, еще более слабы. Электрические напряжения, возникающие на поверхности головы человека или дельфина, составляют миллионные доли вольта, а то и меньше —это в десятки миллионов раз меньше, чем нужно, чтобы зажечь лам почку карманного фонарика. Но современным электронным измерительным приборам такие напряжения вполне доступны.