Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсеТекст

Читать фрагмент
Эта и ещё две книги за 299 в месяцПодробнее
Отметить прочитанной
Как читать книгу после покупки
Шрифт:Меньше АаБольше Аа

Анатомические рисунки Леонардо да Винчи

Одной из самых знаменитых личностей эпохи Возрождения является Леонардо да Винчи (Leonardo di ser Piero da Vinci, 1452 – 1519), проявивший себя в различных отраслях науки и искусства и, что важно для нашей темы, внёсший некоторый вклад в развитие медицины.

Увлечение анатомией заставляло Леонардо да Винчи препарировать трупы. В своих набросках головы он придерживается средневекового представления о сферических желудочках, передний из которых он называет «камерой здравого смысла», где располагается душа.

Представления Леонардо о строении органов чувств вполне соответствовали сложившимся представлениям той эпохи. Он полагал, что мозг состоит из трёх луковиц с желудочками, которые располагаются по одной линии позади глазных яблок.

Рисунок 1. Не просто рисунок, но и наблюдения и попытка постижения знания.


Работы Леонардо да Винчи на полвека опередили исследования основоположника современной научной анатомии Андреаса Везалия, но остались неизвестными современникам. Дело в том, что после смерти великого гения, все его рукописи объёмом около семи тысяч листов унаследовал его ученик, друг и компаньон Франческо Мельци, который систематизировал только то, что имело отношение к искусству. Остальное различными путями попало в частные коллекции и библиотеки Италии и других стран Западной Европы и долгое время не публиковалось. Со временем разрозненные рукописи Леонардо стали собирать, и во второй половине XVIII века из его записей и рисунков было составлено 13 книг. Одной из самых интересных оказался «Виндзорский кодекс», в котором были собраны все его медицинские исследования. Таким образом, труды Леонардо да Винчи по анатомии получили известность только в XVIII веке (уже после выхода в свет труда Везалия), а изданы были ещё позднее (Турин, 1901).

Так, спустя столетия анатомические рисунки Леонардо да Винчи были возвращены из Франции в Италию, затем оказались в Англии, где их впоследствии начали публиковать в числе других материалов коллекции за́мка Виндзор.

Андреас Везалий

Вплоть до начала XVI века врачи изучали анатомию по трудам Галена, родившегося ещё в 129 году нашей эры. И только 13 столетий спустя, в эпоху Возрождения, появился человек заявивший, что Гален не во всём был прав, хотя это и казалось в то время немыслимым.

Около 1540 года нидерландский потомственный врач Андреас Везалий (Andries van Wesel, 1514—1564) составил список из двухсот ошибок Галена и пришёл к выводу, что тот дополнял све́дения, полученные при лечении гладиаторов более доступными в ту пору результатами анатомирования овец, коз, быков и обезьян, а потом экстраполировал собранные данные на людей.

Некоторые историки обвиняли Везалия в корысти, якобы свой основной труд он написал ради придворной карьеры. Сам же он оставил нам следующую запись: «Я не мог бы сделать ничего более полезного, чем дать новое описание всего человеческого тела, чью анатомию никто не понимал, поскольку Гален, несмотря на все множество его трудов, сообщил об этом крайне мало, и я не знаю, каким ещё образом я мог бы донести результаты своих исследований до моих студентов».

Везалий опубликовал один из основополагающих трудов медицины – «О строении человеческого тела» в возрасте 28 лет, потратив много сил на то, чтобы книга была как можно более совершенной. Её иллюстрации обладают высокими художественными достоинствами и, как считают современные искусствоведы, они были созданы в мастерской Тициана (во всяком случае, первых двух из семи томов). В отличие от современных анатомических а́тласов, тела́ в книге не лежат безжизненно. Они позируют, как античные статуи. Некоторые устраивают настоящий стриптиз своей плоти, снимая её слой за слоем и обнажая внутренние органы и кости.

Через несколько недель после выхода в свет трактата «О строении человеческого тела» был издан его великолепный конспект – «Извлечение» («Epitome»). Эта книга, гораздо меньшая по объему, предназначалась для студентов-медиков, которые могли бы пользоваться ею непосредственно у анатомического стола. В «Извлечение» было включено несколько полностраничных рисунков скелетов и мышц из основного труда.

Шестой и седьмой тома посвящены исключительно мозгу. Анатомические открытия Везалия, относящиеся к различным отделам мозга, имели огромное значение. До Везалия структура мозга и его функции оставались практически неизученными. С изданием седьмого тома стали понятны хотя бы некоторые его структурные особенности, с этого времени анатомы уже не могли игнорировать его существование.

К несчастью для Галена (вернее, для его учеников), человеческий мозг устроен несравненно сложнее, чем коровий, и в течение тысячи трёхсот лет медики пытались объяснить работу мозга на основе отчасти ошибочных представлений о его устройстве.


Рисунок 2. Одна из иллюстраций книги «О строении человеческого тела».


Есть такая история о Везалии [5]. Дон Карлос, наследник испанского престола, был хилым, болезненным подростком. Никто не испытывал к нему особой симпатии, поскольку он вдобавок был психопатом. Он якобы родился с зубами и находил удовольствие в том, чтобы кусать до крови соски́ своих кормилиц, а в детстве любил жарить животных заживо. В подростковом возрасте он начал домогаться юных девушек.

Однажды вечером в 1562 году инфант побежал вниз по лестнице, чтобы перехватить горничную, за которой он шпионил, и тут кара судьбы настигла его. Он споткнулся, полетел кувырком и расшиб голову у подножия лестницы, где пролежал некоторое время. Испанские врачи не смогли вылечить принца, поэтому отец король Филипп послал за Везалием. Тот обнаружил маленькую, но глубокую красную ранку у основания черепа Карлоса и предложил провести трепанацию, чтобы уменьшить давление.

Испанские лекари, раздражённые вмешательством иностранца, отказались от этой идеи.

Тем временем в Толедо три тысячи испанцев, раздевшись до пояса, хлестали друг друга плетьми, надеясь, что это бичевание спасёт жизнь принцу, а жители Алькалы (города, где боролся со смертью дон Карлос) принесли забальзамированный труп брата Диего, монаха-францисканца, умершего несколько веков назад, к постели лежавшего без сознания принца и уложили рядом с ним.

Такая терапия, естественно, не дала результатов, и Везалию позволили сделать операцию. Карлосу просверлили маленькое отверстие в черепе возле глазницы и удалили гной. Через неделю инфант поправился, но врачи и горожане приписали все заслуги чудотворной мумии, которого впоследствии канонизировали за чудо, сотворённое Везалием.

Этот фарс вызвал у Везалия глубокое отвращение и убедил его покинуть Испанию под предлогом паломничества. По другим све́дениям, за вскрытие трупов, при котором однажды погиб человек, находившийся в летаргии, Везалий был приговорён к смерти испанской инквизицией, но, благодаря заступничеству короля Филиппа II, смертную казнь заменили вышеупомянутым паломничеством. Правда, современные историки считают этот рассказ выдумкой.

«Животные духи» Рене Декарта

Важную роль в последующих исследованиях сыграло выдвижение в 1649 году французским философом и естествоиспытателем Рене Декартом принципа отражательной (рефлекто́рной) деятельности нервной системы. Сам термин «рефлекс» несколько позже начали использовать в своих работах английский учёный Т. Виллизий (1672) и чешский физиолог И. Прохаска (1784), но идея принадлежит именно Декарту.

Рене Декарт (René Descartes, 1596—1650) – французский философ, математик, механик, физик и физиолог, более известен нынешнему читателю благодаря своему афоризму «Я мыслю, следовательно, я существую», а также как создатель аналитической геометрии и современной алгебраической символики, автор метода радикального сомнения в философии, механицизма в физике, предтеча рефлексологии.


Рисунок 3. Иллюстрация к размышлениям. Рене Декарт.


Почти до середины XVIII века большинство учёных считало, что причиной сокращения мышц и, вообще, всех движений является душа. Важной заслугой Декарта стало открытие рефлекса. Признавая существование двух независимых субстанций – души и тела, он пришёл к выводу, что тело не нуждается в душе как источнике активности. В его теории тело мыслится как машина, функционирующая по законам механики. Источник движения находится не в душе, а в самом теле, в его конструкции, организации, которая «запускается», как любая машина-автомат, внешним толчком. Таким образом, согласно Декарту, душа наделена собственной активностью, направляющей процессы мышления, познания, а основная функция тела – это движение, которое рассматривается как рефлекс. Собственно, термин рефлекс в работах Декарта отсутствует, но в его описаниях строения и функционирования тела чётко прочитываются основные компоненты рефлекто́рной дуги, в состав которой входит несколько обязательных компонентов, или звеньев, каждое из которых выполняет собственную функцию.

Значительное влияние на создание Декартом его теории рефлекса оказало открытие в 1628 Уильямом Гарвеем (1578—1657) процесса кровообращения. Прохождение нервного импульса Декарт мыслил по аналогии с прохождением крови по сосудам. Он считал, что всё тело пронизано нервами, берущими своё начало в мозге и идущими ко всем частям тела. Нервы он представлял в виде тонких ниточек, окружённых оболочкой, как трубочкой. В этих трубочках помимо ниточек содержатся «животные духи» – наиболее подвижные и лёгкие частицы крови, которые отфильтровываются от других частиц в мозге (тела, «не имеющие никакого другого свойства, кроме того, что они очень малы и движутся очень быстро»). Через поры в мозге животные духи могут перемещаться в нервы, а из них в мышцы, благодаря чему тело способно совершать разнообразные движения. При внешнем воздействии на нервные окончания натяжения нитей открывают клапаны, и животные духи переходят из одной трубочки в другую, направляясь к соответствующей мышце, раздувают её, заставляя сокращаться. Таким образом, прослеживая путь, который проходят животные духи по нервам от рецепторов к мозгу, а затем к мышцам, Декарт фактически дал описание рефлекто́рной дуги.

 

Движением животных духов Декарт объяснял всё разнообразие действий и поведения человека. Движения животных духов внутри мозга осознаются душой, по его мнению, как ощущения, восприятия и представления. Изменение траектории движения животных духов (следовательно, и вариативность поведения) он объяснял двумя причинами – привычкой, или упражнением, и воздействием души.

Обсуждая возможность изменить течение рефлекса, т. е. возможность обучения и формирования желательного поведения, Декарт использовал понятие ассоциация, введённое ещё Аристотелем. Однако если у Аристотеля ассоциации связаны, прежде всего, с работой органов чувств, то Декарт распространяет ассоциации и на поведение, говоря о связи между двумя действиями или действием и образом предмета. Так, выстрел, который приводит к естественному движению – убежать, скрыться, может при обучении изменить свою функцию, например, у солдата стать сигналом к атаке, а у охотничьей собаки – к поиску дичи. Такое изменение поведения не связано с влиянием души и происходит потому, что ассоциации, возникающие в результате упражнения или привычки, деформируют клапаны (поры) мозга в результате натяжения определённых «нитей». Это приводит к нарушению естественного движения животных духов, они перемещаются в новом направлении и попадают в другую мышцу, вызывая соответственно другое движение. Эти изменения поведения происходят, как было сказано, без вмешательства души, тогда как воздействие страстей на деятельность связано с её активностью. Описанные идеи Декарта получили более детальное воплощение в ассоциативной теории Гартли.

В результате в 1632 Декартом была сформулирована теория дуализма. Эта теория предполагает, что люди обладают двойственной природой: материальным телом и нематериальной и неразрушимой душой, живущей вне тела. Эта двойственная природа связана с двумя типами субстанций. Res externa – материальная субстанция, наполняющая тело, в том числе головной мозг, – бежит по нервам и придаёт животную силу мышцам. Res cogitans – нематериальная субстанция мысли, свойственная только людям. Она порождает рациональное мышление и сознание, а её нематериальность отражает духовную природу души. Рефлекторные действия и многие другие физические формы поведения осуществляются мозгом, а психические процессы осуществляет душа. Декарт считал, что эти два начала взаимодействуют друг с другом посредством эпифиза – небольшой структуры, расположенной в глубине мозга.

Римско-католическая церковь, чувствуя, что новые открытия анатомии угрожают её авторитету, приняла дуализм, потому что он разделял сферы науки и религии.

Идеи Декарта легли в основу представления о том, что действия, такие как приём пищи или ходьба, а также сенсо́рное восприятие, потребности, влечения и даже простые формы обучения осуществляются при посредничестве мозга и доступны для научного исследования, однако, психика, то есть душа, священна и как таковая не должна и не может быть предметом научного анализа.

Примечательно, что эти идеи XVII века были по-прежнему в ходу и в восьмидесятые годы XX века. Например, Карл Раймунд Поппер, великий философ науки, и Джон Кэрью Экклс, нейробиолог и нобелевский лауреат, всю жизнь были сторонниками дуализма и соглашались с Фомой Аквинским, что душа бессмертна и независима от мозга.

Британский философ науки Гилберт Райл критикуя идеи мыслителей XVII и XVIII веков (в частности, Декарта) о том, что человеческая природа есть механизм с «духом» внутри, называл эту концепцию души «призраком в машине».

Механицизм Гартли

Дэвид Гартли (David Hartley, 1705—1757) – английский мыслитель, один из основоположников психологической теории, которая известна как ассоцианизм.

В основу своей теории Гартли положил идею об опытном характере знания, а также принципы механики Ньютона. Вообще, понимание человеческого организма, принципов его работы, в том числе и работы нервной системы по аналогии с законами механики, открытыми в то время, было характе́рной приметой психологии XVIII в. Не избежал этого увлечения и Гартли, который стремился объяснить поведение человека исходя из физических принципов.

Учение Гартли, изложенное им в книге «Размышления о человеке, его строении, его долге и упованиях» (1749), базируется на идее вибрации, так как он считал, что вибрация внешнего эфира вызывает соответствующую вибрацию органов чувств, мышц и мозга. Проанализировав структуру психики человека, Гартли выделил в ней два круга – большой и малый. Большой круг проходит от органов чувств через мозг к мышцам, т. е. является фактически рефлекто́рной дугой, определяющей поведение человека. Таким образом, Гартли, по сути, создал свою, вторую после Декарта, теорию рефлекса, которая объясняла с помощью законов механики активность человека. По мнению Гартли, внешние воздействия, вызывая вибрацию органов чувств, запускают рефлекс. Вибрация органов чувств приводит к вибрации соответствующих частей мозга, а эта вибрация, в свою очередь, вызывает работу определённых мышц, стимулируя их сокращение и движение тела.

Если большой круг регулирует поведение, то малый круг вибрации, расположенный в белом веществе мозга, является основой психической жизни, процессов познания и обучения. Гартли считал, что вибрация участков мозга в большом круге вызывает ответную вибрацию в белом веществе мозга. Исчезая в большом круге, эта вибрация оставляет следы в малом круге. Эти следы, по его мнению, служат основой памяти человека. Они могут быть более или менее сильными в зависимости от силы и значимости того явления, которое оставило этот след. Большое значение имела идея Гартли о том, что от силы этих следов зависит степень их осознанности человеком, причём слабые следы, подчёркивал он, вообще не осознаются. Таким образом, он расширил сферу душевной жизни, включив в неё не только сознание, но и бессознательные процессы, и создал первую материалистическую теорию бессознательного. Почти через сто лет идеи Гартли о силе следов и её связи с возможностью их осознания разработал известный психолог Гербарт в своей знаменитой теории о динамике представлений. [4]

Эпоха просвещения

В XVII в. начинают бурно развиваться науки. К этому времени Иоганн Кеплер (1571—1630) даёт математическое обоснование открытий Коперника и завершает революционный переход от птолемеевой геоцентрической к гелиоцентрической теории строения Солнечной системы. Галилео Галилей (1564—1642) обосновывает ошибочность разделения физики земной и небесной. Англичанин Исаак Ньютон (1642—1727) сводит воедино законы гравитации, силы, управляющие орбитальным движением планет и движением предметов на поверхности земли. Уильям Гарвей (1578—1657) доказывает, что кровь циркулирует в теле, описывает большой и малый круги кровообращения с помощью механистических понятий. Роберт Бойль (1627—1691) становится основоположником научной химии и способствует переходу от алхимии к химии как естественно-научной дисциплине.

Начало Нового времени – период развития механики, время, когда инженерные открытия начинают серьёзно влиять на реальную жизнь людей. Примером такого уникального влияния становится изобретение механических часов, которые пришли на смену солнечным, песочным, водяным и другим предшественникам механических. Часы изменили мироощущение человека и позволили ему стать менее зависимым от суточного ритма освещённости. Значение механических часов в культуре Европы заметно по количеству метафор, которые используются для объяснения (и понимания) того, как работает человеческое тело и как соотносятся телесное и психическое.

В истории этот период получил название «научной революции».

Несмотря на продолжающиеся горячие дебаты по поводу дуализма Рене Декарта к началу XVII века большинство учёных помещали разум в мозг человека. Несколько смелых исследователей даже взялись за поиски анатомического Эльдорадо: вместилища души внутри мозга.

На смену теориям, связывавшим важные свойства нервной системы с потоками жидкостей, ненадолго пришли теории «баллонистов»; согласно этим теориям, нервы представляют собой полые трубки, по которым проходят потоки газов, возбуждающих мышцы. Как можно было опровергнуть подобное представление? Учёные стали препарировать животных под водой. Поскольку газовых пузырьков, которые выходи́ли бы из сокращающихся мышц, не наблюдалось, теория была признана ошибочной.

Концепция жизненных жидкостей вскоре уступила место иному представлению, которое выдвинул физик Исаак Ньютон. Он предположил, что передачу воздействия осуществляет вибрирующая «эфирная среда», постулированные свойства которой, как выяснилось позднее, присущи и «биологическому электричеству».

Лягушачья лапка. Начало

Первые тщательно документированные научные эксперименты в области нервно-мышечной физиологии были проведены голландцем Яном Шваммердамом Шваммердамом (Jan Swammerdam, 1637—1680). В то время ещё считалось, что сокращение мышц вызывают потоки «животных духов» или «нервной жидкости» вдоль нерва к мышце. В 1664 году Шваммердам провёл эксперименты по изучению изменений объёма мышц во время сокращения (Рис. 4). Он поместил мышцу лягушки (b) в стеклянный сосуд (a). Когда сокращение мышцы было инициировано стимуляцией её двигательного нерва, капля воды (е) в узкой трубке, выступающей из сосуда, не двигалась, указывая на то, что мышца не расширялась. Таким образом, сокращение не могло быть следствием притока нервной жидкости. В своих экспериментах Шваммердам стимулировал двигательный нерв механически, зажимая его. По мнению исследователя, в этом эксперименте стимуляция достигалась путём натягивания нерва проволокой (с), сделанной из серебра, к петле (d), сделанной из меди.

Это сейчас мы знаем, что согласно принципам электрохимии, разнородные металлы в этом эксперименте, внедрённые в электролит, обеспечиваемый тканью, могли явиться источником электрического напряжения и связанного с ним тока. Шваммердам же, скорее всего, не понимал, что нервномышечное возбуждение – это электрический феномен. С другой стороны, некоторые авторы и ныне интерпретируют вышеупомянутую стимуляцию как результат механического растяжения нерва.


Рисунок 4. Эксперимент по стимуляции Яна Шваммердама в 1664 году.


Результаты этого эксперимента были опубликованы посмертно в 1738 году. Тем не менее считается, что это был первый документально подтверждённый эксперимент по стимуляции двигательного нерва, возникающий в результате электричества, возникающего в биметаллическом соединении.

Есть све́дения, что в 1678 году, Шваммердам показывал великому герцогу Тосканскому опыт с лягушкой, подвешенной на серебряной нити. Видимо, это открытие сделано было слишком рано. Шваммердама успели забыть.

Бесплатный фрагмент закончился. Хотите читать дальше?
Купите 3 книги одновременно и выберите четвёртую в подарок!

Чтобы воспользоваться акцией, добавьте нужные книги в корзину. Сделать это можно на странице каждой книги, либо в общем списке:

  1. Нажмите на многоточие
    рядом с книгой
  2. Выберите пункт
    «Добавить в корзину»