Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе
Александр Иванович Волошин

• О том, как работает Сознание, знают все.• Как работает Мозг знают многие.• Что такое нервный импульс толком не знает никто!• В этой книге мы с вами исследуем эволюцию человеческих представлений и заблуждений о природе нервного импульса.•Только научные факты, никакой эзотерики.• Вы узнаете откуда в нервной системе электричество, о взаимодействии нейронов, о нейронных сетях и об искусственном интеллекте.• Впервые на русском языке современные неожиданные гипотезы сущности нервного импульса.

Нейротон

Занимательные истории о нервном импульсе

Александр Иванович Волошин

© Александр Иванович Волошин, 2019

ISBN 978-5-0050-8341-8

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

Достаточно ли мы разумны, чтобы познать свой, собственный разум? Этим вопросом задавались мыслители с древнейших времён. Впервые в истории цивилизации его сформулировал Гиппократ ещё в V веке до н. э. Прошло двадцать шесть столетий, а некоторые учёные и философы, занимающиеся психикой и до сих пор сомневаются в постижимости Сознания.

Стремление понять, каким образом деятельность нервной системы обеспечивает восприятие, научение, сознание и все другие проявления поведения животных – это, несомненно, один из самых дерзких вызовов, который был брошен Природе человеком.

В этой книге нас в первую очередь будет интересовать история человеческих представлений о том, как передаётся информация в нервной системе и то, как на этом фоне возникали, развивались и воспринимались идеи, как одни заблуждения в борьбе сменялись другими. Попробуем понять, находимся ли мы на очередном этапе заблуждений или уже добрались до истины.

Слегка перефразировав Альберта Эйнштейна, скажем: история науки – это драма, драма идей. В нашей драме мы будем следить за изменчивыми судьбами научных теорий. Они не менее интересны, чем судьбы людей, ибо каждая из них включает что-то бессмертное, хотя бы частицу пути к истине.

Наше сознание не терпит «белых пятен», если мы чего-то не знаем, оно дополнит картину мира. Так, древние люди дорисовали на карте Земли Ойкумену, а мы представляем невидимую нам часть дороги за закрытым поворотом. Это свойство экстраполяции применяется человеком повсеместно. Это совершенно естественно. Это очень полезно. Наконец, наше сознание дорисовывает недостающие части картины мира, основываясь на вполне реальном жизненном опыте, и результат бывает весьма достоверным и вполне достаточным для комфортного существования. Но! Как же часто мы начинаем принимать воображаемое за реальность. Обычно отрезвление от заблуждений возникает с появлением новых инструментов описания мира. Но картина мира не меняется, изменяются только комментарии к ней.

Пока мы лишь гадаем о том, удастся ли когда-либо свести сложные психические процессы нервной системы к физическим и химическим закономерностям. Но при этом искренне уверены в правильности современных научных представлений о её работе.

Так получилось, что во все времена, на каждом этапе своего развития человечество имело некоторое вполне определённое представление о том, как работает сознание, мозг, нейрон. Всегда существовали те или иные доктрины, на которых базировались методы диагностики и лечения, применяемые докторами, а мы бедные больные обыватели-пациенты во все века искренне верили в компетентность врача и могущество науки.

Между тем на протяжении истории представления о Душе, Сознании и Мозге сильно трансформировались. Мыслители всегда сравнивали мозг с технологическими достижениями своей эпохи: римские врачи уподобляли его с акведуками, средневековый философ Декарт видел в нём орга?н в кафедральном соборе, учёные времён промышленной революции говорили о мельницах, прялках и часах, а в начале XX века в моду вошло сравнение с коммутационной панелью телефонной станции.

Сегодня для нас мозг – это, вне всякого сомнения, суперкомпьютер, а тема построения компьютерных нейронных сетей и искусственного интеллекта в области информационных технологий стала чрезвычайно модной в СМИ. При этом мало кто понимает, что такое нейронные сети и принцип их действия. А о том, как работает реальная нервная система, по-прежнему не знает никто. Возможно потому, что никто точно не знает, как работает один нейрон. Вот Вы, например, знаете откуда в мозге именно электрические импульсы?

За изучение мозга сейчас активно взялись во всём мире. Такие проекты, как европейский The Human Brain Project («Исследование человеческого мозга»), американский BRAIN Initiative («Инициатива по изучению мозга»), японский MINDS, – все стартовали примерно в 2012—2014 годах с прицелом на десятилетие и с огромным финансовым подкреплением. В 2016 году Google сделал ставку на биоэлектронную медицину. В марте 2017 года стало известно, что Илон Маск создал компанию, задачей которой будет «подключение мозга к компьютеру».

В 2019 предполагается старт обширной российской программы, уже подготовлен проект дорожной карты по развитию направления «Нейротехнологии и искусственный интеллект».

Почему же мы до сих пор не стали свидетелями всплеска открытий, такого как, например, в цифровых технологиях или в генетике?

Может не то ищем?

Часть I. История

«Наука должна быть весёлая, увлекательная и простая. Таковыми же должны быть и учёные.»

(Пётр Капица)

Первобытные представления о душе

О том, какими были наши далёкие предки, учёные делают выводы только на основе археологических находок и на исследовании уклада жизни современных затерянных племён, живущих первобытно-общинным строем.

Но мы всё же рискуем предположить, что в своём стремлении хоть как-то упорядочить окружающий его мир, древний человек объяснял стихийные силы природы действиями живых существ, присутствующих в них или стоя?щих за ними; так же он, вероятно, объяснял и явления само?й жизни. Если человек или животное живёт и двигается, это, полагал он, происходит только потому, что внутри него сидит маленький человек или зверёк, который им движет. Этот зверёк в животном, этот человечек внутри человека есть душа. Активность животного или человека объясняется присутствием этой души, а его успокоение во сне или в смерти её отсутствием. Так как смерть является постоянным отсутствием души, предохраниться от неё можно, либо закрыв душе выход из тела, либо, если она его покинула, добившись её возвращения. Дикари принимали множество мер предосторожности, для достижения важнейшей цели – не дать душе навсегда расстаться с телом. [1]

Крайне маловероятно, что древнего человека занимали вопросы функционирования нервной системы. Но о существовании нервов наши далёкие предки, вероятно, имели представление. Так, в некоторых племенах практиковалась пытки, в которых нервные волокна жертвы наматывались на палочки. Это вызывало непроизвольные движения частей тела. Дикарей очень развлекали такие танцы.

Древний мир – Античность

Бо?льшую часть летописной истории люди помещали разум – а вместе с ним и душу – не в мозг, а в сердце. Например, при подготовке мумий к загробной жизни жрецы Древнего Египта целиком сохраняли сердце в ритуальном сосуде; в то же время извлечённый мозг выкидывали или пускали на корм для животных, а пустой череп заполняли опилками или смолой. (И это не было проявлением пренебрежения к умершим, они считали мозг любого человека бесполезным.)

Египтянам же принадлежит и первое из дошедших до нас описание мозга. Оно приведено в «папирусе Э. Смита». Здесь движение мозга в открытой ране сравнивается с «кипящей медью». Древние египтяне заметили, что повреждение мозга вызывает болезненное состояние других частей тела (например, паралич конечностей), и, таким образом, положили начало естественнонаучным представлениям о мозге.

Большинство древних греческих мыслителей считали самым возвышенным о?рганом сердце. Аристотель, например, полагал, что оно имеет толстые сосуды для передачи сообщений, в то время как у мозга они тонкие и слабые. Кроме того, сердце расположено в центре человеческого тела, как подобает командующему, а мозг находится в ссылке на вершине. Сердце первым развивается у человеческого эмбриона, оно сильно реагирует на эмоции, когда бьётся быстрее или медленнее, в то время как мозг внешне бездействует. Из чего делался вывод, что сердце является вместилищем наших высших способностей. (Сегодня Аристотеля мы почитаем в большей степени за изобретённый им систематический стиль мышления, чем за его нейроанатомические идеи.)

Вопрос природы сознания волновал человека всегда. Только вплоть до новейшей истории предметом исследования оставалась Душа. О Сознании начали говорить лишь тогда, когда связали мыслительные процессы и чувства с мозгом.

Некоторые врачи и в античные времена имели своё, собственное мнение о вместилище разума. Вероятно, они просто видели достаточно много пациентов, которые получали сходные ранения в голову и после этого утрачивали какую-либо высшую способность, чтобы считать это совпадением. Поэтому они допускали, что именно мозг определяет внутреннюю сущность человека.

Предположение, что нервные стволы являются путями, по которым передаются влияния от мозга к мышцам и в обратном направлении, также было сформулировано в эпоху античности. А идею о локализации мыслей в головном мозге впервые в истории знания выдвинул врач и философ Алкмеон Кротонский (VI в. до н. э.).

Гиппократ (460 – 377 г до н. э.) – «отец медицины» выступавший как представитель материализма в медицине, как и Алкмеон, считал, что о?рганом мышления и ощущения является мозг. Он оставил после себя одно единственное рассуждение о функции мозга и природе сознания. Оно было включено в лекцию, которую Гиппократ читал собранию медиков, занимавшихся эпилепсией. Вот отрывок из этой лекции: «Некоторые люди говорят, что сердце является о?рганом, которым мы думаем и которое чувствует боль и волнение. Но это не так. Людям следует знать, что от мозга, и только от мозга, проистекают наши удовольствия, радости, смех и слёзы. Посредством его… мы думаем, видим, слышим и отличаем уродливое от прекрасного, плохое от хорошего, приятное от неприятного… По отношению к сознанию мозг является посланником». Гиппократ утверждает: «Мозг является интерпретатором сознания». В другой части своего труда он просто отмечает, что эпилепсия происходит от мозга, «когда он не в норме». [2]

В Александрии в III в. до н. э. некоторое время было разрешено вскрытие трупов «безродных людей». Это способствовало важным открытиям, связанным с именами двух александрийских врачей – Герофила и Эразистрата.

Герофил в труде «Анатомия» подробно описал твёрдую и мягкую мозговые оболочки, части головного мозга, и особенно его желудочки (четвёртый из которых он считал местом пребывания души), проследил ход некоторых нервных стволов и определил их связь с головным мозгом.

Эразистрат так же хорошо изучил строение мозга, описал его желудочки и мозговые оболочки. Он впервые разделил нервы на чувствительные и двигательные (полагая, что по ним движется душевная пневма, которая обитает в мозге) и показал, что все они исходят из мозга. Мозговые желудочки и мозжечок он определил как вместилище душевной пневмы, а сердце – центр жизненной пневмы.

Все эти анатомо-физиологические све?дения объединил и дополнил римский врач Клавдий Гален (II в. н. э.), автор сочинения по медицине, анатомии, физиологии, которое стало настольной книгой врачей вплоть до XVII века. Галену принадлежат открытия, связанные с выяснением строения и функций головного и спинного мозга: «…врачами точно установлено, что без нерва нет ни одной части тела, ни одного движения, называемого произвольным, и ни единого чувства».

Гален описал все отделы головного и спинного мозга, семь (из двенадцати) пар черепно-мозговых нервов, 58 спинномозговых нервов и нервы внутренних органов. Он широко использовал поперечные и продольные сечения спинного мозга в целях исследования чувствительных и двигательных расстройств ниже места, сечения.

Исходя из учения Платона о пневме, Гален считал, что в организме «пневма» обитает в различных видах: в мозге – «душевная пневма» (spiritus animalis), в сердце – «жизненная пневма» (spiritus vitalis), – в печени – «естественная пневма» (spiritus naturalis). Все жизненные процессы он объяснял действием нематериальных «сил», которые образуются при разложении пневмы: нервы несут «душевную силу» (vis animalis), печень даёт крови «естественную силу» (vis natu-ralis), пульс возникает под действием «пульсирующей силы». (vis pulsitiva) и т, п. Подобные трактовки придавали идеалистическое содержание кропотливо собранному экспериментальному материалу Галена. Он правильно описывал то, что видел, но полученные результаты трактовал идеалистически.

Главными техническими достижениями того времени были водопровод и канализационная система, основанные на принципах механики жидкостей. Поэтому едва ли можно считать случайным убеждение Галена, что в мозгу важную роль играет не само его вещество, а заполненные жидкостью полости. Сегодня эти полости известны как система мозговых желудочков, а выделяющаяся в них жидкость – как цереброспинальная (спинномозговая) жидкость.

Мозг по Галену действует как некое мистическое целое, рассылающее и принимающее духовные послания. Гален считал, что все физические функции тела, состояние здоровья и болезни зависят от распределения четырёх жидкостей организма: крови, флегмы (слизи), чёрной жёлчи и жёлтой жёлчи. Каждая из них имеет специальную функцию: кровь поддерживает жизненный дух животного; флегма вызывает вялость; чёрная жёлчь обусловливает меланхолию, жёлтая – гнев.

Представления Галена так глубоко проникли в научную мысль Запада, что на протяжении почти полутора тысяч лет роль этих основных жидкостей в функционировании мозга и других органов по существу не подвергалась сомнению. Вплоть до середины XVII века считалось, что по нервам распространяется некая субстанция, подобная жидкости или пламени.

Развитие психологии в арабском мире

С VIII по XII века большое количество научных исследований проводилось на Востоке, куда переместились основные философские школы из Греции и Рима. Это была эпоха социально-экономического расцвета Халифата, огромной империи от Индии до Пиренеев, которая образовалась в результате арабских завоеваний. Культура этого государства впитала достижения многих населявших его народов, а также эллинов, индусов, китайцев.

В то время в халифате были разрешены не только отличные от ислама религиозно-философские воззрения, не запрещалось и проведение естественно-научных исследований, в том числе изучение работы органов чувств и мозга.

Арабские мыслители считали, что изучение сознания должно основываться не только на философских концепциях о душе, но и на данных естественных наук, прежде всего медицины.