Метазоа. Зарождение разума в животном мире - Питер Годфри-Смит
Но электрический заряд выполняет и другие функции. Ионы проходят через мембрану нейронов медленными, иногда ритмичными потоками. Они накладываются на внезапные волны возбуждения – кратковременные изменения мембранного потенциала, или «спайки». Медленное движение ионов, в свою очередь, изменяет потенциал действия, потому что влияет на заряд клетки в каждый конкретный момент. Часть этих медленных ионных потоков возникает вследствие воздействия одного нейрона на другой, но другая часть – это «естественная», или генерируемая самой клеткой, фоновая активность, которая служит причиной «спайка» и в каком-то смысле напоминает «электрическое дыхание».
Предположим, мы взглянем на картину шире и попытаемся зарегистрировать эту активность с некоторого расстояния. Эффект большого числа электрических событий всегда ощущается и на некотором расстоянии от источника. Это следствие двойственности заряда как природной силы{173}.
У электрической активности есть локальный аспект – токи и химические реакции, которые мы исследовали до настоящего момента; однако это еще не все. Вторая ее сторона – поля, невидимо пронизывающие пространство. Поле – это особого рода распределенная в пространстве закономерность, которая оказывает влияние на объекты, в него попадающие. Кроме электрического поля существуют и другие. Вокруг любого электрического заряда, в том числе в мозге, возникают электрические поля, ослабевающие с расстоянием. Как я уже писал, нейроны мозга генерируют слабую, но постоянную электрическую активность. Предположим, мы можем прослушать всю эту активность в сумме, в целом – и слушаем ее по всей поверхности черепа. Можно было бы ожидать, что мы услышим нечто вроде беспорядочного потрескивания или жужжания. Но нет, вместо этого перед нами слаженный ритм, и не один, а несколько разных – именно их и обнаружил Ганс Бергер в поисках телепатии.
Чуть выше я написал, что клетки мозга словно электрически дышат. Теперь нам известно, что некоторые из них дышат в унисон – не все и не большинство, но их число достаточно, чтобы, слушая целое и отсекая посторонние шумы, можно было зафиксировать ритм. Ритмы головного мозга сложные: волны накладываются на волны, но их реальность не подлежит сомнению. Мы слышим их потому, что электрические события генерируют поле, а поле меняет паттерн движения ионов сквозь мембрану. (Я нахожу эту акустическую метафору – слышать – неотразимой, но ритмы мозга, как правило, отображаются визуально, на дисплее или на графике.) Паттерны ЭЭГ в основном возникают вследствие тех самых медленных изменений, а не потенциала действия, хотя они и влияют друг на друга{174}. Бергер описал два вида волн: альфа и бета. Позже были найдены и другие, в том числе более быстрые гамма-волны и ряд очень медленных, характерных для сна.
Эти ритмы кажутся чем-то вроде сигнала. Помимо и сверх сигналов, которыми обмениваются клетки, мозг как целое, очевидно, что-то транслирует. Но кому и зачем?
Первый вариант объяснения: все это ничего не значащий побочный продукт – забавный артефакт, мелодичное гудение машины. Когда-то нейробиологи так и думали. Но для возникновения ритма требуется множество условий, а кроме того, похожие ритмы наблюдаются у самых разных животных, в том числе у тех, которые очень далеки от нас. Мы не можем сделать ЭЭГ беспозвоночному, нацепив сетку с датчиками ему на голову, зато можем ввести электроды непосредственно в мозг и послушать активность соседних клеток – не миллионов, создающих ритмы ЭЭГ, но сотен или тысяч. (Это называется записью потенциала локального поля.) Подобные эксперименты проводились над плодовыми мушками, лангустами, осьминогами и многими другими животными – у всех были зафиксированы ритмы, часто очень похожие на человеческие{175}. Одни ритмы ассоциируются со сном, другие с вниманием и так далее. Ритмы мозга осьминогов особенно похожи на наши. Учитывая схожесть ритмов в таких разных мозгах, трудно поверить, что весь феномен целиком – ничего не значащая случайность.
Второй вариант объяснения: что-то из того, что мы наблюдаем, важно с биологической точки зрения, а что-то – нет. Синхронизированная активность клеток, тот факт, что они делают одно и то же «одновременно», – важен. Возникающее в результате электрическое поле, пронизывающее пространство, и волнообразные изменения в нем – просто побочный эффект активности клеток и никакой особой роли не играет.
Ход мысли, описанный выше, ставит под сомнение и это предположение тоже. Чтобы получить волны на ЭЭГ, требуется не только синхронизировать активность клеток во времени, но и особым образом выстроить эти клетки в пространстве. Если бы клетки, суммарная активность которых генерирует волны на ЭЭГ, были беспорядочно разбросаны и по-разному ориентированы, то мы не увидели бы волн, даже если бы клетки вели себя ритмично, поскольку они взаимно нивелировали бы свое влияние на поле.
Сказанное предполагает вероятность того, что поля и их закономерности существуют не просто так – они выполняют какую-то задачу. Однако интересующая нас пространственная организация нейронов могла появиться и по другим причинам, например естественным образом в процессе формирования мозга. Возможно, нейроны, построенные колоннами, лучше обрабатывают информацию. При таком раскладе мозг по-прежнему генерирует электрическое поле, но само это поле не выполняет никаких функций. Подобный ход рассуждений опять же подразумевает, что синхронизация клеток влияет на работу мозга, а общее электрическое поле – нет.
Идея, согласно которой синхронизация активности играет важную роль в работе мозга, обретает все большую популярность{176}. По всей видимости, мозг генерирует и каким-то образом использует ритмы активности, они присутствуют на многих уровнях и встроены один в другой. Ряд исследователей (в том числе Рудольфо Льинас и Дьёрдь Бужаки) видят в таком представлении о мозге философский или близкий к нему аспект: оно поддерживает идею, что мозг активен по своей природе и не нуждается в поступлении сенсорной информации, чтобы «включиться». Роль сенсорной информации – модулировать активность, генерируемую мозгом. Это контрастирует с «эмпиристским» представлением о пассивном, «реактивном» мозге, паттерны активности которого задаются извне.
Подобное представление о ритмической активности действительно меняет наше понимание того, что же такое мозг, – но это еще не все. Есть еще и третья, довольно спорная вероятность: электрические поля мозга все-таки играют какую-то биологическую роль. И если так, то Бергер зарегистрировал не побочный продукт, но некую функцию мозга. Даже не будучи нейробиологом, я бы, пожалуй, поставил на этот вариант. Думаю, его еще будут оспаривать, но на настоящий момент все выглядит именно так.
Наша история продолжается еще одним открытием, сделанным в необычных обстоятельствах. Анжелика Арванитаки – французский нейрофизиолог греческого происхождения{177}. Она изучала нервную систему моллюсков на французской морской станции недалеко от Тулона в конце 1930-х и в 1940-х годах. Работать ей приходилось в сложных условиях: когда в самом начале Второй мировой войны Франция пала, станцию захватила итальянская армия. Арванитаки – одна из тех женщин-ученых, чья работа кажется недооцененной – либо из-за гендерной дискриминации в науке, либо потому, что была несвоевременной, либо же из-за того и другого сразу (тут вспоминается Барбара Макклинток и «прыгающие гены», а также Линн Маргулис и симбиотическое происхождение митохондрий{178}). Ученые того времени сосредоточили все внимание на синапсе – промежутке между двумя нейронами в цепочке, пытаясь понять, как сигнал преодолевает этот разрыв. Арванитаки начала свою самую важную статью, опубликованную в 1942 году, с заявления, что нервные клетки способны влиять друг на друга не только через синапсы, и доказала это экспериментально{179}. Сегодня это влияние (основываясь на ее терминологии) называют эфаптическим связыванием нервных клеток.
Открытие, сделанное Арванитаки, не связано с волнами Бергера напрямую: Арванитаки прежде всего интересовало эфаптическое влияние на межклеточном уровне. Однако недавно
