Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта
Шрифт:
Необходимо сказать несколько слов об оборудовании того времени, поскольку без этого будут не до конца понятны трудности, возникавшие в работе учёных. Капиллярный электрометр появился в 1875 г. после того, как Габриэль Липпман обнаружил, что капля ртути на кислоте изменяет свою форму при пропускании через неё даже очень слабого электрического тока. Другому исследователю, Этьен-Жюлю Маре, пришла в голову блестящая идея поместить небольшое количество кислоты и ртути в тонкую трубку. Пропуская через трубку луч яркого света, Маре смог регистрировать даже небольшие движения на поверхности ртути — и фиксировать их при помощи камеры. В 1876 г. Маре с гордостью объявил членам Парижской академии наук, что они с Липпманом смогли записать на плёнку сердцебиение лягушки и черепахи. Способность капиллярного электрометра регистрировать работу сердечной мышцы побудила других исследователей опробовать устройство на нервных импульсах. В 1888 г. два выдающихся английских учёных Фрэнсис Готч и Виктор Горслей (Хорсли) продемонстрировали, что капиллярный электрометр может обнаруживать электрические изменения в периферических нервах и спинном мозге.
При помощи капиллярного электрометра Готч в 1899 г. обнаружил явление, получившее
В начале XX в. у нейрофизиологов появился более чувствительный инструмент — струнный гальванометр. Это устройство было детищем Виллема Эйнтховена, заведующего кафедрой физиологии в Лейденском университете в Нидерландах. В основу прибора было положено следующее наблюдение: небольшой меняющийся ток может заставить очень тонкую проволоку («струну») вибрировать, если она находится в сильном магнитном поле. Изготовление первого струнного гальванометра заняло несколько лет и было завершено в 1901 г. Прибор весил несколько тонн, занимал целую комнату, а для электромагнита пришлось создать систему водяного охлаждения. Однако гальванометр работал достаточно точно, чтобы обеспечить потребности кардиологии того времени. Таким образом, Эйнтховен фактически стал основоположником электрокардиографии, а в 1924 г. за своё изобретение и открытия в области сердечных ритмов он был удостоен Нобелевской премии [968] .
968
Finger S. (2004). Minds behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries. Oxford University Press // https://books.google.ru/books?id=3OWU1wnOy84C
Теперь, имея перед мысленным взором картину техники, с которой приходилось работать нейрофизиологам в начале XX в., можно вернуться к деятельности Бергера. С 1910 г. он переключается на использование струнных гальванометров: сначала работает с конструкцией Эйнтховена, а затем с различными версиями гальванометра Эдельмана [969] , в которых в целях повышения чувствительности прибора серебряные электроды вводились под кожу головы испытуемого [970] .
969
Finger S. (2004). Minds behind the Brain: A History of the Pioneers and Their Discoveries. Oxford University Press // https://books.google.ru/books?id=3OWU1wnOy84C
970
Berger H. (1929). Uber das Elektrenkephalogramm des Menschen / Archiv Fur Psychiatrie Und Nervenkrankheiten, Bd. 87, Ausg. 1, S. 527—570 //// http://www.audiomentaltraining.com/app/wp-content/uploads/Berger-1929-FirstEEG.pdf
6 июля 1924 г. небольшой струнный гальванометр Эдельмана показал колебания, предположительно исходящие от мозга, — так была получена первая электроэнцефалограмма [971] человека. Первые человеческие электроэнцефалограммы представляли собой записи активности мозга самого Бергера, его сына Клауса и пациентов с различными повреждениями черепа. В 1925 г. Бергер пришёл к выводу, что дефекты черепа необязательно являются преимуществом при получении записи (из-за утолщения твёрдой мозговой оболочки, послеоперационных спаек и т. д.) и что записи могут быть сделаны столь же хорошо (или даже лучше) и без повреждения кожи головы [972] .
971
* Бергер отверг неудачный, по его мнению, термин «электроцереброграмма» из-за сочетания в нём греческого и латинских корней, предложив вместо него более логичный вариант «электроэнкефалограмма» (Elektrenkephalogram), в общем-то, фонетически более правильный, чем термин, принятый в итоге научным сообществом.
972
Niedermeyer E., Silva F. d. (2005). Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=tndqYGPHQdEC
С 1926 г. Бергер начинает использовать более мощный гальванометр Сименса с двойной катушкой (обладавший огромной по тем временам чувствительностью — 130 мкВ/см), что позволяет учёному окончательно отказаться от введения электродов под кожу и перейти к использованию электродов из серебряной фольги, прикреплённых к голове при помощи резинового бандажа [973] .
В первом докладе Бергера 1929 г. продемонстрированы электроэнцефалограммы людей, выполненные как при помощи игольчатых электродов, так и неинвазивным методом. Записи были сделаны на фотобумаге и имели продолжительность от одной до трёх минут.
973
Grass A. M. (1984). The Electroencephalographic Heritage Until 1960 / American Journal of EEG Technology, Vol. 24, pp. 133–173 // https://doi.org/10.1080/00029238.1984.11080140
Между 1926 и 1929 гг. Бергер получил хорошие записи альфа-волн [974] . Ранние данные часто были несовершенными, и в 1928 г. Бергер всё ещё сомневался в достоверности своих наблюдений. Первый отчёт 1929 г. показывает существование альфа-ритма и реакцию альфа-блокировки, а также описание меньших бета-волн. В отчёте Бергер указывает на недостатки работ предшественников и демонстрирует исключительную скрупулёзность в деле отсеивания посторонних источников сигнала [975] , [976] .
974
* Сегодня их часто называют волнами или ритмом Бергера, хотя сам учёный из скромности возражал против этого названия.
975
Niedermeyer E., Silva F. d. (2005). Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=tndqYGPHQdEC
976
Berger H. (1929). Uber das Elektrenkephalogramm des Menschen. Archiv Fur Psychiatrie Und Nervenkrankheiten, Bd. 87, Ausg. 1, S. 527—570 // https://doi.org/10.1007/bf01797193
Более поздние отчёты Бергера, выходившие в 1930-е гг., содержали настоящие жемчужины: исследования флуктуаций сознания, первые электроэнцефалограммы, выполненные во время сна, исследование влияния гипоксии (кислородного голодания) на мозг человека, исследование различных мозговых расстройств и даже догадки о наличии пароксизмальных разрядов [977] при эпилептических приступах.
В конце 1930-х гг. у Бергера развивается серьёзная депрессия, которая приводит к самоубийству учёного 1 июня 1941 г. По мнению некоторых биографов Бергера, одной из причин этого — помимо затяжного заболевания, похожего по симптомам на грипп, — могло стать соперничество с группой учёных из Института исследований мозга в Берлине, которой руководил Алоис Корнмюллер. У последнего предположительно были связи в правительственных учреждениях в Берлине, и тревожный и мнительный Бергер боялся, что его открытия будут отобраны более агрессивными коллегами. Другие исследователи часто приводят в качестве главного источника депрессии Бергера его неважные отношения с нацистским режимом, указывая, например, в качестве довода перевод его на должность заслуженного профессора [Professor Emeritus] в 1938 г. [978] Однако последние исследования говорят о том, что отношения Бергера с нацистами, возможно, не были столь уж плохими [979] , [980] .
977
** Пароксизмальный разряд — группа колебаний, резко отличных по структуре и амплитуде от фоновой активности; пароксизмальный разряд внезапно появляется, продолжается от долей секунды до нескольких секунд, а затем так же внезапно прекращается.
978
Niedermeyer E., Silva F. d. (2005). Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. Lippincott Williams & Wilkins // https://books.google.ru/books?id=tndqYGPHQdEC
979
Zeidman L. A., Stone J., Kondziella D. (2013). New revelations about Hans Berger, father of the EEG, and his ties to the Third Reich // https://doi.org/10.1177/0883073813486558
980
Zeidman L. A., Kondziella D., Stone J. L. (2016). Authors’ Response to Letter to the Editor / Journal of Child Neurology, Vol 31, Iss. 14, 2016 // https://doi.org/10.1177/0883073816662419
В своей книге «Душа» (Psyche), написанной за год до смерти, Бергер вновь обращается к проблеме экстрасенсорного восприятия, оценивая способность электроволновой модели объяснить этот феномен и приходя к неизбежному выводу о том, что электромагнитная экстрасенсорика вряд ли возможна. Электромагнитные волны, испускаемые мозгом, слишком слабы для того, чтобы преодолевать сколь-нибудь значимое расстояние по воздуху [981] . Таким образом, результатом многолетних исследований Бергера стало крушение его первоначальных надежд. Однако он, будучи добросовестным исследователем, не стал предаваться самообману. Подобно средневековым алхимикам, получившим ценные для науки результаты в попытках достичь иллюзорной цели, Бергер обогатил современную науку и медицину ценными знаниями и инструментами.
981
Berger H. (1940). Psyche. Jena: Gustav Fischer // https://books.google.ru/books?id=mbOgvQEACAAJ
4.2.3 Первые математические модели нейрона — Хорвег, Вейс и Лапик
Итак, первые шаги в изучении электрической активности нервной системы были сделаны. Однако для того, чтобы приблизиться к возможности создания устройства, симулирующего работу мозга, нужно было идти дальше. И важной задачей, стоявшей перед исследователями, было изучение физических характеристик отдельных строительных кирпичиков мозга — нейронов и их отростков — аксонов и дендритов. Нервные волокна, пронизывающие тело человека и других животных, как раз и есть не что иное, как длинные отростки нейронов, покрытые глиальными оболочками.