Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта

Марков Сергей Николаевич

Также, практически случайно, Катон смог уловить слабый электрический ток и сквозь невскрытую черепную коробку: это стало первым опытом в области неинвазивной (т. е. не связанной с проникновением через естественные внешние барьеры организма) электроэнцефалографии [942] .

Катон, исследования которого осуществлялись за счёт средств гранта Британской медицинской ассоциации, представил свои выводы 24 августа 1875 г., по результатам которых в Британском медицинском журнале появился короткий отчёт, состоявший из двадцати строк. Более подробное описание опытов было представлено в том же журнале в 1877 г. и содержало сведения об экспериментах на более чем сорока кроликах, кошках и обезьянах (в основном использовались кролики).

942

Robbins J. (2008). A Symphony in the Brain: The Evolution of the New Brain Wave Biofeedback. Grove Press // https://books.google.ru/books?id=ucRimHppmv0C

Катон получил определённое признание благодаря этой работе и в 1884 г. возглавил кафедру физиологии в Университетском колледже Ливерпуля (сейчас — Ливерпульский университет, University of Liverpool), затем стал там деканом медицинского факультета, а в 1907 г. — лорд-мэром Ливерпуля [943] .

Работа

Катона, впрочем, оставалась не замеченной научным сообществом в течение пятнадцати лет — научная коммуникация в конце XIX в. была довольно медленной.

В 1890 г. физиолог Адольф Бек из Ягеллонского университета в Кракове (Польша) обнаружил низковольтные высокочастотные колебания электрических потенциалов, возникающие между двумя электродами, помещёнными в затылочную кору мозга кролика. Не зная о более ранних работах Катона, Бек заявил, что стал первым, кто обнаружил электрическую активность мозга животных. Однако другой физиолог, Эрнст Флейшл фон Марксов из Венского университета, также описал электрическую активность мозга животных и оставил свои находки в запечатанном конверте в Венской имперской академии наук в 1883 г. (размещение запечатанного конверта, содержащего сведения о научных открытиях в ожидании их подтверждения, было обычной практикой европейского научного сообщества того времени). Очевидно, что фон Марксов также не знал о работе Катона. Когда статья Бека появилась [944] в немецком журнале Zentralblatt fur Physiologie в 1890 г. [945] , она привлекла внимание фон Марксова, который после вскрытия конверта заявил свои притязания. Бек и фон Марксов вступили в полемику по поводу приоритета открытия. Их спор разрешил Ричард Катон, указав на свою публикацию 1875 г. [946]

943

Niedermeyer E., Silva F. d. (2005). Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=tndqYGPHQdEC

944

Yamada T., Meng E. (2009). Practical Guide for Clinical Neurophysiologic Testing: EEG. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=VdsUrV8jeZ4C

945

Beck A. (1890). Die Bestimmung der Localisation des Gehirn — und Ruckenmarksfunctionen vermittelst der electrischen Erscheinungen / Zentralblatt fur Physiologie, Vol. 4, pp. 473—476 // https://www.biodiversitylibrary.org/item/49793#page/481/mode/1up

946

Yamada T., Meng E. (2009). Practical Guide for Clinical Neurophysiologic Testing: EEG. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=VdsUrV8jeZ4C

В 1870-е гг., когда физиологи обратили внимание на глобальную электрическую активность полушарий головного мозга, нейроанатомам удалось сделать серьёзный шаг вперёд в деле изучения структуры нервной ткани. За два года до экспериментов Катона, в 1873 г., был открыт метод Гольджи (сам автор называл его «чёрной реакцией»), позволяющий окрашивать отдельные нейроны (правда, слово «нейрон» до 1891 г. не употреблялось). До этого открытия Камилло Гольджи в биологии была популярна концепция, предложенная немецким гистологом Йозефом Герлахом, который считал, что волокна, выходящие из различных клеточных тел, соединены в единую сеть, получившую название «ретикулум» [reticulum]. Популярность идей Герлаха была связана с тем, что, в отличие от сердца или печени, мозг и нервную систему не получалось разделить на отдельные структурные единицы: хотя нервные клетки были описаны в составе ткани многими исследователями того времени, связь между нервными клетками и связывающими их аксонами и дендритами оставалась неясной. Главной причиной этого были недостатки микроскопии.

Благодаря своему открытию Гольджи увидел, что разветвлённые отростки одного клеточного тела не сливаются с другими. Он, однако, не стал отбрасывать концепцию Герлаха, предположив, что длинные тонкие отростки, вероятно, соединены в одну непрерывную сеть.

Четырнадцать лет спустя, в 1887 г., испанский нейроанатом Сантьяго Рамон-и-Кахаль узнал о «чёрной реакции» от психиатра Луиса Симарро, которому удалось улучшить оригинальную технику Гольджи. Рамон-и-Кахаль был удивлён тем, что лишь немногие исследователи используют этот замечательный способ исследования нервной системы. Ещё более усовершенствовав метод Гольджи, Рамон-и-Кахаль применил эту технику к различным типам нервной ткани животных и людей и выполнил подробные зарисовки того, что увидел под микроскопом.

Исследования испанского учёного показали, что, вопреки концепции Герлаха и предположению Гольджи, длинные тонкие отростки, выходящие из тел клеток, вовсе не связаны в единую сеть. Хотя многие волокна в образце ткани накладывались друг на друга, они оставались отдельными физическими структурами, подобно ветвям деревьев в лесной чаще. Нервная система, как и все другие живые ткани, состояла из отдельных элементов, как выразился сам Рамон-и-Кахаль — из «абсолютно автономных единиц».

В октябре 1889 г. Рамон-и-Кахаль посетил конгресс Немецкого анатомического общества в Берлине, чтобы представить свои открытия ведущим нейроанатомам. Хотя многие учёные издевались над Рамоном-и-Кахалем и его зарисовками, презентация учёного смогла убедить уважаемого швейцарского гистолога Рудольфа фон Кёлликера. В 1891 г. немецкий анатом Генрих Вильгельм Вальдейер объединил новаторское исследование Рамона-и-Кахаля с клеточной теорией и идеями швейцарского психиатра Огюста-Анри Фореля, а также с идеями швейцарского эмбриолога Вильгельма Гиса (именно он в 1889 г. предложил называть тонкие ветвящиеся отростки нервных клеток дендритами, от греческого слова ??????? — дерево). В итоге на свет появилось то, что сегодня носит название нейронной доктрины. Именно Вальдейер назвал нейронами клетки, из которых состоит нервная система. В 1896 г. фон Кёлликер ввёл термин «аксон» для обозначения длинных тонких отростков, передающих электрические сигналы от тела клетки (направление передачи сигналов, основываясь на своих наблюдениях, установил Рамон-и-Кахаль) [947] .

947

Jabr F. (2012). Know Your Neurons: The Discovery and Naming of the Neuron / Scientific American, May 14, 2012 // https://blogs.scientificamerican.com/brainwaves/know-your-neurons-the-discovery-and-naming-of-the-neuron/

В 1906 г. Рамон-и-Кахаль

и Камилло Гольджи за труды по строению нервной системы получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины [948] .

До наших дней дошло около трёх тысяч зарисовок Рамона-и-Кахаля [949] , которые и сегодня остаются одними из самых подробных описаний структурного разнообразия мозга и нервной системы.

Рис. 75. Один из рисунков Рамона-и-Кахаля

948

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1906 / NobelPrize.org, Nobel Media AB 2020, 6 May 2020 // https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1906/summary/

949

Douglas Fields R. (2017). Why the First Drawings of Neurons Were Defaced / Quantamagazine, September 28, 2017 // https://www.quantamagazine.org/why-the-first-drawings-of-neurons-were-defaced-20170928/

4.2.2 История исследований электрической активности мозга

Впрочем, и до открытий Гольджи, Рамона-и-Кахаля и их коллег нейроанатомам было известно, что клетки серого вещества [950] связаны между собой нервными волокнами. Отталкиваясь от знания об электрической природе нервных импульсов, было весьма естественно предположить, что электрическая активность будет наблюдаться и в полушариях мозга. Однако в то время это предположение не удавалось подтвердить, потому что множество десинхронизированных потенциалов с разными полярностями производят очень слабый совокупный потенциал, который было трудно обнаружить доступными в то время измерительными устройствами. Несмотря на это, фон Марксову удалось показать, что периферическая стимуляция сенсорных органов способна вызывать небольшие колебания электрического потенциала в областях поверхности коры головного мозга, отвечающих за проекцию соответствующих чувств.

950

^* Исторически анатомы подразделяли ткани мозга на серое вещество (лат. substantia grisea) и белое вещество (лат. substantia alba), руководствуясь цветом соответствующих тканей. Их цветовая дифференциация обусловлена белым цветом миелина и серым цветом кровеносных капилляров и клеточных тел.

К сожалению, исследования фон Марксова были прерваны из-за его трагической смерти в 1891 г. В юности, работая в качестве ассистента известного патологоанатома Карла фон Рокитанского, фон Марксов в процессе препарирования трупа поранил большой палец правой руки. Заражение привело к ампутации пальца, и всю последующую жизнь фон Марксов страдал от хронических болей, которые утолял при помощи инъекций морфина и героина. Зигмунд Фрейд, близкий друг фон Марксова, в конце XIX в. изучал медицинские свойства кокаина и был убеждён, что кокаин может быть использован не только в качестве средства, вызывающего эйфорию, афродизиака и болеутоляющего средства, но также и для лечения морфинизма. Он порекомендовал его фон Марксову, который принял совет друга. Увы, кокаин лишь усугубил состояние учёного. Опустошённый болью, зависимостью и болезнью, он снова начал принимать морфин. В итоге здоровье фон Марксова не выдержало, и он скончался 22 октября 1891 г. в возрасте 45 лет [951] ^, [952] .

951

Borch-Jacobsen M. (2012). Ernst Fleischl von Marxow (1846-1891): Freud's first therapeutic blunder and how he lied about it / Psychology Today, Feb 07, 2012 // https://www.psychologytoday.com/intl/blog/freuds-patients-serial/201202/ernst-fleischl-von-marxow-1846-1891

952

Medwed H. (1997). Ernst Fleischl von Marxow (1846—1891): Leben und Werk. Medienverl. Kohler // https://books.google.ru/books?id=lGB4AAAACAAJ

На мир нейробиологии сильно повлияло ещё одно открытие 1870-х гг. В совместном исследовании 1870 г. Густав Фрич и Эдуард Гитциг продемонстрировали возможность электрической стимуляции коры головного мозга. Фрича побудило к исследованиям необычное наблюдение: в ходе Австро-прусско-датской войны (в 1864 г.) он наблюдал сокращения мышц пациента во время перевязки открытой раны головного мозга [953] . Работы Фрича и Гитцига были продолжены Дэвидом Ферье и Джеральдом Йео в 1880 г., которые выполняли электрическую стимуляцию головного мозга обезьян, а также пациента во время операции по поводу опухоли головного мозга.

953

Wickens A. (2009). Introduction to Biopsychology. Pearson Education // https://books.google.ru/books?id=DlBHRK6NGsoC

Исследования электрической активности мозга на границе XIX и XX вв. активно велись и на территории Российской империи. Их начал Василий Данилевский — ему исполнилось всего 25 лет, когда он защитил написанную в Харьковском университете диссертацию, озаглавленную «Исследования по физиологии мозга». Эта работа была основана на электростимуляции, а также на изучении спонтанной электрической активности мозга животных [954] .

Данилевский проводил исследования на мозге собак. Независимо от Катона он обнаружил изменения электрических потенциалов в мозге в ответ на воздействие звуковых раздражителей и при электрическом раздражении седалищного нерва. Данилевский также отмечал, что у собаки наблюдались «самостоятельные или спонтанные токи мозга», хотя животному не предъявлялось никаких внешних раздражений. Слуховые стимулы вызывали отрицательное или положительное колебание в задних областях полушарий, а раздражение кожных нервов — в передних. Аналогичные реакции в коре мозга наступали и при раздражении ветвей блуждающего нерва током, а также если обонятельные рецепторы собаки подвергались воздействию различных запахов (аммиака, амилнитрита, жареного мяса).

954

Niedermeyer E., Silva F. d. (2005). Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=tndqYGPHQdEC