Готичний собор нервів

У працюючому мозку вступають в дію не якісь раз і назавжди прокладені лінії зв’язку, колись побудовані нервові схеми, а на ходу будуються нові ланцюжки. Знати, що за «споруда» виникає кожен раз в мозку, не менш важливо, ніж володіти секретом хімічного складу різних нервових клітин. Професор Анохін говорить про це дуже образно: «Як одна і та ж цегла і той же цемент можуть лежати в основі або готичної або ампірної архітектури, так і світ складних процесів окремої клітини може брати участь у мільйонах різних архітектур нашої поведінки». До сих пір фізіологи головну увагу звертали на клітини, а не на з’єднуючі їх нервові «проводи». І, виявилося, зовсім дарма.

Величезну роль відіграють ці самі «проводи». Коли я побачила в перший раз вертикальний розріз якогось крихітного «поверху» мозку, мене вразило, що самих мешканців – клітин майже не видно. Вся «внутрішня проводка», всі підсобні, здавалося б, комунікації буквально заступили і витіснили їх.

Пізніше я прочитала, що в Інституті мозку справили спеціальний розрахунок – порівняли, яка площа припадає на тіло клітини, а яка на розгалужені навколо неї «проводи». І з’ясувалося, що нейрон разом з відростками займає в кілька десятків разів більше місця, ніж «голий», ще не обплутаний проводами.

Є дуже довгі відростки. Вони спускаються через всі «поверхи» кори і виходять далеко за її межі. Ті ж, які не йдуть вниз, зазвичай витягнуті горизонтально або заплутані клубком навколо нервової клітини. Фізіологи простежили, куди направляються відростки найбільш важливих клітин, розташованих у глядацькому відділі мозку і на підходах до нього. З’ясувалося, що всередині цього відділу існують тісні міжнейронні зв’язки. Тому, коли збудження по зоровому нерву поступає сюди, воно не зосереджується в одному якомусь поверсі, а по розгалуженням розтікається вглиб і вшир.

Точно так само і зворотні накази направляються не прямо до м’язів, а по бічних придатках нервів поширюються попередньо по різним верствам кори. Все це відноситься саме до кори, а не до підлеглих їй поверхів мозку. Мова, таким чином, йде про переплетення нейронів в самому верхньому найтоншому шарі мозку.

Спостереження показують: у всіх областях кори нервові дроти, по яких в мозок надходять повідомлення, а також передаються від одних клітин до інших і відправляються зворотні накази, сплетені тісно, утворюють єдину систему.

Так відпало давнє, начебто «усталене» припущення, що в мозку є строго ізольовані «входи», «виходи» і області, де вступні відомості переробляються. Про такий розподіл тепер можна говорити лише умовно. Правильніше вважати, що наша кора – це універсальний агрегат з 14 мільярдів різноманітних деталей, що працюють незвичайно злагоджено.

Дещо у внутрішньому устрої цього агрегату вже починає прояснюватися. Вчені помітили, наприклад, що не у всіх нервових клітин довгі відростки. Чим вище тварина за рівнем розвитку, тим більше у неї нейронів з короткими відростками. З 14 мільярдів клітин людського мозку більше половини такого укороченого «сучасного» фасону.

Цілком ймовірно, їх роль полягає в перерозподілі нервових імпульсів між іншими клітинами кори. Це як би вставні, проміжні нейрони. Вони направляють нервові імпульси, що прийшли від органів почуттів, до тих клітин, які виробляють на їх основі керуючі команди.

Мабуть, проміжні нейрони служать не тільки пересадочним пунктом. Вони при цьому якось впливають на ті клітини, яким посилають нервові імпульси, знижуючи або підвищуючи їх поріг збудливості. Тим самим вони не просто управляють потоком нервових імпульсів, а й впливають на силу нервового збудження, тобто в кінцевому рахунку на результат тих процесів, які відбуваються в корі.

Але якщо у клітин такі короткі відростки, як же передаються повідомлення в найдальші куточки мозку? Тут фізіологи зіткнулися ще з однією проблемою, якій раніше не надавали великого значення: як нервові імпульси переходять з однієї нервової клітини на іншу? Адже в корі мозку немає єдиних проводів, що з’єднують всі нейрони в єдиний ланцюг. Тут немає таких колосальних нервових волокон, як, наприклад, ті, які спускаються з головного мозку до спинного. Ці останні тягнуться нерідко через тіло людини, досягаючи метра в довжину.

У корі мозку – нічого схожого. Найдовші відростки ледве досягають тут декількох міліметрів. Значить, нервові імпульси поширюються прямо по клітинах, переходячи з тіла однієї на відростки сусідньої.

Так була внесена ще одна поправка в попередні уявлення. Ми зазвичай говоримо, що нервове збудження «розливається» по корі. Насправді ж воно не тече суцільним потоком по проводах, а рухається короткими перебіжками від однієї нервової клітини до іншої. У місцях контакту двох нервових клітин стоять своєрідні перемикачі. Від них залежить, пройде нервовий імпульс тим або іншим напрямком чи ні. Ці перемикачі називають «синапсами». По-нашому «застібками». Виявилося, в мозку надзвичайно багато таких «застібок» і вони найрізноманітніших фасонів. Найчастіше у вигляді «ґудзика» – коли розгалуження одного нейрона закінчуються на тілі сусіда своєрідним потовщенням, що має вигляд ґудзика. Іноді у вигляді хитромудрої шнурівки. Замість потовщення – навпаки, нервовий відросток тут розщеплюється на найтонші гілочки, що утворюють складне переплетіння на тілі іншої клітини.

Було відмічено, що перемикання може відбуватися не обов’язково на тілі клітини. Існують контакти і між відростками різних клітин. Ще в 19-му столітті звернули увагу, що ті відростки клітин, які пропускають нервові імпульси всередину самої клітини, покриті своєрідними виростами – «шипиками». Вважалося, що нервова клітина вбирає через них поживні речовини, і тому не дуже турбували дослідників ці вирости. Тепер же стало ясно: шипики – різновид синапсів. Торкаючись шипиками відростка, відвідного від сусідньої клітини, нервова клітина перемикає їх на себе.

Нарешті, в ряді випадків наче взагалі немає ніяких «застібок», і, тим не менш, нервові імпульси перескакують з одного відростка на інший. Так буває, наприклад, коли нервові волокна, перетинаючись, злегка торкаються один одного. Через такий контакт направляється тільки невелика частина нервових імпульсів. Це дає можливість додатково, непрямим шляхом, впливати на потрібні нервові клітини.

Що перемикачів в корі так багато і що вони настільки різноманітні за формою і будовою – виявили порівняно недавно. Стало ясно, що це повинно мати певний сенс. І справді: досліди показали, що не тільки кожна клітина, а й кожен її синапс за хімічним складом відрізняється від іншого.

Зараз знайдені речовини, які надають дію не на окремі нервові клітини навіть, а тільки на їх пристрої-перемикачі. І виявилося достатнім вимкнути, загальмувати роботу декількох таких крихітних контактів, щоб змінився характер умовних рефлексів або навіть настав розлад психіки. При цьому нервові клітини залишаються цілими, порушуються тільки деякі міжнейронні зв’язки. Цей найтонший механізм і знаходиться зараз в центрі уваги фізіологів, які вивчають роботу мозку. Чи не сама нервова клітина, а саме загадкові мозкові перемикачі в першу чергу цікавлять вчених.

В Інституті мозку ретельно досліджували різні види таких контактів. І виявили, що вони не вростають всередину сусіда, речовина нервових відростків не змішується, вони як би приставлені один до одного, і ніде в місцях контактів немає ніякого отвору, ніякої щілинки, через яку могли б проскочити нервові імпульси. І все ж вони проскакують.

Мабуть, одне нервове волокно «знімає» нервовий імпульс з іншого, подібно електроду, прикладеному до дроту і відводячому від нього струм. У деяких же випадках нервові волокна навіть і не стикаються, між ними залишається вільний простір, а нервові імпульси все-таки примудряються долати його. Значить, відростки нервових клітин мають здатність впливати на відстані?

На відстані два тіла можуть діяти один на одного, якщо між ними існує якесь фізичне поле – електричне, магнітне і т. п. Ймовірно, один нейрон, як сказали б інженери, «наводить» поле на інший.

Нервове збудження передається на цей раз не по дротах, а подібно до того, як у звичайному трансформаторі електричний струм, поточний по одному витку, наводить струм в іншому, повністю від нього ізольованому і знаходиться на деякій відстані. До такого висновку прийшов недавно директор Інституту мозку професор С. А. Саркісов. Останні його дослідження як раз і присвячені вивченню тонкої нейронної структури мозку.

Пам’ятаю свою першу розмова з Семеном Олександровичем. Мене цікавило, які дослідження мозку найбільш перспективні, де можна чекати найважливіших відкриттів. Я тоді тільки що прочитала про сітчасту структуру – знаменитого «сторожа» мозку, що підтримує кору в стані «бойової готовності», сортує по нервах сигнали на важливі і нічого не значущі. У всіх лабораторіях, де мені довелося бувати, про цей загадковий пристрій багато говорили, тому я запитала:

– Що найбільше хвилює зараз дослідників мозку? – І, пишаючись своєю обізнаністю, додала: – все «сторож» мозку не дає спокою?
– Сітчаста структура – пройдений етап, – замахав руками Семен Олександрович. – Ось, ось де треба шукати секрет дивної досконалості мозку…

Він квапливо гортав сторінки, нарешті, знайшов, розправив книгу, простягнув її мені. Крупно, на весь аркуш була зображена нервова клітина. Крихітне тільце її ледве можна було розрізнити за павутиною відростків, що перекривають один одного, сплетених в величезний клубок.

– Це все «входи» і «виходи» живої «електронної лампи», – злегка сердито, як мені здалося, сказав професор Саркісов. Він з цікавістю вдивлявся в знайоме до найдрібніших деталей зображення.
– Електронна лампа, – він із сумнівом похитав головою, – ну скільки у цій вашій лампі може бути вхідних і вихідних каналів? Два, чотири, вісім від сили. А у такій ось звичайній нервовій клітині їх – скільки б ви думали? – Десятки, а може бути, і сотні тисяч! І на кожному – тисячі самих різних «перемикачів». Кожен виконує свою, індивідуальну роботу, і при цьому завжди включається, спрацьовує саме той контакт, який потрібен: ніякої плутанини, ніяких помилок. Ось вже дійсно надійна конструкція.

Хіба можна порівняти цей складний і досконалий пристрій з якоюсь там електронною лампою! Тут, саме тут, треба шукати розгадку секрету надійності мозку, того секрету, який так потрібен інженерам, що створюють кібернетичні машини.

Автор: Е. Сапаріна.