Всего за 499 руб. Купить полную версию
Рис. 1.1. Вверху слева: нейрон; вверху справа: синапс. Внизу: пример нейронной сети
Наша память, эмоции, то, что мы воспринимаем во внешней среде, то, что направляется к мышцам и внутренним органам, все это имеет форму распространения электрических импульсов по нервным сетям.
Когда мы смотрим на первый уровень работы мозга, то видим, что мозг это электрическая машина, и здесь сходство с компьютером совершенно потрясающее.
Всем известно, что в компьютере существует двоичная система, когда с помощью ступенек тока кодируется все, что компьютер делает. Оказывается, и в нашем мозге используется очень похожий принцип, только ступеньки не прямоугольные, как в компьютере, а скорее треугольные (еще точнее, схожие с половинкой синусоиды), они называются потенциалы действия и бегут по аксонам и дендритам. Эти импульсы кодируют чувства, сенсорные переживания, мысли, будущие движения. Ступеньки тока примерно одинаковы во всех отделах мозга, и важно только место, где они возникают. Если подключиться к правильному месту мозга и подавать подобные импульсы, можно вызывать у человека, например, эйфорию или зрительную иллюзию, или запустить определенное движение. Этим, собственно, и занимаются специалисты, которые протезируют пациентам конечности или органы чувств.
Если мы начнем сравнивать мозг с компьютером в деталях, то обнаружится весьма обидная ситуация: в вычислительной машине упомянутые ступеньки тока генерируются по несколько миллиардов за секунду (гигагерцы), а рабочая частота большинства нейронов нашего мозга составляет примерно 50100 Гц. Получается, что в нервной системе по каждому аксону за единицу времени передается очень мало информации. Вдобавок происходит это чрезвычайно медленно. В компьютерах сигналы распространяются, как говорят нам физики, со скоростью, составляющей примерно половину от скорости света, а у нас максимальная скорость 100120 м/с, это очень мало.
У такого большого существа, как человек, пока импульс от кожи пальца добежит до спинного мозга, переработается там и вернется обратно, появляется явная задержка во времени, и палец при этом может, например, вполне чувствительно пострадать. Если бы у нас по нервам информация шла со скоростью света, мы бы вообще не обжигались. Мы бы настолько быстро реагировали, что в тот момент, когда палец прикасался к горячей сковородке, рука бы сразу же отдергивалась. Но скорость 100 м/с дает задержку при проведении импульсов по руке порядка 20 м/с, и за это время палец повреждается спасибо, что не сгорает дотла.
Эволюция честно пыталась создать максимально «быстрые» аксоны, но смогла только такие. И это тоже победа, так как скорость проведения импульсов по нервам у примитивных беспозвоночных не превышает 1 м/с.
Мозг как химическая конструкция
Если копнуть еще глубже, то мы увидим, что мозг не только электрическая машина, но и химическая конструкция. В ней огромную роль играют так называемые синапсы контакты между нервными клетками. Как правило, аксоны нейрона дотягиваются до следующей клетки.
Пока информация находится внутри нейрона, она передается в электрической форме в виде импульсов. Но когда приходит время переходить к следующей клетке, информация передается в химической форме в виде особых веществ медиаторов, и это очень интересно.
Получается чередование: в нейроне электричество, между нейронами химия. Потом опять электричество и опять химия. Это чередование химической и электрической передачи важный базовый принцип работы мозга.
Именно на химическом уровне нам гораздо легче влиять на работу и состояние нервной системы. Если мы знаем, какие вещества выделяются в синапсах (а наука это уже неплохо знает), мы можем вводить молекулы, похожие на них, или, например, мешающие им работать. Этим мы серьезно воздействуем на функции мозга: изменяем баланс между возбуждением и торможением, влияем на память, эмоции. Подавляющее большинство веществ, которые воздействуют на мозг: лекарства, яды или наркотические препараты, похожи на химические соединения, выделяющиеся в синапсах. Соединения эти называются медиаторами, и они являются посредниками между клетками. Синапсы очень важны для работы мозга!
На рис. 1.1 справа крупно изображен синапс. Внутри окончания аксона находятся синаптические пузырьки мембранные пузырьки, которые содержат медиатор. Логика работы синапса следующая: сначала по мембране нервной клетки пробегает электрический импульс, он называется потенциал действия; этот импульс запускает движение пузырьков с медиатором в сторону следующей клетки. Дальше пузырьки доходят до окончания аксонов, лопаются, медиатор попадает в узкую щель между аксоном и ближайшей клеткой (она называется синаптическая щель) и влияет на следующую клетку. Это влияние означает, что на мембране следующей клетки сидят особые белки, они выполняют функцию кнопок, а медиатор это палец, который нажимает на эти кнопки. После того как медиатор нажал на эти белковые кнопки, следующая клетка может возбудиться, и тогда на ней возникнет импульс и побежит дальше. Это означает, что некий кусочек информации будет передаваться дальше.