Мэтью Кобб – Мозг: рассказ ученого. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли (страница 16)

В 1841 году Мюллер побудил Дюбуа-Реймона исследовать противоречивые выводы Маттеуччи о роли электричества в нервах и, если возможно, докопаться до сути нервной деятельности. К концу 1840-х годов Дюбуа-Реймон продемонстрировал, что в функционировании нервов нет ничего таинственного – их деятельность действительно основана на электричестве. Ученый показал, что по нервам протекают «токи покоя» и что ткани поляризованы. Они содержат как отрицательно, так и положительно заряженные частицы в разных пропорциях. Фундаментальной особенностью «тока покоя», утверждал он, является «отрицательное колебание» – изменение полярности приводит к течению тока. Хотя Дюбуа-Реймон ошибался во многих деталях, в 1848 году он сделал заявление, перекликавшееся со словами Франкенштейна: «Мне удалось воплотить в жизнь столетнюю мечту физика и физиолога о тождестве нервной субстанции и электричества» [59].

Не все соглашались с ученым. Почти сорок лет спустя этот спор все еще бушевал в некоторых кругах. В 1886 году в журнале Science была опубликована статья декана Гарвардской медицинской школы Генри Боудича, в которой он опроверг утверждение Дюбуа-Реймона. Одним из доказательств Боудича был хорошо известный, но неправильно понятый факт, что связанный нерв не может стимулировать мышцу, но тем не менее способен проводить электричество[69]. Ученый также указывал на то, что производство электрического заряда в нерве должно создавать тепло, но точные экспериментальные измерения не выявили такого эффекта. Боудич был уверен, что электричество тут ни при чем, и вместо этого вернулся к старым идеям, предположив, что «нервная сила передается от молекулы к молекуле посредством какого-то вибрационного воздействия, как звук по натянутой струне» [60].

Другой ученик Мюллера, Герман фон Гельмгольц, исследовал скорость нервного импульса, что, по мнению его наставника, было невозможно [61]. В 1849 году Гельмгольц изобрел устройство, состоящее из лягушачьей лапки с выключателем на одном конце. Когда мышца сокращалась, цепь разрывалась и изменение показаний гальванометра демонстрировало время, прошедшее между началом стимуляции и разрывом цепи. Простой расчет, основанный на длине нерва, позволил вычислить скорость передачи импульса. Ответ оказался на удивление медленным – ниже скорости звука и не говоря уже о скорости света, которую представлял себе Мюллер или автор «Остатков естественной истории сотворения мира». Какое бы электричество ни присутствовало в нервах, оно, казалось, вело себя иначе, чем в проводах. Чтобы подтвердить свое удивительное открытие, Гельмгольц попросил участников эксперимента подавать сигнал каждый раз, как они почувствуют слабый электрический разряд. Рассчитав расстояние от точки удара до мозга, он определил скорость действия сенсорных нервов – примерно 30 м/с. В конце концов исследователь выяснил, что двигательные нервы человека реагируют с такой же скоростью. Гельмгольц также изобрел специальный термин для описания того, что передается вдоль нерва, – «потенциал действия», который используется и по сей день.

Мы действительно живем (хотя бы немного) в прошлом и никогда не воспринимаем мир мгновенно.

Неожиданно низкие скорости создавали две проблемы. Во-первых, как понял Гельмгольц, обнаруживались последствия для восприятия, поскольку получалось, что мозг может реагировать только на события в прошлом. Гельмгольц не считал эту особенность причиной каких-либо серьезных проблем в реальном мире: «К счастью, расстояния, преодолеваемые чувственным восприятием на пути к мозгу, малы, иначе сознание сильно бы отставало от настоящего» [62]. Несмотря на беззаботную уверенность Гельмгольца, подразумевается, что мы действительно живем – хотя бы немного – в прошлом и никогда не воспринимаем мир мгновенно.

Вторая проблема оказалась более фундаментальной: требовалось объяснение, почему скорость электрической активности в нервах была намного меньше, чем в проводах. Хотя Дюбуа-Реймон и Гельмгольц показали, что нервные системы функционируют в соответствии с физическими принципами, ученые не смогли установить, как именно распространяется нервная электрическая активность.

Телеграфы, в отличие от нервов, не могли порождать ощущение и восприятие.

Для Гельмгольца, как и для многих других мыслителей XIX века, очевидной технологической метафорой нервной системы была телеграфная сеть, опоясавшая всю Европу[70]. Действительно, связи между ними были не просто образными. Ранние нейрофизиологи, включая Гельмгольца, в экспериментах по изучению нервной деятельности использовали телеграфные устройства [63]. В 1863 году Гельмгольц провел параллель и указал, что нервы, как и телеграфные провода, могут активировать всевозможные функции нервной системы:

«Нервы часто и не без основания сравнивали с телеграфными проводами… В соответствии с различными видами устройств, которыми мы снабжаем концы провода, мы можем посылать телеграфные депеши, звонить в колокола, взрывать мины, разлагать воду, перемещать магниты, намагничивать железо, распространять света и так далее. Так и с нервами» [64].

Чего телеграфы сделать не могли, в отличие от нервов, так это порождать ощущение и восприятие. Суть этого феномена была все еще неясна.

Одна из далеко идущих, но ныне забытых попыток исследовать связь между мозгом, мышлением и электричеством была предпринята Альфредом Сми, блестящим эрудитом и изобретателем.

В возрасте двадцати двух лет он получил весьма хлебную должность в качестве хирурга в Банке Англии (этот пост был создан специально для него), а в следующем году Сми избрали членом Королевского общества. У ученого был широкий круг интересов: от болезней, передаваемых тлей в картофеле (из-за этого его упомянули в пантомиме театра «Друри-лейн») до изобретения нового типа батареи. И в середине XIX века Сми использовал электричество, чтобы объяснить все о функции мозга – от чувств до памяти [65]. В книге 1849 года «Элементы электробиологии» Сми утверждал, что мозг состоит из сотен тысяч крошечных батарей, каждая из которых соединена с определенной частью тела. Он полагал, что желание – это просто выражение электрического заряда в мозге. Как только желание удовлетворено и заряд освобожден, батарее требуется некоторое время, чтобы перезарядиться и снова ощутить желание [66]. Сми даже применил свою теорию к природе ума, предположив, что идеи и сознание являются продуктом комбинаций батарей в мозге [67].

Сми был плодовитым писателем и год спустя опубликовал научно-популярную книгу под названием «Инстинкт и разум». Некоторые из его представлений кажутся удивительно провидческими. Взяв за отправную точку допущение, что «свет, стимулирующий зрительный нерв, рождает электрический ток, который проходит по нервам к мозгу», ученый предположил, что можно было бы создать искусственный глаз, объединив «несколько трубок, сообщающихся фотоэлектрическими цепями». Все, что нужно было сделать, – повторять эти структуры снова и снова, и «нет никаких причин, почему вид на собор Святого Павла в Лондоне не может быть перенесен в Эдинбург по трубам, подобно нервам, передающим впечатление мозгу» [68]. Аналогичный подход был возможен и к другим органам чувств, говорил Сми. Если ощущения имеют электрическую природу, то можно было бы построить устройства, способные их имитировать.

Сми построил сложную схему того, как нервы мышц и нервы органов чувств сходятся в центральной «батарее» мозга, и изобразил замысловатую сеть взаимодействий сенсорных нервов.

Схема Сми мозга животных и человека

Такая структура, по мнению ученого, способна объяснить, как «идея гнезда может быть внедрена в птицу, сот – в осу или пчелу, а паутины – в паука». «…И исходя из данного предположения, – заключал Сми, – мы получаем исчерпывающее объяснение инстинктивных операций». Эти прочные, врожденные связи были способом представить инстинктивное поведение, «предустановленное» в мозге животного. Люди, более сложные существа, требовали двух дополнительных слоев комбинации нервов, которые позволили бы «общему закону» проявиться в совокупности простых выражений: «Человек состоит из множества гальванических элементов, расположенных так, чтобы образовать единое целое». Мозги и тела работали по одним и тем же общим принципам, аналогичным самой передовой технологии того времени:

«Работа нервной системы в организме животного устроена подобно электротелеграфной связи. То, что мы видим, чувствуем или слышим, телеграфируется в мозг… и, поскольку все предыдущие идеи включены в цепь, акт детерминации происходит мгновенно».

Несмотря на современное звучание этого высказывания, попытка Сми раскрыть принципы человеческого разума с помощью теории батарей не содержала в себе ничего сверх того, что было открыто философами и исследователями предыдущих столетий. Вероятно, поэтому его взгляды были охарактеризованы одним критиком как «глупые», а другим – как «грубые, нефилософские и не подкрепленные фактами» [69]. Критика жалила самолюбие: позже Сми сетовал, что его книги подверглись «неизмеримым оскорблениям» со стороны определенных кругов [70].

Ученый Сми пытался создать машину, которая могла бы думать.

В 1851 году Сми описал устройство, основанное на том факте, что «каждая идея или воздействие на мозг в конечном счете сводится к воздействию на определенную комбинацию нервных волокон». Он пытался создать машину, которая могла бы думать. Первоначально разработав примитивный шифр для представления различных понятий или слов, Сми объявил, что все это относительно просто: