рассуждений, животный дух был перенесен на твердую почву научного метода. Александр фон Гумбольдт, Эмиль Дюбуа-Реймон и Герман фон Гельмгольц отстояли дело, которому посвятил свою жизнь Гальвани. Что за животный дух бежит по нашим нервам, оживляя каждое наше движение и ощущение? Это электричество.

Но эти ученые не могли себе представить, что их важнейшие инструменты и открытия будут развиваться еще полтора следующих столетия. Сегодня наше понимание биоэлектричества изменяется вновь, поскольку мы начинаем постигать суть электрома[101].

Понятие электрома выходит за пределы биоэлектрических сигналов, обнаруженных Гальвани и Дюбуа-Реймоном. Благодаря этим сигналам нервная система позволяет нам чувствовать и перемещаться в пространстве; на сегодняшний день эти сигналы уже хорошо изучены в результате обширного корпуса исследований, сформировавших современную нейробиологию. Но за последние двадцать лет начала вырисовываться иная картина, которая все более отчетливо демонстрирует наличие важнейших биоэлектрических сигналов за пределами нервной системы и их важную роль в функционировании других систем тела. Как геном описывает весь генетический материал организма (ДНК с записями “инструкций” для построения тела, основания A, C, T и G для составления кода этих инструкций, а также другие элементы, контролирующие активность генов), так полное описание нашего электрома может отразить все глубинные пути, с помощью которых различные электрические сигналы определяют наши биологические функции.

Карта электрома представляла бы собой уникальную электрическую схему, описывающую буквально все аспекты нашей жизни и смерти. В ней должны учитываться характеристики и размерность наших электрических свойств на уровне органов, клеток и мельчайших компонентов клеток, таких как митохондрии, и даже поведение электрических молекул.

Как было описано в первой части книги, самые ранние сведения об электроме мы получили благодаря активности наших мышц и нервов. Животный дух превратился в нервную проводимость, и в результате ее изучения сформировалась такая научная дисциплина, как неврология. В 1960-е годы результаты исследований в области неврологии (а также в области электрофизиологии, объединившей исследования электриков XVIII века с теоретическими исследованиями физиологов) сложились в формальную дисциплину, которую мы сегодня называем нейробиологией и которая занимается изучением нервной системы животных.

В XX веке были достигнуты громадные успехи в раскрытии закономерностей электрической активности нервной системы. Мы начали понимать код, позволяющий передавать информацию в мозг и из мозга. Как мы увидим в нескольких последующих главах, почти все эти открытия были сделаны благодаря исследованиям нервной системы с помощью металлического электричества. И это помогло понять, что искусственное электричество может – с разной степенью успешности – изменять наше собственное биоэлектричество и, следовательно, наше здоровье, мысли и поведение. Само по себе это уже очень значительное достижение, но к концу столетия мы осознали, что это лишь начало.

Но прежде чем двигаться дальше, нам нужно определить некоторые фундаментальные положения нейробиологии, чтобы ясно понимать, как работает нервная система и почему ученые так активно пытались изучать ее с помощью искусственного электричества. Об этом рассказывает данная глава. Я приглашаю вас отправиться со мной в краткое путешествие в 150-летнюю историю электрофизиологии.

Нервная проводимость для чайников

Понять механизм передачи электрических сигналов внутри тела намного проще, если знать структуру головного мозга, спинного мозга и специализированных клеток, обеспечивающих их коммуникацию. Эти клетки называют нервными клетками, или нейронами. Все эти данные были получены в результате потрясающих открытий, сформировавших так называемую “нейронную доктрину”, за установление которой Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахаль были удостоены Нобелевской премии в 1906 году. Тогда впервые стало понятно, как именно работает нервная система. До тех пор, как следует из рассказа о животном духе, считалось, что нервная система представляет собой единую сеть трубочек, протянутых от мозга по всему телу, которые могли быть заполнены водой или гидравлической жидкостью – и именно поэтому все остальные рассуждения фактически не имели смысла.

Рамон-и-Кахаль и Гольджи поняли (опять-таки в результате долгих разногласий и пререканий), что нервная система состоит из особых, специфических клеток, названных нейронами, которые могут проводить электрические сигналы от мозга к мышцам и обратно.

До тех пор никто не мог себе представить, что нервная система состоит из клеток, потому что нервные клетки не похожи на обычные. Большинство клеток имеют сферическую и немного приплюснутую форму. Но только не нейроны. У нейрона есть три четко различимые части. У него есть тело (и это тело действительно похоже на обычную клетку), но из него во все стороны отходят отростки разной длины. Эти отростки бывают двух типов. Первый тип – дендриты: очень короткие выросты, доставляющие информацию к телу нейрона. Второй тип – аксоны: они могут достигать метра в длину, и их функция заключается в том, чтобы отправлять сообщения другим нейронам или мышцам.

Некоторые из 86 миллиардов нейронов мозга находятся только в мозге, но многие простирают свои отростки в спинной мозг, в кожу, сердце, глаза, уши, нос, рот, внутренние органы, кишечник – иными словами, во все без исключения участки тела, чтобы заставить их двигаться, чувствовать и выполнять разные другие функции.

Чувствующие нейроны, приносящие ощущения и восприятие в мозг, являются частью афферентной системы, сообщающей нам новости об окружающем мире: об изображениях, звуках, запахах, царапинах и ударах, достающихся нашему телу. Их также называют сенсорными нейронами. Двигательные нейроны, сообщающие о наших намерениях различным частям тела, являются элементом эфферентной системы, позволяющей нам реагировать на сигналы, переданные афферентной системой.

Вне зависимости от того, идет ли речь об ощущениях или движениях, соответствующие нейроны переносят информацию в мозг и из мозга за счет электричества – посредством потенциала действия. Именно это легкое отклонение стрелки прибора Дюбуа-Реймон назвал током действия, или нервным импульсом. Термины “нервный импульс”, “потенциал действия” или “спайк” – еще один термин, который вы тоже могли слышать, – обозначают одно и то же: слабый электрический сигнал, переносящий информацию между двумя соседними нервными клетками в мозге или между нервом и мышцей[102]. Получая сообщение, дендрит передает его в тело клетки, где принимается решение о том, следует ли передавать этот сигнал аксону. Если сообщение передается дальше, оно достигает окончания аксона, откуда перескакивает на дендрит соседней клетки. Почти с того самого момента, когда Дюбуа-Реймон и Гельмгольц начали измерять нервные импульсы, люди начали спорить о том, какова природа этих импульсов – химическая она или электрическая. Но когда выяснилось, как сигнал перескакивает с одной клетки на другую, споры едва не переросли в целую войну.

Дело в том, что на конце аксона сигнал вынужден немного затормозить. Здесь имеется крохотный зазор, отделяющий аксон одной клетки от дендрита другой клетки. Этот зазор называется синапсом: его окрестили так в том же году, когда “нейронная доктрина” принесла Нобелевскую своим авторам. Открытие этого