Мозг и сознание - страница 33
Помимо изучения спонтанных изменений мембранных потенциалов, мы можем искусственно вызвать деполяризацию путем электрического раздражения скоплений церебральных нейронов с целью исследовать их функциональную организацию, а также возникающие при этом поведенческие реакции организма в целом. Необходимо одновременно применять как тот, так и другой экспериментальный подход, чтобы найти взаимосвязь между функцией клеток и поведением. Наши современные знания физико-химических основ биологической активности, о которых написано очень много работ [23, 182, 203], позволяют сформулировать следующие положения: 1) ни один поведенческий акт, включая его психические компоненты, невозможен без возникновения отрицательных потенциалов, которые сопровождаются электрическими и химическими сдвигами на клеточном уровне; 2) за искусственно вызванной с помощью электрического тока или химических веществ деполяризацией мембраны может последовать доступная наблюдению поведенческая реакция; 3) несмотря на то что поведенческая деятельность очень сложна и многие ее аспекты недостаточно изучены, для объяснения двигательных и психических компонентов поведения не следует прибегать к «жизненной силе» или к какому-либо другому метафизическому принципу; они связаны с закономерностями физических и химических процессов, которые можно исследовать экспериментально.
Классические эксперименты Гальвана, показавшие, что мышцы лапки обезглавленной лягушки сокращаются в ответ на раздраженно электрическим током, каждый год многократно воспроизводятся в лабораториях колледжей и университетов. Эти простые эксперименты демонстрируют, что биологический процесс — сокращение мышцы — можно вызвать по воле экспериментатора, воздействуя электрическим током на мышечную ткань. Если нет раздражения, то лапка не будет сгибаться. Если мышечные клетки мертвы, то их возбудимость и сократимость утрачены и мышца не реагирует на раздражение. Сокращение будет одинаковым как при прямом раздражении мышцы током, так и при раздражении ее через двигательный нерв или головной мозг, и это сокращение сравнимо с произвольными движениями живой лягушки. Электрический ток не создает движения конечности, а действует только как деполяризатор, включая цепь процессов, которые зависят от свойств раздражаемого органа.
Кажущаяся простота и постоянство мышечного сокращения могут привести к ошибочным выводам, так как на самом деле сократимость — это невероятно сложное явление, в котором участвуют: деполяризация покоящейся мембраны; изменение ее проницаемости; чрезвычайно быстрый обмен калия, натрия и других ионов; возникновение электрических полей; изменение ориентации белковых молекул в мышечном волокне, сопровождающееся укорочением полипептидных цепей; разложение и синтез аденозинтрифосфата; обмен фосфорных кислот; разложение гексозофосфата на молочную кислоту, а также множество других биохимических реакций, которые следуют в мышечном волокне друг за другом по генетически предопределенному плану, независимо от природы вызвавшего их агента. Механизмы сокращения и расслабления мышечного волокна заложены в биологической структуре его клеток. Электрический ток, как и сама нервная система, только запускает все эти процессы. Этот принцип имеет фундаментальное значение для понимания управления биологическими функциями при помощи электричества. Организм слагается из множества последовательностей биологических процессов; некоторые из них наследуются, а другие приобретаются с опытом. Раз начавшись, какая-либо цепная реакция идет по присущему ей плану, который может изменить либо система обратной связи, либо новое раздражение. В некоторых случаях раздражитель может быть неспецифичным; так, например, сокращение мышцы можно вызвать механическим, термическим, осмотическим, химическим, электрическим или нервным раздражением. При исследовании мозга, как и при исследовании мышцы, лучше всего пользоваться электрическим током, так как он не повреждает клетки и позволяет многократно исследовать один и тот же биологический процесс. С помощью электрического тока мы можем активировать заложенные в структуре функциональные механизмы и выяснить их возможную роль в спонтанном поведении. Посредством ЭРМ (электрического раздражения мозга) можно управлять разнообразными функциями — движением, секрецией желез — или специфическими психическими процессами, в зависимости от целей исследования. В следующих главах мы рассмотрим методы проведения экспериментов и некоторые из полученных результатов.