Текст книги "Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе"

Оптогенетика

Оптогенетика – новомодная методика исследования работы нервных клеток, основанная на внедрении в их мембрану специальных каналов – опсинов, реагирующих на возбуждение светом. Давно известно, что нервные клетки способны реагировать на механические, химические, электрические раздражители. Теперь после сложных генетических манипуляций наконец-то нейроны можно заставить возбуждаться светом с определённой длиной волны.

Для создания светочувствительных каналов в мембране задействованы методы генной инженерии. А для возбуждения модернизированных нервных клеток и сетей в ход идут лазеры, световоды и прочая оптическая аппаратура.

На рубеже ХХ века казалось – вот он ещё один прорыв в исследовании нейронов. На практике же очередная игрушка в руках нейробиологов. Демонстрация великолепных научных успехов, но в совсем другой отрасли биологии – генетике.

Брэйнбоу

Более интересное применение оптогенетике нашли американские исследователи Медицинской школы Гарварда под руководством Джеффа В. Лихтмана (Jeff W. Lichtman) и Джошуа Р. Сейнса (Joshua R. Sanes). Они заставили нервные клетки светиться в момент прохождения по ним нервного импульса. Этот метод позволил лучше следить за взаимодействием групп нейронов в мозге.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications [33] в ноябре 2007 года. В статье описывались техники экспрессии флуоресцентных белков в генетически модифицированных животных под названием «Брэйнбоу-1» и «Брэйнбоу-2». Техника «Брэйнбоу-3» была представлена в 2013 году. Название метода происходит от сочетания английских слов brain (мозг) и rainbow (радуга).

Каким образом проводят генную модификацию живых тканей? Чтобы вставить фермент в клетки мозга, учёные соединили его с вирусом, который мог «заражать» нейроны.

Оказалось, что, будучи внедрённым в геном животного, зелёный флуоресцентный белок и его генетически модифицированные варианты могут окрашивать нервные клетки в разные цвета (до 100 разных оттенков), что позволяет значительно точнее и гораздо красивее картировать нейронные связи.

Ещё в конце 19-го века Камилло Гольджи со своей «Чёрной реакцией» впервые в истории визуализировал нейроны. В 1960-х годах И. Тасаки применил красители, флуоресцирующие при электрической стимуляции нейронов «для наблюдения за физическими изменениями в нервных мембранах при передаче импульсов». Целью современных исследователей было улучшение традиционных методов нейровизуализации, поскольку предыдущие техники имели серьёзные ограничения, в первую очередь связанные с небольшим количеством цветов, доступных для окрашивания индивидуальных нейронов.

Свечение индивидуальных нейронов создаёт потрясающий фронт работы – можно выявить мельчайшие особенности морфологии каждого нейрона и даже проследить путь индивидуальных аксонов и дендритов. Всё вместе это дало возможность для полноценного картирования структуры нейронных цепей мозга. А заодно превратило фотографии гистологических препаратов в настоящее арт объекты!

Прозрачный мозг

Нервную систему нематоды (C. elegans) было легко исследовать благодаря прозрачности последней. А, например, мозг мыши, в отличие от этого червячка, велик и непрозрачен.

Основную массу мозга составляют липиды клеточных мембран и миелинового покрытия нейронов, а также глии. Плотная липидная составляющая мозга слабопрозрачна для света – даже двухфотонная лазерная микроскопия, созданная для визуализации глубоких слоёв живых тканей, способна заглянуть вглубь мозга лишь на 800 мкм. Львиная доля гистологических исследования нервных тканей до недавнего времени была обречена начинаться с фиксации и изготовления срезов.

Поэтому исследователи разработали метод, позволяющий буквально прояснять мозг мыши – делать его прозрачным.

Одним из «отцов» нового метода, названного – CLARITY (англ. «ясность») и описанного в 2013 году, является Карл Дейссерот. Технология позволяет свету проходить сквозь ткань и делает её доступной для микроскопа.

Технология CLARITY основана на идее: убрать из ткани основной компонент, который мешает прохождению света – липиды. Попытка просто растворить мембраны без предварительной подготовки приводила к тому, что содержимое клеток вываливалось из них наружу. Чтобы этого избежать, препарированный мозг зафиксировали формальдегидом для фиксации и удержания на своих местах белков и нуклеиновых кислот, а затем насытили раствором мономеров геля-носителя, призванного играть роль «матрицы», после чего запускалась реакция полимеризации. В результате ткани мозга оказались буквально слиты с прозрачным гелем-носителем. Затем блок с мозгом, а точнее – тканево-гелевым гибридом, – подвергают электрофорезу в присутствии ионного детергента (SDS). В течение нескольких дней движимые электрическим полем мицеллы SDS протискиваются через тканево-гелевый гибрид, «вымывая» из него липиды. На выходе получается практически прозрачный блок, пригодный для оптической и флуоресцентной микроскопии. Однофотонная микроскопия позволяет исследовать такой препарат на глубину 3,6 мм, а не на 50 мкм, как в случае с естественным «непрозрачным» мозгом.

Рисунок 28 Технология CLARITY [28]

На картинке – изящная иллюстрация действия метода «опрозрачивания» тканей. Один и тот же мышиный мозг до (слева) и после (справа) обработки этим методом лежит на цитате великого Сантьяго Рамона-и-Кахаля: «Мозг – это целый мир со множеством неизведанных континентов и белых пятен на карте».

Применение CLARITY в сочетании с флуоресцентным окрашиванием позволяет получить чёткую трёхмерную картинку. Сегодня эта технология широко используется при создании 3D-карт мозга.

Остаётся решить задачу – как генномодифицировать единственный нейрон, или цепочку связанных нейронов. Та же проблема с которой столкнулся Гольджи. Но уже на новом уровне – Гольджи изучал срезы мозга, а современные учёные могут послойно просвечивать более-менее «целый мозг».

Истории заблуждений

Вся эта книга о том, как возникали, развивались идеи, как одни заблуждения в борьбе сменялись другими заблуждениями. Она – попытка понять, находимся ли мы на очередном этапе заблуждений или уже добрались до истины.

Наивные представления древних философов, учения средневековых мыслителей мы воспринимаем снисходительно, как детские болезни роста науки. Но нас и в XXI веке окружают отголоски заблуждений совсем недавнего прошлого. Понимание их может дать нам представление об уровне дремучести «современного человечества».

Психическая энергия

В 1840-х годах молодые ученики Иоганнеса Мюллера дали друг другу торжественную клятву, подписав её собственной кровью. Они поклялись объяснять все явления живой природы исключительно в категориях физики и химии. Среди этих учеников были Карл Людвиг, Герман Гельмгольц, Дюбуа-Реймон, а также Эрнст Брюкке. Будущие корифеи физиологии 19-го века образовали «незримый колледж», вошедший в историю под именем физико-химической школы в физиологии, лидером которой был именно Брюкке.

Брюкке считал, что «жизнь» необходимо изучать и объяснять на основании экспериментальных методов химии и физики. Главным постулатом этой школы был принцип строжайшего детерминизма1 и подход к изучению организма как энергетической системы. Из этой вполне материалистические идеи и родилась теория психической энергии. Цель её – создать психофизиологию, которая позволила бы сократить разрыв между разумом и телом, а также найти способ физиологического сохранения энергии.

Согласно закона сохранения энергии, когда энергия производится в одной части мозга, запуская мысль или действие, такое же её количество должно утрачиваться в другой части мозга – иначе человеческая душа нарушает законы физики.

Всю энергию, получаемую в качестве питания от организма, по мнению молодых учёных, мозг, преобразует в другие виды, например, тепловую, электрическую или даже психическую. Производство кванта психической энергии эквивалентно кванту любого типа преобразованной энергии.

В это же время в Венском университете обучался студент Зигмунд Фрейд, который воспринял эту новую «динамическую» физиологию. В последующие несколько лет Фрейд утверждал, что и первый, и второй закон термодинамики применимы к психическому процессу, и на основе этой логики постулировал существование психической энергии.

Впоследствии работами самого Фрейда, Юнга и других термин психической энергии выродился и стал синонимом психоанализа.

Однако, Ганс Бергер проникшись этой теорией, воспринял её буквально. И приступил к распутыванию электрической схемы мозга в надежде понять психическую энергию. Доподлинно известно, что примерно тогда же Бергер всерьёз увлёкся идеями магнетизма и телепатии. Он был твёрдо убеждён в их существовании.

Главной темой в научной работе Ганса Бергера был поиск корреляции между объективной мозговой деятельностью и субъективными психическими явлениями.

На протяжении 30 лет Бергер тщательно изучал снабжение мозга метаболической энергией и её преобразование в тепло, электричество и психическую энергию. Другими словами, пытался понять психический феномен. Конечной же целью его исследований было объяснение явления передачи мыслей на расстоянии.

Бергер начал с измерения потоков крови в живой мозг. К счастью для Бергера у него был свой исключительный пациент – молодой рабочий фабрики, у которого после двух операций по удалению пули из головы осталось восьмисантиметровое отверстие в черепе. Молодой человек согласился стать подопытным.

Бергер сделал резиновый колпачок, наполнил его водой и закрепил у отверстия в черепе молодого человека. Он проверил влияние частоты сердцебиения, глубины дыхания, состояния вазомоторных функций, а также изменение позиции головы и тела на степень мозговой пульсации, которая измерялась через отверстие в черепе.

Между тем в качестве альтернативы Бергер обратился к измерению электрического тока в мозге, полагая, что, вычислив всю энергию, производимую мозгом, а затем вычтя энергию, превращённую в электричество и тепло, можно будет рассчитать величину психической энергии.

Для работы Ганс Бергер самостоятельно изобрёл и сконструировал оригинальный прибор и с помощью игольчатых электродов, введённых под кожу черепа, регистрировал суммарную электрическую активность мозга.

Закончились поиски психической энергии, тем, что в 1929 году Бергер создал электроэнцефалограф.

1 Детерминизм – философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного мира.

О биологической радиосвязи

В России на рубеже XIX—XX веков возник ренессанс культуры и науки, не совсем угасший ещё и в 20-годы. Советские учёные начала двадцатого века получили прекрасное классическое образование. И если были физиками, то физиками хорошими. Возможно, поэтому, когда в умах человечества укрепилась мысль об электрической природе нервного импульса, учёные, совершенно справедливо предположили следующее. Если при прохождении нервного импульса возникают «токи действия» (именно так они назывались в 20-е годы XX века), то должно возникать электромагнитное поле и соответствующее ему электромагнитное излучение (как тогда говорили «электроиндукция»).

Задача прямой регистрации электромагнитного излучения мозга впервые детально была обоснована в 1920 году академиком П.П.Лазаревым. В статье «О работе нервных центров с точки зрения ионной теории возбуждения» П.П.Лазарев предположил – «поскольку периодическая электродвижущая сила должна непременно создавать в окружающей воздушной среде переменное электромагнитное поле, распространяющееся со скоростью света, то мы должны, следовательно, ожидать, что всякий наш двигательный или чувственный акт, рождающийся в мозгу, должен передаваться в окружающую среду в виде электромагнитной волны».

Кстати сказать, идея была не так уж абсурдна, что и подтвердило создание магнитоэнцефалографии (МЭГ).

В другой работе, напечатанной также в 1920 году, Лазарев высказался в пользу возможности «уловить во внешнем пространстве мысль в виде электромагнитной волны». Эта задача, считал он, является одной из интереснейших задач биологической физики.

Добавим к этому бытовавшее тогда мнение о том, что электрический сигнал передавался между нейронами через разрыв подобный обкладкам конденсатора (Бехтерев)) [34]. Тогда ещё не было известно о работе синапсов. Поэтому совершенно нормальные физики, вполне заслуженно уважаемые учёные, всерьёз изучали возможность биологической радиосвязи и, как следствие, возможности передачи мыслей на расстояние. И верно, вы только представьте, что количество нервных импульсов, поступающих в наш мозг в процессе чтения этой книги ежесекундно составляет миллиарды, а величина потенциала действия каждого импульса по современным данным, около 70 мкв. В сумме это колоссальная энергия, которую невозможно скрыть.

Какие благородные были намерения учёных тех лет! «Если бы удалось осуществить „регистратор мысли“… мы сумели бы построить прибор, воспроизводящий искусственную мысль. И может быть, мы бы научились технически излучать мощные мысли в целях облагораживания человечества, нравственного подъёма и пр… Не только изучить при помощи „регистратора“ мысли и чувства насекомых и животных, но можно было бы постараться понять эти мысли и на них воздействовать, опять-таки на пользу человечества» [34].

В конце концов мечталось осуществить синхронизацию биотоков головного мозга с электромагнитными модуляциями ноосферы. А коммуникация с Высшим Разумом должна была стать таким же обычным делом, как дружеский разговор по телефону. На основе этого прибора предполагалось создать центр коллективного пользования, доступный всем заинтересованным специалистам.

Когда-то изобретатель радио А. С. Попов неосторожно предположил, что «человеческий организм не имеет ещё такого о́ргана чувств, который был бы способен замечать электромагнитные волны в эфире, но если изобрести такой прибор, который заменил бы нам электромагнитные чувства, то его можно было бы применить к передаче сигналов на расстояние». Поборники биологической радиосвязи сочли это заявление за непосредственный призыв к поиску, а кое-кто даже смог разглядеть в головном мозге элементы радио Попова.

Идея биологической радиосвязи сплотила талантливых советских учёных П. Лазарева, В. Бехтерева, Л. Васильева, А. Чижевского, Б. Кажинского, К. Циолковского. Учёные допускали, что подобно радиоволнам мозговые волны тоже могут распространяться на значительные расстояния и детектироваться не только другим человеком, но даже электронными приборами. По воспоминаниям заведующего лабораторией по изучению телепатии в Ленинградском институте мозга Л. Васильева, «все тогда думали только о радиоволнах, ничего, кроме радиоволн, не могли себе представить».

Тогда эта гипотеза выглядела единственно правдоподобной. Однако все усилия по обнаружению мозговых волн оказались безрезультатны. Расчёты показали, что электромагнитные волны, которые продуцируются биоэлектрическими токами мозга, в силу своей природы практически не излучаются вне черепа. Для их излучения следовало бы иметь передающую антенну внутри головы, величиной в несколько десятков тысяч километров. Тем не менее это обстоятельство отнюдь не казалось непреодолимым, энтузиастам того времени. Оно наверняка будет преодолено благодаря грядущим успехам советской радиоэлектроники. [35]

Когда гипотеза о радиоволнах была поколеблена, сторонники этих идей не прекратили свои изыскания и продолжали настаивать на поиске новых видов полей или излучений, которые служили бы переносчиками телепатической информации. Известный советский изобретатель А.Л.Чижевский выразил общую надежду так: «я предвижу, как совершенно непреложную возможность, что мы придём к непосредственной передаче мыслей от одного мозга другому, не прибегая к помощи таких вибраций, какими мы сейчас ещё пользуемся при посредстве технической радиосвязи». Академик Вернадский говорил, что «из невидимых излучений нам известны пока немногие, и мы едва начинаем постигать их разнообразие. Современная (1920-е годы) наука постепенно погружается во всё более тонкие слои материи. Неисчерпаемость материи подразумевает, что в мире существует бесконечное многообразие видов материи, форм энергии и типов излучений. Последние открытия в таких областях, как биофизика и парапсихология доказывают справедливость идей о том, что мысль – это уникальная в своём роде энергия, которая способна поляризовать физический вакуум». [35]

В начале 1960-х годов в Советском Союзе эту тему окончательно похоронили как бесперспективную. Почти за полувековой период исследований не было найдено достоверных доказательств ни излучения мозга, ни телепатии. В конце этой истории приверженцы биологической радиосвязи частенько сами просились под опеку к силовым ведомствам, чтобы продлить агонию своих исследований, поскольку народное хозяйство не могло себе позволить продолжать бесперспективные изыскания.

С тех пор радиотехника в отличие от неврологии колоссально продвинулась технологически. Мы слушаем радиосигналы из неведомых уголков космоса, но по-прежнему зачастую довольствуемся измерением электрических потенциалов на коже головы.

Тем не менее до сих пор остаются люди, которые верят в возможность биологической радиосвязи. Не получив достоверных с научной точки зрения результатов, подтверждающих способности мозга к радиоизлучению, эти энтузиасты от науки перешли к попыткам осуществить обратный процесс – повлиять на мозг (сознание) электромагнитными излучениями разных диапазонов частот. Так в начале 1960-х родилась психотроника. А самые далёкие от науки учёные решили начать силой мысли перемещать предметы, так появился телекинез.

Идея массового влияния на сознание с помощью некого прибора (пси-генератора) настолько привлекательна, что никак не умрёт и до сегодняшнего дня.

В лихие 1990-е годы Россию захлестнули слухи о психотронном оружии якобы имевшемся у КГБ и о применении его против россиян. Этой теме посвящались газетные статьи, выпускались телепередачи. Даже создавались общественные антипсихотронные организации.

И было чего испугаться, когда появлялись такие, например, публикации: «…Некоторое время назад в прессе получил освещение доклад, прочитанный в лаборатории биоэлектроники ИРЭ АН СССР, и озаглавленный: «Воздействие на биологические объекты модулированными электрическими и электромагнитными импульсами». Докладчиками упоминалось об испытании установки «Радиосон», в блок-схеме которой применён СВЧ-генератор. В публикации говорилось, что импульсы этого генератора вызывают акустические колебания в мозге. Мощностей установки хватает, чтобы обработать город площадью около ста квадратных километров, погрузив всех его жителей в глубокий радиосон. Первая установка была создана и запущена в действие в 1973 году в одной из войсковых частей Новосибирска. Практическую помощь в содействии и оформлении открытия оказывал генерал-полковник авиации В. Н. Абрамов. Курировал эти работы дважды Герой Советского Союза маршал авиации Е. Я. Савицкий…». Я бы и сам поверил, если бы мой отец не служил в то время, в этой самой части на очень высокой должности. А я сам, жил в Новосибирске и точно знаю, что город-миллионник ни в какой сон не погружался.

Из-за наплыва обращений в ФСК заместитель директора этого ведомства А. П. Быков выступил с заявлением о том, что в России «психотронного оружия не существует, и едва ли оно появится в обозримом будущем». В 1994 году при ФСК под руководством Ю. И. Холодного была создана Рабочая группа по вопросам парапсихологии и уфологии. В дальнейшем А. П. Быков заявил, что «ни одно из известных нам исследований не дало ни научных, ни прикладных результатов», а психотронное оружие – «лишь часть сложной социально-психологической проблемы, связанной с бурным ростом интереса широких слоёв населения к парапсихологии, оккультизму и мистицизму». [36]

Аналогичная история разворачивалась в середине XX века в США. Проект «МК Ультра» (Project MKULTRA, Мозговой Контроль ULTRA) кодовое название секретной программы американского ЦРУ, созданной с целью поиска технических средств манипулирования сознанием, например, для вербовки агентов, или для извлечения информации на допросах, в частности, с помощью использования психотропных химических веществ (оказывающих воздействие на сознание человека). Есть све́дения, что программа работала с начала 1950-х до конца 1960-х годов, а возможно продолжалась и дольше.

По конспирологической версии ЦРУ намеренно уничтожило ключевые файлы программы MKULTRA в 1973 году, что значительно затруднило расследование её деятельности конгрессом США в 1975 году.

Идея психотронного оружия благодаря усилиям современных учёных и борцов со лженаукой во многом потеряла свою привлекательность в том виде, в котором она изначально появилась, но её современная реинкарнация воплощается и поныне парапсихология, которая «претендует на раскрытие закономерностей, определяющих психическую деятельность человека», и в рамках которой «психика человека рассматривается как функция полевых, резонансных и иных неизвестных ещё возможностей живой материи». Оказывается, что «важное значение парапсихологии состоит в том, что она аккумулирует некоторую область фактов, мимо которых по тем или иным причинам проходят представители традиционной научной психологии». Для парапсихологии характе́рным является отсутствие теоретических основ, а также соответствующих методов и средств исследования. Поэтому неудивительно, что такие искажения проникают в разные науки, например, в социологию.

Телекинез или психокинез термин, которым в парапсихологии принято обозначать способность человека одним только усилием мысли оказывать воздействие на физические объекты.

Есть люди верящие, что шапочки из фольги и подобные приспособления могут экранировать их мозг от проникновения излучений и голосов. Эти люди полагают, что фольга отражает управляющие сигналы, передаваемые через внечувственное восприятие или через микроволновый слуховой эффект. Веру в эффективность шапочек из фольги психиатры рассматривают как симптом параноидной шизофрении.

Предположение о том, что фольга может значительно уменьшить интенсивность воздействия высокочастотного радиоизлучения на мозг, не лишено смысла. Хорошо сделанная защита из фольги работает как клетка Фарадея, экранируя поступающие извне радиоволны. Школьный эксперимент демонстрирует этот факт радиоприёмник ставится на фольгу и накрывается металлическим ведром, что приводит к значительному снижению силы сигнала. Эффективность полумиллиметрововый слой фольги частично блокирует и длинные, и средние, и ультракороткие радиоволны, а пропускает только волны сверхдлинноволнового диапазона.

Эта шапочка была бы, безусловно, полезна… если бы радиоволны могли передавать информацию прямо в мозг. Но пока, все манипуляторы сознанием воздействуют на людей более традиционно, через обычные органы чувств.

Телепатия

Телепатия – не имеющая надёжных экспериментальных доказательств гипотетическая способность мозга передавать мысли, образы, чувства и неосознаваемое состояние другому мозгу или организму непосредственно на расстоянии, без использования каких бы то ни было известных средств коммуникации или манипуляции.

Термин «телепатия» был впервые употреблён в 1882 году Фредериком У. Х. Майерсом, одним из основателей британского Общества психических исследований после экспериментальных попыток передачи мысли на расстоянии, которые он проводил вместе с тремя другими исследователями, Гёрни, Сиджуиком и Барреттом.

Эксперименты, связанные с попытками доказать существование телепатии, проводились в Европе, США и Советском Союзе, но, несмотря на некоторое количество предварительных положительных отчётов, повторные и более строгие проверки экспериментов приводят к отрицательным результатам, и таким образом, реальность феномена по-прежнему не доказана.

Вера в существование телепатии уходит в глубокую древность. Согласно Алану Фодору (1895 – 1963), сама по себе «молитва может быть рассмотрена как попытка телепатического общения с высшим существом». Высказывались предположения о том, что телепатия лежит в основе интуиции, в частности, интуитивных симпатии и антипатии. Считалось, что «ощущение взгляда» или чьего-то приближения – также результат получения и обработки мозгом телепатических сигналов.

Многие исследователи паранормальных явлений считают телепатию и суггестию (внушение) родственными, особенно в тех случаях, когда гипноз осуществляется на расстоянии. Майерс называл такой феномен «телепатическим гипнотизмом».

Учитывая отсутствие биологических предпосылок к телепатии, большинство учёных считают её принципиально невозможной, а телепатические исследования относят к псевдонаучной деятельности. [37]