Маркус дю Сотой - О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний

Лет через десять после этого Рамон-и-Кахаль наконец нашел возможность совместить любовь к искусству с интересом к анатомии. Будучи профессором в Университете Барселоны, он узнал о новой технике, использовавшей нитрат серебра для выявления структуры нервных клеток. Применив эту технику к клеткам мозга, он получил одни из первых изображений поистине необычайно сложного строения этой части нашего организма. Использование нитрата серебра позволило ему произвольным образом окрашивать клетки мозга, выделяя их структуру. Полученные им результаты были поразительны и прекрасны.

На этой иллюстрации воспроизведено одно из первых изображений нейрона. Это клетка сетчатки человеческого глаза. Так было получено первое свидетельство того, что мозг не является непрерывной структурой, но состоит из отдельных взаимосвязанных клеток, называемых нейронами.

По мере того как Рамон-и-Кахаль окрашивал все новые и новые клетки в разных частях мозга, он открывал нейроны разных форм и размеров. Благодаря своему художественному таланту он смог заполнить свои альбомы сложным многообразием структур, которые он документировал, как энтомолог регистрирует пойманных бабочек. Теперь мы знаем, что в человеческом мозге имеется около 86 миллиардов нейронов – если считать их по штуке в секунду, это займет более 2700 лет. Хотя в человеческом теле содержатся нейроны самых разных форм и размеров, из рисунков Рамона-и-Кахаля видно, что все они имеют очень сходное базовое строение. Каждый нейрон состоит из центрального тела, называемого сомой, и ветвей, расходящихся от сомы, – их называют аксонами и дендритами.

Как, собственно говоря, работает нейрон? Включение или возбуждение нейрона в чем-то подобно срабатыванию выключателя. Например, если во время моей игры на виолончели мое ухо замечает изменение давления воздуха, это вызывает молекулярные изменения в нейроне, что приводит к прохождению через эту клетку электрического тока. Тогда этот нейрон может общаться с другим нейроном через соединения, называемые синапсами. У каждого нейрона из клетки выходит один аксон, подобный электрическому проводу, по которому информация может передаваться другим нейронам. Аксон соединен с дендритами других нейронов через синапсы. Электрическое возбуждение одного из нейронов может порождать химическую реакцию в синапсах, соединенных с другими нейронами, что приводит к их возбуждению. Работа мозга очень похожа на работу компьютера или того же смартфона с приложением виртуального собеседника: каждый из нейронов может быть возбужденным или невозбужденным.

Правда, некоторые особенности все же отличают мозг от компьютера. Существуют аналоговые факторы, управляющие возбуждением нейронов. Возбуждение нейрона может произойти, только если интенсивность химического потока в синапсе превысит критическую величину. Интенсивность возбуждения нейронов не менее важна для передачи информации, чем сам факт их возбуждения. Тем не менее существование таких дискретных нервных клеток, соединенных «проводами», которые определяют активное или неактивное состояние каждой клетки, выглядит чрезвычайно соблазнительно с точки зрения возможности создания в устройствах, подобных моему смартфону, искусственного разума. Но сеть, созданная в нашем мозге эволюцией, чрезвычайно сложна. Каждый из аксонов может быть соединен с тысячью разных дендритов. Эта цифра кажется очень большой, но, учитывая, что мозг содержит 86 миллиардов нейронов, каждый отдельный нейрон оказывается соединен лишь с малой частью всего мозга.

Именно эти электрические и химические процессы порождают мозговую деятельность, и их потеря может приводить к возникновению нарушений и патологий. 89-летний человек, мозг которого я держал в руках в Мозговом банке Общества болезни Паркинсона, страдал от болезни Альцгеймера, которая является прямым следствием потери нейронов и синапсов.

Мы можем вскрыть мозг, окрасить его клетки нитратом серебра, составить статическую карту сети нервных клеток, но как нам получить динамическую картину мозговой деятельности? Настоящую революцию в исследованиях мозга произвело появление возможности заглянуть внутрь живого мозга в то самое время, когда он выполняет те или иные задачи. Развитие новых технологий привело к поразительным успехам исследования мозга.