Борис Сергеев - От амёбы до гориллы, или Как мозг учился думать
На пьедестале собака
Мозг — самый загадочный и наиболее сложно устроенный орган человеческого тела. Он состоит из более 100 миллиардов нервных клеток, соединенных друг с другом с помощью своих отростков. Несмотря на то что сотни ученых многих стран мира с помощью обычных и значительно более мощных электронных микроскопов давно изучают строение мозга, досконально разобраться в хаосе хитросплетений нервных волокон пока не удалось. Еще труднее понять, как работает мозг. Неудивительно, что лет сто — двести назад ученые об этом совершенно ничего не знали. Они даже не представляли, как взяться за такое сложное дело. Многие выдающиеся биологи считали, что функции мозга вообще непознаваемы. Вот почему эту книгу нужно начать с рассказа о первых шагах по изучению функций мозга, о том, как удалось прорваться к его сокровенным тайнам. Тем более что эти выдающиеся открытия всецело принадлежат русской науке. Знакомство с ними поможет понять весь последующий ход изучения развития психики, развития умственных способностей животных. Восемьдесят лет тому назад Нобелевская премия заслуженно считалась самой высокой оценкой труда ученого. Среди наших соотечественников первым ею был удостоен Иван Петрович Павлов за многолетний труд по изучению главных пищеварительных желез. В те годы ученые имели самое смутное представление о том, как в желудке и кишечнике переваривается пища. Знали, что есть железы, которые вырабатывают пищеварительные соки, но кто управляет их работой, кто определяет, когда, сколько и какие соки необходимы для переваривания каждого вида пищи, — оставалось тайной. Годы кропотливой работы понадобились, чтобы разгадать главные секреты процесса пищеварения, над расшифровкой которых безуспешно трудились в лучших университетах Европы и Америки. Чтобы выяснить это, нужно было заглянуть внутрь пищеварительного тракта, и Иван Петрович придумал, как это сделать. Он производил специальные операции — отсоединял от различных отделов кишечника и желудка небольшие участки, изолировал их от остального пищеварительного тракта так, что пища туда попадать уже не могла, а в их стенках проделывал отверстия — фистулы. Чтобы отверстия не зарастали, в них вставлялись фистульные трубки. Теперь в любой момент можно было собирать пищеварительные соки, измерять их количество и, поскольку они не загрязнялись пищей, осуществлять их химический анализ. Сделанные открытия уже начали приносить ощутимые плоды. Врачам стали понятны причины многих форм расстройств пищеварения, и они по-новому начали их лечить. Даже материальное положение лаборатории Павлова улучшилось. Она начала получать доход от продажи желудочного сока, собираемого у собак, так необходимого для лечения некоторых больных. Дополнительные денежные поступления явились немалым подспорьем к скудным средствам, отпускаемым на науку царским правительством. Казалось бы, главное достижение жизни ученого позади. Теперь можно, используя новые методы, не торопясь, расширять и углублять исследования. Именно так на его месте поступил бы любой другой ученый. Однако, когда король Швеции вручал Павлову диплом и золотую медаль Нобелевского лауреата, мысли ученого были далеки от изучения пищеварения. Ни Густав II, ни многочисленные ученые, съехавшиеся в Каролинский университет, чтобы приветствовать успех русской науки, даже не предполагали, что Павлов уже несколько лет не занимался физиологией пищеварения и даже запретил своим сотрудникам заканчивать начатые работы.
И. П. Павлов (1849–1936)
Академик, первый русский лауреат Нобелевской премии, член 22 иностранных академий Иван Петрович Павлов — выдающийся физиолог, последователь И. М. Сеченова. Его исследования способствовали развитию многих разделов физиологии, в первую очередь физиологии пищеварения, которую он, по существу, создал заново. И. П. Павлов был первым ученым, рискнувшим заняться изучением высших функций мозга. Он прославил отечественную науку открытием и изучением условного рефлекса, созданием условно-рефлекторной концепции деятельности мозга и материалистического учения о высшей нервной деятельности.
Когда Павлов приехал в Стокгольм, ему шел пятьдесят шестой год, возраст, в котором ученые той эпохи задумывались о пенсии, начинали собираться на покой. Иван Петрович был не таким. Именно в это время его захватило жгучее желание выяснить физиологические механизмы работы мозга, осуществить исследование, на которое не хватило бы жизни и молодого ученого и решиться на которое никто до него не отваживался. Христианская религия с первых дней своего зарождения старательно внушала верующим, что человеческая психика всецело связана с деятельностью нематериальной божественной души. В XIX — начале XX века в это верило даже большинство ученых. Считалось, что все мысли, идеи, намерения, любые наши дела и поступки — это обычные проявления бурной деятельности нашей души. Материалистически настроенные ученые, естественно, не могли принять столь фантастическое объяснение. Постепенно, еще со времен древних греков, начинало складываться представление, что органом психики является мозг, но о том, что происходит в его недрах, никто не пытался высказать даже осторожного предположения. Первооткрывателями мозговой деятельности стали русские физиологи. В середине прошлого века великий русский ученый, профессор Петербургского университета И. М. Сеченов опубликовал брошюру «Рефлексы головного мозга». Он давно пришел к выводу, что тайну психической жизни можно раскрыть методами естествознания, и первый сделал попытку представить психические процессы чисто физиологически. В своем труде он писал, что мысль — всего лишь сложный рефлекс и, как каждый рефлекс, может быть изучена физиологом. Свои предположения, свое величайшее открытие И. М. Сеченов сумел убедительно обосновать, но приступить к систематическому изучению рефлексов, являющихся основой психических процессов, он не смог. Тогдашняя наука еще не доросла до такого уровня, чтобы можно было осуществить столь грандиозное исследование. Научную эстафету подхватил И. П. Павлов. Он взялся за новые исследования, несмотря на то что большинству ученых, его современников, функции мозга представлялись таинственным, совершенно непознаваемым божественным даром. Вот почему новое направление работы лаборатории Павлова было встречено в научных кругах не только без особого энтузиазма, но даже с явным осуждением. На первый взгляд переход от изучения пищеварения к мозгу мог показаться совершенно неожиданным. Действительно, какая связь может быть между работой желудочно-кишечного тракта, перевариванием пищи и работой мозга, нашей психической деятельностью. На самом деле связь была. Именно пищеварение натолкнуло Павлова на мысль заняться изучением мозга и подсказало блестящий способ для осуществления этого намерения, без которого проведение нового исследования оказалось бы невозможно. Еще в период изучения пищеварения сотрудники Павлова встретились с неожиданной трудностью. Обычные опыты состояли в том, что у собаки изучалось количество пищеварительных соков, выделяющихся на определенный вид пищи, и их состав. Опыты были трудоемкие, длились по многу часов подряд. Но стоило проголодавшемуся экспериментатору вынуть бутерброд, как результаты эксперимента заметно менялись. Опыт нарушался, даже если ученые выходили завтракать в другое помещение. Возвращаясь обратно, они приносили на губах и лице, на волосах и одежде слабый запах только что съеденной пищи. У собак удивительно тонкое обоняние. Бутерброд, лежащий в портфеле, мог исказить результаты эксперимента. Особенно быстро и четко реагировали на посторонние раздражители слюнные железы. Стоило голодной собаке увидеть корочку хлеба, услышать бренчание миски, из которой ее обычно кормили, или шаги служителя, который по окончании опыта уводил ее в виварий, где уже давно ждал обед, и готово — из выведенного на щеку протока железы начинала обильно капать слюна. Это явление И. П. Павлов назвал «психическим слюноотделением». Он подметил удивительную особенность: психической секреции нужно учиться. У крохотных, недавно появившихся на свет, щенят ни вид хлеба, ни бряканье миски или шаги служителя, ни даже вид и запах мяса не вызывали выделения слюны. У только что купленной собаки ни служители в виварии, ни ученые в лаборатории никогда не замечали случаев психической секреции. Но стоит маленькому щенку разок отведать мясо или новой собаке походить в лабораторию недельку-другую, и готово, у них начинают капать слюнки, у щенка — при виде мяса, а у взрослой собаки — как только экспериментатор подойдет к шкафу, где хранится пища, которой во время опыта ее подкармливали. Слюноотделение усилится, когда собака услышит скрип открываемой дверцы, увидит миску в руках ученого. В психической секреции Павлова больше всего удивляло то, что выделение слюны вызывала не сама пища как таковая, не только ее вид, исходящий от нее запах, наконец, звуки, сопровождающие ее появление, но даже вид миски, ножа, которым отрезают кусочки мяса, доски, на которой его режут. Выходило, что если экспериментатор во время опыта встал и пошел к шкафу, собака догадывалась, что ее намерены покормить, понимала, что экспериментатор собирается достать мясо, и помнила, что корм хранится именно в шкафу. Безусловно, психическую секрецию замечали и до Павлова, но этому явлению никто не придавал значения. От него отмахивались как от случайных ошибок эксперимента. Гениальность Павлова была в том, что он сумел правильно оценить значение психической секреции. Павлов догадался, что, с одной стороны, это обычное физиологическое явление, нормальный пищевой рефлекс, такой же как и все другие. С другой стороны — эта секреция одновременно представляет собой и психическое явление. Дело в том, что она в этом случае возникает не под воздействием пищи, как полагается возникать пищевым реакциям, а в результате психических процессов, благодаря тому, что собака догадалась о предстоящем получении пищи, помнила, где она хранится и кто ее кормит. Выходило, что, следя за пищевой секрецией, можно выяснить, что знает собака об окружающем мире, что способна заметить из происходящих вокруг нее событий и как она их воспринимает. Это удивительное свойство психической секреции, ее двойственность, Павлов и решил использовать, чтобы с помощью физиологических методов изучить работу мозга, его психическую деятельность. Психическую секрецию и подобные ей рефлексы, вырабатывающиеся в процессе обучения, Павлов назвал условными, в отличие от безусловных рефлексов, являющихся врожденными, так они безо всякого обучения передаются по наследству от родителей их детям. Отличительной чертой условных рефлексов является то, что их образование происходит легко и может осуществиться в течение короткого отрезка времени. Быстрота образования и высокая прочность — важнейшие свойства условных рефлексов. Они возникают в ответ на действие вполне определенных раздражителей. Их называют условными. Другие раздражители, даже очень похожие, вызвать условный рефлекс, как правило, не могут. Если ситуация, приведшая к образованию условных рефлексов, изменится, они угасают, то есть перестают осуществляться. Перестал экспериментатор подкармливать во время опытов животное, и теперь что бы он ни делал, его действия больше не вызывают выделения у собаки слюны. Угасший условный рефлекс через некоторое время может самопроизвольно восстановиться. Однако если ситуация к этому времени осталась без изменения, если экспериментатор совершенно перестал кормить собаку, рефлекс угаснет снова и теперь уже окончательно. Об особенностях образования условных рефлексов речь еще впереди. Изучение этого важнейшего элемента психической деятельности было осуществлено под руководством И. П. Павлова. Три с половиной десятилетия продолжалась работа большого коллектива ученых по изучению физиологии мозга. Исследования в павловских лабораториях проводились главным образом на собаках. Ученые надеялись, что, исследуя психику собаки, удастся изучить многие особенности работы мозга, общие для человека и животных. Условный рефлекс — важнейший, основной механизм работы мозга. Изучение особенностей его функционирования очень скоро убедило в этом ученых. Была уверенность, что условные рефлексы вырабатываются не только у собак, но и у многих других четвероногих и пернатых обитателей нашей планеты. Поэтому, изучая развитие мозга различных животных, ученые в первую очередь старались выяснить, образуются ли у них условные рефлексы и какие именно. Легко ли они возникают или с трудом. Иными словами, когда хотят разобраться в особенностях умственного развития животных, выясняют, способны ли они обучаться и чему их можно научить. И. П. Павлов внес весомый вклад в мировую науку сначала своими экспериментами по кровообращению, затем обширными исследованиями по пищеварению и, наконец, созданием специальной науки о функциях мозга. Этим он на весь мир прославил отечественную науку. Успеху И. П. Павлова во многом способствовали собаки, его основные лабораторные животные. Отдавая дань уважения этим прославленным труженицам науки, в 1936 году по его просьбе в Ленинграде на территории Института экспериментальной медицины под окнами физиологической лаборатории Ивана Петровича установили памятник собаке. На высоком постаменте четыре бронзовых барельефа со сценами из жизни лаборатории, демонстрирующими сообразительность и терпеливость собак.
