Как и в любой другой клетке тела, в соме нейрона действуют митохондрии, которые превращают кислород и глюкозу в топливо, АТФ (аденозинтрифосфат). В нейронах митохондрии особенно мощные и многочисленные: никакая другая клетка не обладает таким завидным аппетитом, как нейрон [см. стр. 101].
2.1.3. Аксон
Дендритов, служащих приемниками информации, у нейрона много, а аксон – один. Всякая нервная клетка обладает только одним-единственным выходом, путем передачи информации соседям.
Дендриты ветвятся в окрестностях сомы, в радиусе нескольких микрон, аксон же может протянуться на десятки сантиметров; в масштабах клетки это невообразимое, космическое расстояние. Дендриты по мере удаления от сомы делаются все тоньше, в точности как ветки настоящих деревьев; но аксон сохраняет свой диаметр неизменным, чтобы только на самом конце распасться на множество крошечных передатчиков для осуществления синаптической связи со множеством иных нейронов. Эти передатчики называются терминалями аксона.
Между терминалями-приемниками и терминалями-передатчиками нейрона есть еще одна существенная разница: химический сигнал, поступающий через дендриты, может быть сильным или слабым или любым промежуточным между этими пределами – электрический же импульс, проходящий через аксон, может только быть или не быть, «вкл» или «выкл». Проводя аналогию с миром компьютеров, можно сказать, что дендриты являются типичным примером аналогового устройства, в то время как аксоны – цифрового.
Аксоны должны не просто пересылать информацию на огромные по клеточным меркам расстояния, но и делать это максимально быстро. В экстремальных случаях скорость достигает 720 км в час, то есть 200 метров в секунду. Скорость передачи информации зависит не только от диаметра аксона, но и от толщины миелиновой оболочки, защищающей сигнал от внешних помех. Интенсивность использования конкретного аксона мозгом напрямую зависит от количества миелина на нем [см. стр. 179]. Если сравнивать аксон с автострадой, по которой мчат автомобили, то получается как бы обратная картина: чем больше машин проедет по дороге, тем скорее она придет в негодность; аксон же от многократного использования, наоборот, обрастает жирком.
Формирование аксона начинается с небольшого сжатия клеточной сомы – образуется конус роста аксона. В нем находится нечто вроде микроскопического вычислительного центра, совершающего сложение и вычитание: как только результат вычислений переходит некий порог [см. стр. 36], нейрон выстреливает, посылая сигнал к действию. Электрический потенциал клеточной мембраны за тысячные доли секунды резко возрастает: это похоже на стрельбу из пулемета. В секунду подобных событий происходит десятки и даже сотни.
В миелиновой оболочке есть крошечные разрывы, расположенные на равном расстоянии друг от друга (эти разрывы называются перехватами Ранвье). В разрывах находится целая система канальцев, через которые в клетку входят и выходят ионы натрия, отвечающие за электрический потенциал аксона. Ионы буквально проскакивают из одной миелиновой оболочки в другую со скоростью, которая без миелина была бы недостижима.
Миелин играет очень важную роль в работе человеческого интеллекта [см. стр. 179]. Многие мозговые патологии связаны с потерей миелина, например рассеянный склероз. Уменьшение миелинового слоя приводит к сбоям в передаче сигналов по аксонам и, в свою очередь, к нарушению работы мозга в целом.
Серое вещество, расположенное под корой головного мозга, своим цветом обязано высокой концентрации нейронов. А белое вещество – это миелин. Аксоны, пронизывающие белое мозолистое тело [см. стр. 68], соединяющее полушария мозга, занимают гораздо больший объем, чем все вместе взятые клеточные сомы, дендриты и их шипики.
2.1.4. Синапсы
Помимо дендритов, сомы и аксонов в передаче информации от клетки к клетке задействованы очень важные образования – синапсы. Они осуществляют соединение между терминалями аксона одного нейрона (пресинаптического) и нервными окончаниями (ветками, листочками) дендрита другого нейрона (постсинаптического). Самое потрясающее в этом механизме то, что нейроны не вступают в непосредственный контакт. В самой сердцевине синапса расположено бесконечно малое пространство (размер его колеблется между 20 и 40 миллиардными метра), именуемое синаптической щелью. И именно в этом крошечном участке мозга, собственно, и вершится таинство волшебного нейронного леса: клетки, отвечающие за мышление, разговаривают между собой на химическом языке.
На концах у аксонов в крошечных пузырьках – везикулах – находятся нейротрансмиттеры. По команде, переданной электрическим импульсом, везикулы выпускают нейротрансмиттеры в синаптическую щель, и они попадают на рецепторы другого нейрона, заставляя его создать собственный сигнал. Таким образом передается и возбуждение, и торможение. И это только одно из звеньев бесконечной цепи сигналов, миллионы которых зажигаются в мозгу каждую секунду. Благодаря им человек может идти, активно двигая ногами, и одновременно вспоминать приятные сцены из прошлого или планировать сложные задачи на будущее.
Примерно оценить среднее количество нейронов в мозге человека можно, причем даже несколькими способами [см. стр. 26], а вот сосчитать синапсы пока нереально. Не потому, что они значительно меньше по размерам, чем клетка, и не потому, что они сплетаются в бесконечно запутанную сеть, а в основном из-за уменьшения их количества на протяжении человеческой жизни.
Нейрон может быть соединен одновременно с десятками тысяч других нейронов независимо от их расположения в мозге. Самые распространенные клетки одной из самых удивительных частей мозга, его коры, так называемые пирамидальные нейроны, могут принимать информацию одновременно от 5 до 50 тысяч других клеток, то есть совершать великое множество постсинаптических контактов. Другой вид нейрона, клетка Пуркинье, может иметь одновременно до 100 тысяч соединений. По некоторым оценкам, в мозге молодого взрослого одновременно действует до 150 миллиардов синапсов.
Однако преимущество процессов в мозге не в этом: оно во взрывном характере распространения информации, описываемой в терминах математической прогрессии.
Можно провести мысленный эксперимент: взять стандартный нейрон, предположив, что он «говорит языком синапсов» всего с какой-нибудь тысчонкой других нейронов. Каждый из «собеседников» потенциально «общается» еще с тысячей товарищей, а те, в свою очередь, подключают к процессу каждый по тысяче своих «агентов». Таким образом, в течение каких-нибудь миллисекунд информация достигает миллионов клеток (1000 x 1000), а потом и миллиардов (1000 x 1000 x 1000). Однако этот расчет на самом деле слишком упрощает природный процесс, хотя и дает представление о том, насколько удивительна деятельность мозга – клетки различаются между собой, у них разная структура ядра и нейронных ветвей, и процесс в реальности намного сложнее.
