Но, чтобы понять, как именно из усвоенной информации в мозге вырастают человеческие ощущения, нам придется для начала прояснить, что такое мозг.
Провода
В документальных фильмах про животных попадается любопытный рефрен. Ползет, допустим, морская звезда по дну морскому, вдруг чует какую-нибудь аппетитную улитку и бросается за ней в погоню, догоняет, опутывает ее своими щупальцами и заживо жрет. «Удивительная сноровка, – заключает ведущий. – Особенно для существа, у которого нет мозга!» Такое в зоологии беспозвоночных встречается даже среди специалистов: я регулярно слышу от коллег по аплизии, что у нее тоже, оказывается, нет мозга. У аплизии, говорят коллеги, не мозг, а ганглии.
На мой взгляд, различия между мозгом и ганглиями никакой принципиальной роли не играют. И человеческий мозг, и ганглии аплизии – это формы существования нервной системы, то есть системы соединенных друг с другом нервных клеток, или нейронов. Мозг – это огромный ком нейронов, а ганглии – это комки чуть поменьше. У нас все слеплено в единую массу, а у аплизии распределено между независимыми островками нервных клеток, соединенных нервами. То же самое с морской звездой: у нее, разумеется, тоже есть нервная система, просто немного другого строения, и ей абсолютно все равно, называем ли мы эту систему мозгом или нет. Короче говоря, я поступаю радикально и ставлю между понятиями «мозг» и «нервная система» знак равенства. Это один и тот же орган, который делает одно и то же у всех животных. Мозг – это система нейронов. Так что именно в нейроне – ключ к пониманию мозга.
КСТАТИ
В нервную ткань – то, из чего состоит мозг, – помимо нейронов, входит еще масса других клеток, объединенных термином «глия». Раньше клетки глии обзывали в учебниках «вспомогательными» (читай – неинтересными), что отражено и в самом слове: «глия» (γλία) – буквально «клей» по-гречески.
Сегодня модно глию уважать. Как выяснилось в последние годы, глия принимает активное участие в работе мозга. Например, она может регулировать работу тех или иных нейронных ансамблей, выделяя в нужный момент гормоны и резервные питательные вещества, так что без участия глии, например, не будет правильно работать долгосрочная память2–4.
Глия же в человеческом мозге отвечает за внешнюю политику. Наш мозг частично изолирован от остального тела, как в клетке ядро частично изолировано от цитоплазмы. У мозга, например, своя иммунная система, состоящая из клеток микроглии, чье название звучит забавно, если учесть, что микроглия («маленькая глия») – это как бы элитная гвардия макрофагов («больших пожирателей»). Макрофаги – типичные иммунные клетки, патрулирующие кровь на предмет незваных бактерий в остальном теле, а микроглия исполняет сходную функцию на территории нервной системы5, 6.
В мозге даже есть собственная, внутренняя альтернатива крови – спинномозговая жидкость. Кровеносные же сосуды, проходящие через мозг, плотно опутаны отростками клеток глии, так что все, что попадает из крови в мозг, проходит через строжайший таможенный контроль. Эта стена между мозгом и телом называется гематоэнцефалическим барьером. Он защищает мозг от вредных веществ, инфекций и в некоторых случаях – даже собственных гормонов организма7.
На рисунках в учебниках нейроны напоминают провода. Это клетки с длинными отростками, несущие электрический разряд в определенном направлении. Одни отростки – дендриты – несут входящие сигналы, другие – аксоны – несут исходящие сигналы. Нейроны соединяются друг с другом и передают друг другу электрический сигнал. Получается как бы несколько удлинителей, воткнутых один в другой.
На самом деле нейроны отличаются от проводов по нескольким статьям. Во-первых, в проводе электричество движется по металлической сердцевине, а в нейроне оно движется по мембране, то есть как бы по оболочке провода8. Во-вторых, в проводе ток течет непрерывно в одном направлении (при постоянном токе) либо волнообразно болтается туда– сюда (при переменном токе), тогда как по мембране нейрона бегут отдельные «разряды», из-за чего нейронный поток электричества напоминает скорее азбуку Морзе. Только вместо точек и тире – одинаковые точки, отстукиваемые с разной частотой (о том, как это получается, поговорим чуть позже).
Электричество – самое заметное свойство нейрона. Но на самом деле в электрических разрядах, бегущих по мембране клетки, нет ничего необычного. Точно такие же электрические импульсы используются, например, клетками поджелудочной железы, которые производят инсулин – гормон, контролирующий сахар в крови. Когда эти клетки чувствуют повышение концентрации сахара, они разряжаются точно так же, как нейроны, и в результате выбрасывают свой гормон в кровь9. Электрические разряды есть и у живых существ, вообще не имеющих нервной системы. Например, инфузория-трубач (пресноводное одноклеточное существо впечатляющей сложности и размеров – оно существенно крупнее многих многоклеточных животных) умеет резко сокращаться от прикосновения. Это опять-таки достигается разрядом, пробегающим по мембране инфузории, если ее потревожить10, 11. У губок, единственной крупной группы животных без нервной системы, электрическими волнами осуществляется координация потока воды и межклеточного обмена пищей12. Даже растения отправляют разрядами тока сообщения в пределах организма, например, реагируя на атаку гусеницы централизованным производством ядовитых веществ13. В любой ситуации, когда сигнал нужно быстро передать на большое расстояние, живые существа пользуются мембранным электричеством. Так что уникальность нейрона в чем-то другом.
Мозг без электричества представить в принципе можно, просто он будет очень медленным. Без чего невозможно представить мозг, так это без синапсов. Именно синапсы, соединения между нейронами, определяют уникальные свойства нервной системы. Синапсы бывают двух типов, но знаменит из них только один, причем на первый взгляд совершенно не очевидно почему. Большинство синапсов в нервной системе называются химическими, меньшинство – электрическими.
Электрический синапс – это как раз удлинитель, воткнутый в другой удлинитель. Между двумя мембранами двух нейронов устанавливается прямой физический контакт с белковыми порами, пронизывающими обе мембраны. В результате электрический сигнал напрямую перескакивает из одного нейрона в следующий и продолжает движение.
В химическом же синапсе отростки двух нейронов сближаются, но не слипаются мембранами. Между ними остается небольшое расстояние, называемое синаптической щелью. Поэтому электрический импульс не может просто «перескочить». Для этого требуется посредник, преодолевающий пространство синаптической щели и доставляющий сигнал от нейрона к нейрону. В качестве такого посредника выступают простые химические молекулы, называемые нейромедиаторами. Они выбрасываются окончанием клетки, по которой разряд приходит в синапс (этот нейрон называется, соответственно, пресинаптическим), и принимаются окончанием следующего нейрона (он называется постсинаптическим). Почти любой нейрон выступает в качестве постсинаптического по отношению к «входящим» сигналам и одновременно пресинаптическим по отношению к «исходящим».
