Биотоки мозга

Нервы пронизывают все тело и благодаря им организм выступает как единое целое. Стоит перерезать нерв, ведущий к какой-либо мышце, и она становится парализованной, подобно тому, как перестает работать цилиндр мотора, если порвать провод, передающий импульсы тока запальной свече.

В школе нам рассказывали об опытах Гальвани по возбуждению нервных окончаний лапок лягушки. Было установлено, что при подключении тока к определенным точкам, лапки лягушки начинают сокращаться. Это подтвердило предположение о том, что нервный импульс имеет электрическую природу. Фактически, передаваемый волокнами нервный импульс представляет собой кратковременный электрический импульс.

Нервы стали представлять электрическими проводами, предающими сигналы от мозга ко всем органам. Современные Исследования показали, что это не совсем верно. Нерв - не электрический провод, а скорее напоминает релейную линию. Поступающий сигнал передается только соседним участкам линии, где он усиливается, а затем передается дальше, снова усиливается, и снова передается, пока не достигает конечной точки. Благодаря этому сигнал может быть передан без ослабления на значительные расстояния, несмотря на естественное затухание в канале передачи.

Тело нейрона не отличается от других клеток ни своими размерами, ни другими особенностями. Однако нейрон, в отличие от других клеток, имеет не только клеточное тело, - он рассылает для исследования отдаленных частей организма дендриты (см. рис. 6.5). Они распространяется на небольшие расстояния. Один только аксон, диаметром менее 0,01 миллиметра, отходит от нейрона на громадные расстояния, измеряемые сантиметрами и даже метрами. Все нейроны центральной нервной системы собраны вместе в головном и спинном мозге, образуют серое вещество.

Механизм работы аксона до конца не понят. Его можно упрощенно представить себе как длинную цилиндрическую трубку с поверхностной мембраной, разделяющей два водных раствора разного химического состава и разной концентрации. Мембрана подобна стенке с большим количеством полуоткрытых дверей, сквозь которые ионы растворов могут протискиваться только с большим трудом. Самое удивительное в том, что электрическое поле "притворяет эти дверцы", а с его ослаблением они открываются шире. В состоянии бездействии внутри аксона находится избыток ионов калия; снаружи - ионов натрия. Отрицательные ионы сконцентрированы главным образом на внутренней поверхности мембраны и поэтому она заряжена отрицательно, а наружная поверхность - положительно.

При раздражении нерва происходит частичная деполяризация мембраны (уменьшении зарядов на ее поверхностях), что ведет к снижению электрического поля внутри нее. В конце концов происходит местная деполяризация мембраны. Так возникает нервный импульс. Собственно говоря, это импульс напряжения, вызванный протеканием тока через мембрану. В этот момент "приоткрываются дверцы" для калиевых ионов. Проходя на поверхность аксона, они постепенно восстанавливают то напряжение (около 0,05 вольта), которое был у невозбужденного нерва.

При деполяризации участка мембраны появляется электрический ток, направленный от неактивных пока участков мембраны к деполяризованному участку. В результате возникает новый деполяризированный участок, который, в свою очередь, возбуждает процессы в соседнем участке и т. д. Самовоспроизводящееся состояние деполяризации начинает распространятся по неровному волокну, не затухая, со скоростью около 120 метров в секунду. Это и есть скорость движения нервного импульса.

Ионы натрия и калия, смещенные при прохождении импульса со своих насиженных мест, постепенно возвращаются обратно непосредственно сквозь стенку за счет химических процессов, механизм которых пока еще до конца не выяснен.

Вызывает восхищенное удивление, что все поведение высших животных, все творческие усилия человеческого мозга основаны в конечном счете на этих чрезвычайно слабых токах и тончайших, микроскопических химических реакциях.