Если музыкальная пьеса играется уже наизусть, то управление необходимыми стадиями движения становится задачей базальных ганглий и мозжечка. Большая кора мозга при этом снимает с себя эти функции и освобождается для разучивания новых музыкальных упражнений. Таким образом, базальные ганглии играют особенно большое значение при реализации автоматических, уже усвоенных и повторяющихся движений.

Электрическая схема управления мозгом

Можно каждый раз удивляться тем астрономическим цифрам, за которыми скрываются миллиарды нервных клеток, спрессованных природой в наш думающий орган. Однако все эти огромные количества мельчайших частичек связаны между собой сложнейшей электрической схемой, мало того, они сами являются этой схемой, по которой передвигаются потоки электросигналов низкого напряжения.

Попытки обнаружить электропроводимость в нервах предпринимались уже давно. Однако поначалу сама мысль об этом резко отвергалась на том основании, что нервы не имеют электроизоляции, и если бы в организме существовал источник электричества, то он наверняка распространялся бы равномерно по всем направлениям, а не тек бесконечно по одним и тем же нервам. Теория электрических явлений в нервной системе получила новый толчок к дальнейшему развитию благодаря итальянцу Л. Гальвани, который в своих легендарных опытах с препарированными лягушками пытался получить свидетельство того, что «жизненный дух» и электричество идентичны. И лишь спустя столетие, итальянский физик К. Матеуччи посредством чувствительных замеров определил процесс прохождения электричества через нерв. В 1843 г. немецкий физиолог Э. Дюбуа-Реймон описал прохождение электричества при раздражении нерва. Когда он в 1849 г. установил, что электрический разряд проходит по нерву и при химическом раздражении, стало ясно, что нерв – это не просто пассивный электрический проводник, но и сам является источником возникновения электрического тока.

Впервые наличие импульса электрического тока в нервной клетке (электродвижущий потенциал) удалось установить в 1939 г. двум английским биофизикам – А. Ходгину и А. Хаксли. Этот активный потенциал показал себя характерной, универсальной, свойственной всему живому формой переноса сигналов нервными клетками. Однако вполне закономерный вопрос – что это, собственно, за неведомая субстанция, по которой проходит сигнал, и какую она имеет структуру – оставался без ответа, ибо инструментарий тех лет был достаточно примитивен, представляя собой световой микроскоп, впоследствии значительно усовершенствованный и ставший незаменимым инструментом нейробиологических исследований.

Как работают нервные клетки?

Примерно такой же путь прошла методика подготовки пробы для исследований под микроскопом. Первые успешные шаги к фиксированию и окрашиванию нервных тканей были сделаны во второй половине XIX века. Немецкий анатом О. Дейтерс воздействовал на кусочки нервной ткани хромовой кислотой и дихроматом калия. Благодаря этому он обнаружил, что из нервных клеток можно выделить «два вида волокнистых отростков»: отростки протоплазмы, называемые сегодня дендритами, и цилиндрические отростки, называемые аксонами, о которых мы уже говорили. Эти клетки его земляк и коллега В. Гарц предложил назвать нейронами.

Во времена Дейтерса было еще невозможно увидеть маленькие отростки нейронов, и только благодаря немецкому гистологу Й. Герлаху, испробовавшему в качестве красителей кармин, индиго и хлорид золота, они стали видимыми. Однако на микроскопических снимках окончания дендритов и аксонов терялись в бесцветном окружении тканевых препаратов, и определить, как эти отростки и их окончания связаны между собой, было невозможно. Этому вопросу тогда не придавалось большого значения, так как предполагалось, что эти клетки представляют собой комплексную сетку, а передача сигналов осуществляется через нервную ткань посредством «жизненного духа» или электрического тока.

В 1944 г. появляются работы Нобелевского лауреата Г. Гассера – пионера в области электропередачи сигнала между нервными клетками. Его ученик, Г. Грундфест, директор нейрофизического института Колумбийского университета, вместе с биохимиком Д. Нахманзоном изучили биохимические изменения, происходящие при прохождении сигнала через нервную клетку, которая начала рассматриваться не только как проводник информационных потоков, но и как биологическая конструкция, ставшая ключом к пониманию функций мозга. Благодаря изучению нервной клетки появилось первое представление о биологических причинах возникновения, например, произвольного движения, внимания, памяти, процесса обучения.

Итак, в начале XX столетия были выдвинуты три теории биологии нервной клетки, являющихся главными в понимании функций мозга и до сегодняшнего дня:

Первая – теория о нейронах, определяющая нервную клетку (нейрон) как основной строительный элемент сигнальной системы мозга.

Вторая – теория об ионах, описывающая передачу информации внутри нервной клетки, механизм возникновения электрического сигнала внутри нее и последующее его распространение на значительные расстояния.

Третья – химическая теория, описывающая передачу сигнала между окончаниями нервных клеток – синапсами посредством химического трансмиттера, воспроизводимого ими. Соседняя клетка узнает этот сигнал и реагирует специфической молекулой – рецептором, находящимся на внешней поверхности клеточной мембраны.

В ОТЛИЧИЕ ОТ МНОГИХ ДРУГИХ КЛЕТОК, ИМЕЮЩИХ ПРОСТЫЕ ОЧЕРТАНИЯ, ФОРМА НЕРВНЫХ КЛЕТОК ИМЕЕТ СЛОЖНУЮ КОНФИГУРАЦИЮ С ЧРЕЗВЫЧАЙНО НЕЖНЫМИ ПРОДОЛЖЕНИЯМИ, КОТОРЫЕ ПРИМЕРНО В 100 РАЗ ТОНЬШЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ВОЛОСА.

В 90-х годах XIX-го столетия испанский нейроанатом С. Кахаль заложил основы современных исследований нервной системы в области нейронов. До Кахаля биологи не уделяли достаточного внимания форме нервных клеток. В отличие от многих других клеток, имеющих простые очертания, форма нервных клеток имеет сложную конфигурацию с чрезвычайно нежными продолжениями, которые примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Биологи не знали, являются ли они окончаниями нервных клеток. Многие, включая известного итальянского анатома К. Гольджи, считали, что нервные клетки не имеют внешней мембраны, и цитоплазма одной клетки непосредственно соединена с цитоплазмой другой, создавая непрерывную, тесно связанную сеть, наподобие паутины, в которой сигналы распространяются одновременно во все стороны. Поэтому за основу нервной системы Гольджи принимал беспрепятственно коммуницирующую нервную сеть, а не отдельную клетку[4].

Кахаль, оставив мечту стать художником, посвятил себя общей анатомии, а затем анатомии мозга. Наблюдая статическую, мертвую клетку, он, благодаря своему врожденному таланту художника и воображению, наделял ее свойствами живой. Известный английский физиолог Ч. Шеррингтон писал о Кахале: «Он описывал картины, которые видел под микроскопом так, словно они оживали, начинали чувствовать, двигаться, надеяться и умирать, как и мы. Это было поистине изумительно, хотя изучаемые препараты были либо мертвыми, либо зафиксированными». Кахаль ищет более совершенные методы, позволяющие идентифицировать нервные клетки во всем их множестве. Во-первых, Кахаль исследовал мозг не взрослых, а новорожденных животных. Так как количество нервных клеток в их мозге значительно меньше, они упакованы еще не так тесно, и их продолжения очень коротки, то ученый хотел увидеть в «клеточном лесу» мозга отдельные ростки новых клеток. Во-вторых, он использовал специальные индикаторные краски на основе серебра, разработанные им самим. Обосновывая свои новые методики, Кахаль рассуждал: «Почему бы нам не изучать молодой лес, поскольку старый, разросшийся непрогляден и непроходим?