Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— Я сказал по-русски, что собаки не кусаются. Это прекрасные собаки. Я использую их в своих опытах. Добро пожаловать в Страну Церебрум.

— Церебрум, — повторил мистер Томпкинс. — Мне кажется, что это — ученое название головного мозга. Вы хотите сказать, что я действительно нахожусь внутри собственного черепа, а эти пустынные растения, покрывающие стены каньона, — нервные клетки, которые управляют моей памятью, моими мыслями и желаниями?

— Совершенно верно, — подтвердил незнакомец. — Вы находитесь на дне так называемой сильвиевой щели, глубокой расселины в коре головного мозга, начинающейся в нижней части каждого полушария и искривляющейся затем вверх и назад вдоль боковой поверхности полушария. Очень много ваших сенсорных и моторных, или двигательных, центров расположены в сильвиевой щели. Как вы видите, от каждого нейрона отходят несколько ветвящихся щупалец, или волокон, расходящихся во все стороны. Нейроны действительно напоминают какие-то фантастические пустынные растения, как вы и подумали. Некоторые из волокон относительно короткие. Они служат интеркоммуникационными связями между несколькими тысячами миллионов нейронов, образующих ваш мозг. Другие волокна длинные и, проходя внутри вашего позвоночника, достигают самых удаленных частей вашего тела, связывая головной мозг с различными органами чувств и мышцами, каждый бит информации, воспринимаемый вашими органами чувств, посылается в мозг по входным волокнам, известным под названием дендритов. Как только информация поступает в кору больших полушарий, центральный нейронный совет принимается деятельно обсуждать что с ней делать, и, приняв решение, посылает команды мышцам по длинным выходным моторным волокнам, получившим название аксонов.

«Ничего», — сказал пожилой джентельмен, протягивая руку. (С разрешения д-ра Дж. 3. Янга из Университетского колледжа в Лондоне)

— Очень похоже на электронные компьютеры с их входными и выходными каналами, ведущими к центральному вычислительному блоку, — заметил мистер Томпкинс. — Мне бы хотелось увидеть, как в действительности работает мозг.

— Нет ничего проще! Смотрите! — с энтузиазмом воскликнул незнакомец, наступая своим тяжелым правым ботинком на любимую мозоль мистера Томпкинса. — Сейчас вы увидите, как выглядит ваше ощущение боли.

И мистер Томпкинс увидел, как возбуждение охватило весь склон сильвиевой щели. Его сенсорные центры получили тревожный сигнал от пальцев ноги и теперь запрашивали моторные центры, какие ответные действия им следует предпринять. Несколько тревожных сигналов направились к нейрону по его ветвящимся дендритам. Едва поступающие сигналы достигли основного тела нейрона, как по отходящему от него аксону отправился в дальнюю дорогу новый импульс.

— Сигналы распространяются со скоростью около трехсот с лишним км в час, — сообщил незнакомец, — но сейчас вы наблюдаете их в другом масштабе времени. Эти сигналы, по-видимому, только теперь достигли конечной цели, так сказать, пункта назначения.

— Ой! — вскрикнул мистер Томпкинс, выдергивая ногу из-под ботинка незнакомца.

— Я не хотел сделать вам больно, — улыбнулся незнакомец, — но вы сами сказали, что хотели бы увидеть, как действует ваша нервная система. Вот этот нейрон связан с вашими органами речи, а сигнал, который на ваших глазах вышел из него, был послан вашим голосовым связкам и содержал команду, повинуясь которой, они издали громкий звук, предположительно с целью испугать того, кто причиняет вам боль.

— И заодно командую моей ноге, чтобы она отдернулась, —добавил мистер Томпкинс.

— Вот в этом вы заблуждаетесь, — возразил незнакомец. — Столь элементарное действие может быть совершено при участии одних лишь низших разделов вашего нейронного совета. Они составляют спинной мозг, который занимает всю полость внутри вашего позвоночника сверху донизу. Даже если отсечь вам голову, то и тогда вы все равно могли бы отдернуть ногу. По крайней мере, лишенные головы, лягушки отдергивают лапки. Но, разумеется, без головы вы вряд ли смогли бы вскрикнуть «Ой!»

Вы совершенно правильно сравнили нейронную систему человеческого мозга с системой реле электронных компьютеров. В биологии контакты между нейронами называются синапсами. Многие такие контакты возникли в результате спонтанных мутаций на ранних этапах истории эволюции. Обретенные организмом контакты передавались из поколения в поколение с помощью вполне регулярных наследственных процессов и естественного отбора. Учиться тому, что почувствовав боль, ногу следует отдернуть, вам не нужно. Такое действие принято называть инстинктивным, или врожденным, рефлексом. Но другие, более сложные действия (например, наступив кому-нибудь на ногу, вы произносите фразу «Прошу прощенья!») не принадлежат к числу наследственных. Им необходимо специально учиться в каждом отдельном случае. Такие действия я называю условными рефлексами.

— Возьмем, к примеру, хотя бы этого Барбосика, — продолжал незнакомец, с нежностью опуская руку на голову красивого ирландского сеттера, присевшего рядом с ним. — Его приучили, что когда он узнает некоторую музыкальную ноту, то в награду получает пищу.

В течение нескольких дней мой ассистент тянул эту ноту на скрипке, когда Барбосику давали пищу. При этом сигналы, посылаемые вкусовыми сосочками языка поступали одновременно с сигналами от слуховх нейронов, и между вкусовыми и слуховыми нейронами установилась связь. Так как сигналы представляют собой импульсы электрического тока, установление связи можно мыслить как создание каких-нибудь каналов проводимости между нервными волокнами, которые до того были изолированы друг от друга. Но как только изоляция пробита, связь между нервными волокнами становится устойчивой, и звуковой сигнал ошибочно принимается за вкусовой. Поскольку каждая собака обладает врожденным рефлексом, заставляющим ее слюнные железы выделять слюну, как только язык почувствует вкус пищи, рот Барбосика наполняется слюной всякий раз, стоит ему заслышать заветную ноту, извлекаемую ассистентом из скрипки.

Разумеется, это всего лишь простейший пример. Но я глубоко убежден, что все наши действия, в том числе и самые сложные, основаны на такого рода рефлексах, приобретенных либо в ходе эволюции животного как вида, либо на протяжении жизни данного индивида. Значительная часть обучения состоит в установлении связи между двумя и более объектами — в нажатии на тормоза при виде красного света или в замене суммы 2 + 5 на число 5. Такие ассоциации изучались многими различными способами, но я горжусь тем, что мои собачки заложили основу для понимания многого из того, что происходит в головном мозгу.