Самоорганизация и неравновесные
процессы в физике, химии и биологии
 Мысли | Доклады | Самоорганизация 
  на первую страницу НОВОСТИ | ССЫЛКИ   

Починка мозгов
от 01.06.05
  
Мысли


Хороший работник часов, Я разобрал часы человечества. Стрелку судьбой поставил верно. Звездное небо из железа и меди, Вновь переделал все времена, Снова сложил зубцы и колесики, Гайки искусно ввинтил моим долотом, Тикают, точно и раньше. Идут и ходят, как прежде. Ныне сижу гордый починкой мозгов В. Хлебников. 1922

...Под словом - животное электричество - в них соединены две группы явлений: электродинамическая деятельность нервов и мышц (учение о животном электричестве в тесном смысле) и явления электрического раздражения этих органов. Дюбуа-Реймон в своем знаменитом сочинении о животном электричестве старался, как известно, провести мысль о причинной связи между обоими рядами явлений; новейшие же исследования пошатнули ее; и потому в настоящее время возможна точка зрения, с которой может казаться непозволительным соединять их под одним общим именем. Я сделал это, однако, и на том основании, что пока будущие исследования положительно не докажут отсутствия связи между электродинамическою и физиологическою деятельностью мышц и нервов, до тех пор точке зрения Дюбуа, как более широкой и плодотворной, должно быть отдано преимущество (И. Сеченов. Из курса лекций О животном электричестве. 1863)


Необходимо отказаться от традиционных линейных схем эволюции нервной системы по типу - от низших к высшим. В каждой группе современных позвоночных имеются различные варианты организации нервных центров и мозга в целом, развивающиеся параллельно и независимо друг от друга. В этом плане даже мозг человека представляет собой один из возможных и реализуемых в эволюции вариантов организации ЦНС
...В мозге позвоночных не происходит отрицания старых форм и типов клеток, отделов и даже целых систем мозга. В процессе эволюции они дополняются новыми образованиями, преобразуются или сохраняют принципы своего строения неизменными (принцип дополнительности). Это приводит к значительной гетерогенности нейронного состава многих отделов мозга, где наряду с эволюционно новыми, высокодифференцированными элементами часто сохраняются элементы, свойственные представителям более древних групп позвоночных
...Таламус...претерпевает наибольшие структурные преобразования в ряду позвоночных, что во многом обусловлено его взаимосвязями с прогрессивно развивающимися отделами конечного мозга  
Эволюционная морфология нервной системы позвоночных: Учебник для студентов вузов. Андреева Н.Г., Обухов Д.К. Изд. 2-е, доп., изм. М.: Лань, 1999. 384c.
http://evolution.powernet.ru/library/morphology_ns/morphology_ns.html
В 1882 году И.М. Сеченов опубликовал работу - Гальванические явления на продолговатом мозгу лягушки, в которой впервые был установлен факт наличия ритмической электрической активности мозга.
...Возникают они без всякой определимой внешней причины, как будто сами собой; поэтому я буду называть их произвольными колебаниями, а также произвольными разрядами или просто разрядами. Последним словом я, однако, вовсе не имею в виду выразить природу электрического процесса в пр. м., а лишь отрывистое, иногда на подобие взрывов, проявление энергии в заряженных ею нервных центрах.
Разряды на всех без исключения препаратах периодичны, но следуют друг за другом с такою неправильностью, что уловить какую-либо законность в их последовании мне не удалось. Для этого нужно было бы постоянно отмечать паузы, продолжительность и величину каждого колебания, чего я не делал.
...Периодические произвольные колебания представляют, конечно, самую интересную сторону в гальванических явлениях пр. м.; и собственно им посвящено все исследование
...Произвольные колебания стоят в самой тесной связи с раздражительностью отпрепарированного
...На свежих весенних лягушках разряды в среднем живее, чем на зимних
И.М. Сеченов. Избранные произведения. Т.2. Физиология нервной системы. с.622-661
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/S/SECHENOV_Ivan_Mihaylovich/_Sechenov_I.M..html
В 1884 году Н.Е. Введенский для изучения работы нервных центров применил телефонический метод регистрации, прослушивая в телефон активность продолговатого мозга лягушки и коры больших полушарий кролика. Введенский подтвердил основные наблюдения Сеченова и показал, что спонтанную ритмическую активность можно обнаружить и в коре больших полушарий млекопитающих.
Начало электроэнцефалографическим исследованиям положил В.В. Правдич-Неминский, опубликовав 1913 году первую электроэнцефалограмму записанную с мозга собаки. В своих исследованиях он использовал струнный гальванометр. Также Правдич-Неминский вводит термин электроцереброграмма.
Первая запись ЭЭГ человека получена австрийским психиатром Гансом Бергером в 1928 году. Он же предложил запись биотоков мозга называть электроэнцефалограмма.
***
В серии экспериментов, проведенных во время хирургических операций на мозге, Бергер смог показать, что некоторая часть этих электрических потенциалов действительно принадлежит мозгу, а не обусловлена просто активностью мышц головы. Кроме того, он установил, что электрические характеристики этих сигналов зависят от состояния испытуемого. Наиболее заметными были синхронные волны относительно большой амплитуды (около 50 микровольт) с характерной частотой около 10 циклов в секунду. Бергер назвал их альфа-волнами и противопоставил высокочастотным бета-волнам, которые появляются, когда человек переходит в более активное состояние.
***
Электрические волны головного мозга Электрическая активность человеческого мозга была открыта в 1924г. Гансом Бергером из Иенского университета (Австрия). Приклеивая небольшие металлические пластинки к коже головы испытуемого и соединяя их проводниками с чувствительным гальванометром, он наблюдал ничтожные электрические потенциалы в несколько стотысячных вольта, колеблющиеся некоторым нерегулярным образом, - видимо, вследствие каких-то особенностей работы мозга. Путем фотографической регистрации последовательных положений движущегося зеркальца гальванометра (фотографирование производилось на бумажной ленте, протягиваемой с постоянной скоростью мимо прибора) ему удалось исследовать изменения этих ничтожно малых потенциалов во времени. По форме полученной кривой эти изменения были названы мозговыми волнами.
Бергер установил, что записанные им зигзагообразные отклонения были не совсем беспорядочными, а обнаруживали известную периодичность и регулярность. Самым интересным было то, что форма кривых определенным характерным образом изменялась, когда у субъекта менялось общее состояние сознания, например при переходе от рассеянности к настороженности.
Оригинальная работа Бергера не привлекла к себе большого внимания. Измеряемые им потенциалы мозга были настолько малы, что лежали у самого предела чувствительности существовавших в то время регистрирующих приборов. К тому же, по-видимому, сам Бергер не был настойчивым пропагандистом своих идей и мало что делал, чтобы привлечь к ним внимание. Поэтому реальность мозговых волн начали признавать лишь после 1930г., когда открытия Бергера были подтверждены английскими исследователями (Эдриан и Мэттьюз осуществили наглядную демонстрацию записи ЭЭГ на заседании Английского физиологического общества в 1935 году. К аппарату подсоединили самого доктора Эдриана, и он показал, как при открывании глаз подавляется высокоамплитудный альфа-ритм). Тем временем радиотехники разработали высокочувствительные ламповые усилители, что значительно упростило задачу надежной регистрации тех ничтожных электрических потенциалов, с которыми приходилось иметь дело.
Насколько равнодушно была встречена первоначальная работа Бергера, появившаяся в 1929г. (он опубликовал ее только через 5 лет после того, как она была сделана), настолько же велик был энтузиазм в конце 30-х годов. В необузданном воображении авторов популярных статей уже рисовалось применение радиоприемников (которые сами казались в те дни несколько таинственными) для телепатической связи - путем улавливания мозговых волн на расстоянии и расшифровки содержащихся в них мыслей. Хотя серьезные исследователи, работавшие в этой области, не присоединялись к подобным фантазиям, тем не менее существовала надежда, что многочисленные зигзаги на записях электрической активности мозга со временем будут истолкованы и смогут дать подробные сведения о психических процессах. Эти ожидания не оправдались. Теперь мы знаем, что потенциалы, отводимые электродами от поверхности головы, могут отражать лишь среднее электрическое состояние многих миллионов нейронов на большом участке мозга, так что нет никакой возможности получить таким путем те специфические данные, которые были бы необходимы для разгадки процессов мышления. Однако записи электрической активности мозга, или электроэнцефалограммы (ЭЭГ), как они были названы, оказались очень полезными. Сейчас их повседневно используют в клиниках для диагностики определенных типов неврологических расстройств. Электроэнцефалографическая аппаратура приобрела большое значение и в научных исследованиях; в сочетании с другими измерительными приборами она помогла получить значительную часть тех сведений о работе мозга, которыми мы располагаем.
Характер ЭЭГ человека или другого позвоночного отражает степень активности индивидуума. Это четко иллюстрируют формы ЭЭГ, показанные на рис.
рис.17Эти кривые записаны у человека с помощью электродов, расположенных на задней половине головы, где, как показывает опыт, главные ритмы выражены особенно сильно. А - электроэнцефалограмма, записанная у человека при открытых глазах и полном внимании к окружающему; она состоит из быстрых отклонений малой амплитуды. Б - ЭЭГ того же человека, находящегося в покое в удобной позе, с закрытыми глазами, не сосредоточенного на какой-либо мысли; отклонения потенциала здесь больше, чем на А, и появляются колебания более низкой частоты (примерно 10 раз в секунду), ясно видимые на приведенной записи. Эти колебания потенциала, наблюдаемые у нормального взрослого человека в покое, получили название альфа-ритма. Альфа-ритм характерен для расслабленного состояния, но и он в свою очередь уступает место другим формам ЭЭГ, когда человек впадает в дремоту (кривая В) и когда он засыпает (кривая Г); амплитуда изменений потенциала здесь наибольшая, но волны длинные, медленные, как бы перекатывающиеся. После нескольких часов сна ЭЭГ бывает похожа на кривую Д. Если человек не засыпает, а на короткое время теряет сознание в результате большой перегрузки (например, при резких маневрах самолета на большой скорости, когда у летчика появляется черная пелена), ЭЭГ еще больше сглаживается, а иногда колебания потенциала даже совсем исчезают.
Прежде чем рассматривать природу этих электрических волн головного мозга, уместно отметить одно интересное применение электроэнцефалографии в связи с космическими полетами. В Институте мозга Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе разрабатываются методы оценки общей работоспособности отдельных людей в необычных условиях, с которыми можно встретиться в космическом полете, например в условиях больших ускорений и вибрации. Оказалось, что ЭЭГ служит более, прямым и надежным показателем реактивности мозга, чем данные визуального наблюдения или измерение других физических показателей. По форме ЭЭГ легко прослеживается переход от нормальной реактивности к вялости и невнимательности при постепенно нарастающем ускорении, а появление черной пелены при очень большом ускорении отмечается внезапным сглаживанием кривой. Имеются даже указания на принудительную синхронизацию волн под действием очень сильной вибрации; в результате этого субъект вполне может оказаться неспособным выполнять задания, требующие ловкости или умственного напряжения, хотя это вряд ли заметно скажется на показаниях приборов, применяемых обычно для наблюдения за физическим состоянием космонавта.
Для того чтобы ускорить разработку методов, которые могли бы оказаться полезными, исследования в Институте мозга проводились главным образом на кошках и обезьянах, а не на человеке. Но применимость таких методов к людям была подвергнута проверке в интересном исследовании, в котором записывали ЭЭГ у летчиков, выполнявших боевые маневры на реактивных истребителях. При этом были обнаружены индивидуальные различия в степени влияния таких относительно высоких нагрузок на ЭЭГ. Последующий просмотр личных дел летчиков выявил также тесную корреляцию между степенью влияния летных маневров на ЭЭГ испытуемого и числом аварий и аварийных ситуаций, отмеченных у него в прошлом!
Природа электрических волн мозга Существование электрических волн мозга на первый взгляд не кажется неожиданным. Мы знаем, что функция мозга имеет электрическую природу и что в любой момент миллионы, а может быть, и миллиарды его нейронов замыкают и размыкают соответствующие электрофизиологические цепи и посылают токи в различных направлениях. Поскольку все электрические токи производят эффекты, которые можно обнаружить на расстоянии, следует ли удивляться тому, что между металлическими пластинками, плотно прижатыми к различным участкам головы, регистрируются очень малые электрические потенциалы? Однако в действительности нас поражает не самый факт существования этих потенциалов, а скорее та форма электрических волн, которая иногда наблюдается. Конечно, вполне возможно, что типичная форма ЭЭГ при бодрствовании (рис. А) представляет собой суммарный результат миллионов ничтожных токов, идущих в разных направлениях и в разные моменты времени в нейронах, находящихся поблизости от наружного измерительного электрода; такого рода флуктуации электрического напряжения физики и инженеры-связисты называют шумом, который, как известно, является следствием суммирования множества случайных, не связанных друг с другом очень слабых электрических эффектов. Однако форма ЭЭГ на рис. Б - это уже нечто иное. Именно регулярность колебаний потенциала, образующих альфа-ритм, сразу же вызвала интерес к электрическим волнам мозга. Такую регулярность можно объяснить только значительной синхронностью нейронных токов. Это явление выглядит еще внушительнее, если регистрировать ЭЭГ одновременно с помощью нескольких пар электродов, укрепленных на обеих сторонах затылочной области, и сравнивать получаемые записи современным электронным методом взаимно-корреляционного анализа. Такие сравнения показали, что нейронные токи синхронизированы не только на небольших местных участках; оказывается, подобная согласованная синхронизация охватывает существенную часть всего головного мозга!
Так как работа нервной системы в основном состоит в проведении импульсов типа включение-выключение, сначала думали, что альфа-ритм отражает одновременную синхронизированную импульсацию большого числа нейронов. Однако основная масса новых данных говорит в пользу того, что импульсная активность нейронов, вероятно, не играет здесь непосредственной роли. На самом деле альфа-волны, по-видимому, отражают более централизованные потоки электричества в войлокообразной массе дендритов, составляющей характерную особенность серого вещества головного мозга. Полагают, что возникающие при этом дендритные потенциалы обычно не настолько велики, чтобы вызывать типичную импульсную активность нейронов. Однако повышение и понижение дендритных потенциалов, вероятно, соответственно облегчает и затрудняет активацию нейронов при получении ими от других нейронов тех специфических импульсов, которые лежат в основе вычислительных, управляющих и мыслительных процессов. Иными словами, альфа-ритм, по-видимому, отражает прохождение через всю массу нейронов периодической волны сенсибилизации (от лат. sensibilis - чувствительный, в физике - передача энергии возбуждения от одной молекулы к другой). Как полагают, именно в эти периоды высокой чувствительности мозг наиболее восприимчив к сенсорной информации, поступающей с периферии, и легче всего может начать ее переработку, если сенсорный сигнал становится достаточно сильным, чтобы требовать внимания со стороны организма.
Эта интерпретация альфа-ритма заставляет вспомнить о синхронизирующих импульсах, используемых в электронных цифровых вычислительных машинах. Конечный результат в обоих случаях состоит в том, что различные элементы системы сенсибилизируются и получают возможность действовать только в ограниченные, периодически повторяющиеся промежутки времени. Возникает интересный вопрос: удовлетворяет ли частота альфа-ритма требованиям этой гипотезы?
При конструировании электронной вычислительной машины интервал между последовательными синхронизирующими импульсами обычно делают как можно более коротким, чтобы достичь максимальной скорости вычислений. Как можно более короткий интервал - означает время, необходимое для тото, чтобы все компоненты, участвующие в одном шаге вычислительного процесса, могли выполнить соответствующие операции. Для современных быстродействующих электронных переключателей это время обычно измеряется миллионными долями секунды или еще короче. Поскольку в природе мы встречаем так много примеров высокой эффективности, можно было бы ожидать, что интервал альфа-ритма (около 0,1 секунды) соответствует времени, необходимому для того, чтобы нервные импульсы могли пройти нейронную цепь такой длины, какая типична для сложных нервных процессов. В подтверждение подобной догадки действительно можно привести некоторые данные. Прежде всего время, необходимое нейрону для того, чтобы он мог ответить на входной сигнал одиночным импульсом и после этого прийти в состояние готовности к новому импульсу, составляет несколько тысячных секунды; цепь длиной от нескольких десятков до сотни последовательно соединенных нейронов (такие числа по крайней мере кажутся правдоподобными) согласовалась бы с частотой альфа-ритма. Эту линию рассуждений подкрепляют эксперименты, показывающие, что мозгу требуется примерно 0,1 секунды, чтобы сформулировать приказ о простой мышечной реакции после получения сенсорного импульса. Возможно, однако, что более показательны другие эксперименты, которые провел Дж. Барлоу в Массачусетском технологическом институте. В этих экспериментах записывали ЭЭГ у человека, перед глазами которого на короткое время вспыхивал яркий свет. Оказалось, что каждая вспышка вызывает ряд последовательных волн, частота которых почти равна частоте альфа-ритма. Очевидно, внезапный разряд множества нейронов в зрительной коре, вызванный вспышкой яркого света, приводил всю систему в ритмическое колебание. Электротехнику это явление, конечно, знакомо. При внезапном разряде конденсатора в колебательном контуре в этом контуре всегда возникают колебания на его резонансной частоте; затем амплитуда колебаний уменьшается с быстротой, определяемой внутренним сопротивлением, или коэффициентом затухания контура. В экспериментах Барлоу определенная таким способом резонансная частота была очень близка к частоте нормального альфа-ритма каждого испытуемого. Интересно также, что коэффициент затухания был очень высок: за каждой вспышкой света следовало всего лишь 10 - 15 заметных колебаний ЭЭГ.
Однако все это весьма гипотетично. Правда, есть основания думать, что окончательное объяснение альфа-ритма будет все же основано на естественном резонансе какой-то части цепей головного мозга, причем период, соответствующий резонансу, будет близок к времени, необходимому для прохождения импульсов по типичной цепи взаимосвязанных нейронов. Кроме того, довольно убедительными кажутся данные о том, что альфа-ритм действительно указывает на периодическую синхронную сенсибилизацию и десенсибилизацию нейронов. Однако, без сомнения, еще не установлено, что это и в самом деле синхронизирующая импульсация, аналогичная той, которая применяется в электронных вычислительных машинах. Во всяком случае, аналогия не может быть слишком близкой, поскольку при настороженности или сосредоточенном внимании альфа-ритм исчезает, и это, видимо, позволяет предполагать, что при активной работе мозга над сознательной мыслью различные его части уже не действуют синхронно, а каждая из них обособленно выполняет свою собственную задачу. Выражаясь языком техники, в процессах мышления, по-видимому, используются несинхронные методы. Синхронизация же используется как будто только при рассеянном внимании, возможно, для непрерывного сканирования и просмотра всех сенсорных данных с целью выявления недопустимых ситуаций (мониторинг); когда таковые обнаруживаются, они, возможно, тотчас приводят в действие автоматическую систему, реорганизующую внутренние связи головного мозга в схему, лучше приспособленную для - сознательного рассмотрения возникшей задачи.
Эпилепсия Тяжелый эпилептический припадок (grand mal) представляет собой ужасное зрелище. Живое описание его дает Новая стандартная энциклопедия Фанка и Уэгнолса (1937): больной, иногда совершенно неожиданно, издает странный нечленораздельный крик и внезапно падает без чувств, как пораженный молнией. Кожа становится мертвенно-бледной, тело застывает в оцепенении, спина выгнута дугой, черты лица неподвижны; дыхание прекращается. Вскоре цвет кожи меняется, лицо становится синевато-багровым, вены на шее вздуваются и пульсируют, глазные яблоки выпячиваются, в горле слышны булькающие звуки; смерть кажется неминуемой. Но почти тотчас же дыхание возобновляется, и все тело охватывают ритмические конвульсии. Руки и ноги раскинуты в неестественной позе, лицо сведено в страшную гримасу, язык прикушен, челюсти сжаты так, что иногда ломаются зубы -.
Не удивительно, что эта болезнь вызывала суеверный ужас и что в прежние времена, когда даже для лечения обычных заболеваний вместо антибиотиков применялись тайные снадобья и заклинания, эпилепсия считалась особенно подходящим случаем для применения религиозных и мистических процедур. Однако уже в V веке до нашей эры Гиппократ в одном из своих самых известных очерков призывал современников признать, что священная болезнь (так называли тогда эпилепсию и так был озаглавлен очерк Гиппократа) не в большей мере обусловлена прямым вмешательством богов в дела человеческие, чем всякая другая болезнь, что она имеет естественные причины и когда-нибудь, поддастся обычным лечебным воздействиям. Теперь мы полагаем, что Гиппократ был прав, но человечеству понадобилось почти 25 столетий, чтобы прийти к такому пониманию работы человеческого мозга и к таким методам его объективного изучения (включая электроэнцефалографию), которые позволили прочно обосновать утверждения Гиппократа.
В настоящее время известно, что эпилептический припадок описанного выше типа представляет собой лишь крайнюю форму мозгового заболевания, которое может иметь много различных проявлений. В своей наиболее мягкой форме эпилептический приступ может сводиться к кратковременному покалыванию или чувству онемения в какой-нибудь части тела или к тому, что в поле зрения больного появляются вспышки света или слепые пятна. При одной форме эпилепсии у больного бывают просто короткие периоды выпадения сознания несколько раз в день, продолжающиеся всего лишь секунду или около того и незаметные не только для окружающих, но в ряде случаев и для самого больного. Иногда ощущение покалывания или онемения, возникающее в одной части тела, быстро распространяется на соседние участки; в этих частях тела могут затем начаться не контролируемые волей судороги, которые тоже могут распространяться, пока не охватят все или почти все тело и больной не потеряет сознание. Существует даже тяжелая форма болезни, при которой больной полностью сознает все, что с ним происходит, в то время как его мышцы перестают работать, так что он падает и находится в состоянии полной беспомощности до конца приступа.
Особенно интересны некоторые психические проявления этой болезни. Если для многих больных предвестником приближающегося приступа служит то или иное физическое ощущение в определенной части тела, то у других припадку предшествует сильное эмоциональное переживание. Это может быть чувство экстаза или экзальтации. Часто наблюдается непреодолимое чувство deja vu: больному кажется, что все происходящее с ним уже было в прошлом при точно таких же обстоятельствах, какие имеют место сейчас, и что он в состоянии предсказать, что произойдет дальше. Понятно, что эпилептики с мистическим умонастроением легко могли бы усмотреть в экстатической ауре, предшествующей припадку, религиозный смысл и принять сильное чувство deja vu за божественное откровение. Это может произойти еще легче, если болезнь сопровождается также галлюцинациями, или видениями, что нередко бывает перед эпилептическим припадком. Многие эпилептики, вероятно, были честно убеждены в своем божественном вдохновении, откуда и произошло наименование священная болезнь.
Прежде чем исследовать связь эпилепсии с электроэнцефалограммой, сделаем еще одно общее замечание: эпилепсия, по крайней мере выраженная в умеренной степени, по-видимому, вполне совместима с выдающимися интеллектуальными способностями.
Примерами знаменитых людей, страдавших эпилепсией, могут служить Юлий Цезарь, Петр Великий, Магомет и Наполеон Бонапарт, если не говорить о более близких к нашему времени жертвах этой болезни, скажем, о Достоевском, который дал яркие описания экстатических состояний, наступающих иногда у эпилептика перед самым припадком.
(Ф.М. Достоевский: Вы все, здоровые люди, и не подозреваете, что такое счастье, то счастье, которое испытываем мы, эпилептики, за секунду перед припадком. Магомет уверяет в своем Коране, что видел рай и был в нем. Все умные дураки убеждены, что он просто лгун и обманщик! Ан нет! Он не лжет! Он действительно был в раю в припадке падучей, которою страдал, как и я. Не знаю, длится ли это блаженство секунду, или часы, или месяцы, но верьте слову, все радости, которые может дать жизнь, не взял бы я за него!; Ф.М. Достоевский: На несколько минут я испытывал такое счастье, какое невозможно ощутить в обычной жизни, такой восторг, который не понятен никому другому. Я чувствовал себя в полной гармонии с собой и со всем миром, и это чувство было таким сильным и сладким, что за пару секунд такого блаженства я бы отдал десять и более лет своей жизни, а может и всю жизнь; Князь Мышкин (роман Идиот): Он задумался, между прочим о том, что в эпилептическом состоянии его была одна степень, почти перед самым припадком (если только припадок приходил на яву), когда вдруг, среди грусти, душевного мрака, давления, мгновениями как бы воспламенялся его мозг, и с необыкновенным порывом напрягались разом все жизненные силы его. Ощущение жизни, самосознания почти удесятерялось в эти мгновенья, продолжавшиеся, как молния. Ум, сердце озарялись необыкновенным светом; все волнения, все сомнения его, все беспокойства как бы умиротворялись разом, разрешались в какое-то спокойствие, полное ясной гармоничной радости и надежды, полное разума и окончательной причины. Но эти моменты, эти проблески были еще только предчувствием той окончательной секунды (никогда не более секунды), с которой начинался самый припадок. Эта секунда была, конечно, невыносима. Раздумывая об этом мгновении впоследствии, уже в здоровом состоянии, он часто говорил сам себе, что ведь все эти молнии и проблески высшего самоощущения и самопознания, а стало быть и высшего бытия, - не что иное, как болезнь, как нарушение нормального состояния, а если так, то это вовсе не высшее бытие, а, напротив, должно быть причислено к самому низшему. И, однако же, он дошел, наконец, до чрезвычайно парадоксального вывода: Что же в том, что это болезнь, - решил он, наконец, - какое до того дело, что это напряженье ненормальное, если самый результат, если минута ощущения, припоминаемая и рассматриваемая уже в здоровом состоянии, оказывается в высшей степени гармонией, красотой, дает неслыханное и негаданное дотоле чувство полноты, меры, примирения и встревоженного, молитвенного слития с самым высшим синтезом жизни? - Эти туманные выражения казались ему самому очень понятными, хотя еще слишком слабыми. В том же, что это действительно красота и молитва, что это действительно высший синтез жизни, в этом он сомневаться не мог, да и сомнений не мог допустить. Ведь не видения же какие-нибудь ему снились в этот момент, как от гашиша, опиума или вина, унижающие рассудок и искажающие душу, ненормальные и несуществующие? Об этом он здраво мог судить по окончании болезненного состояния. Мгновения эти были именно одним только необыкновенным усилием самосознания, - если бы надо было выразить это состояние одним словом, - самосознания и в то же время самоощущения в высшей степени непосредственного. Если в ту секунду, то есть в самый последний сознательный момент пред приступом, ему случалось успевать ясно и сознательно сказать себе: Да, за этот момент можно отдать всю жизнь!, то, конечно, этот момент сам по себе и стоил всей жизни. Впрочем, за диалектическую часть своего вывода он не стоял: отупение, душевный мрак, идиотизм стояли пред ним ярким последствием этих высочайших минут. Серьезно, разумеется, он не стал бы спорить. В выводе, то есть в его оценке этой минуты, без сомнения, заключалась ошибка, но действительность ощущения все-таки несколько смущала его. Что же, в самом деле, делать с действительностью? Ведь это самое бывало же, ведь он сам же успевал сказать себе в ту самую секунду, что эта секунда, по беспредельному счастию, им вполне ощущаемому, пожалуй, и могла бы стоить всей жизни. В этот момент, - как говорил он однажды Рогожину, в Москве, во время их тамошних сходок, - в этот момент мне как-то становится понятно необычайное слово о том, что времени больше не будет. Вероятно, - прибавил он, улыбаясь, - это та же самая секунда, в которую не успел пролиться опрокинувшийся кувшин с водой эпилептика Магомета, успевшего, однако, в ту самую секунду обозреть все жилища аллаховы).
В чем причина эпилепсии? Электроэнцефалографические исследования дали частичный ответ на этот вопрос. ЭЭГ больного эпилепсией обычно отличается от нормальной. Альфа-ритм в типичных случаях бывает нарушен нерегулярными флуктуациями. Если припадок случайно наступает во время записи ЭЭГ, кривые принимают совершенно необычный вид. Небольшие колебания потенциала с частотой 10 герц сменяются огромными, медленно перекатывающимися волнами, которые в момент наступления самого припадка внезапно переходят в пики столь же большой амплитуды, возникающие несколько раз в секунду. На рис. показано, как могут выглядеть волны ЭЭГ во время эпилептических судорог.
рис.18Современная интерпретация необычных ЭЭГ, сопровождающих эпилептические судороги, связывает первоначальные длинные перекатывающиеся волны с соответственно медленными и высокоамплитудными колебаниями дендритного потенциала в головном мозгу; эти колебания сходны с колебаниями, лежащими в основе альфа-ритма, но крупнее и медленнее. Подобно альфа-волнам, начальные эпилептические потенциалы периодически повышают и понижают порог активации нейронов, но не вызывают их разрядки. Однако эти волны нарастают и в конце концов, во время облегчающей фазы настолько сенсибилизируют нейроны, что последние не выдерживают и разряжаются самопроизвольно. В этот момент волна, как показано на рис., превращается в комплекс высоких пиков.
Хотя в этой интерпретации эпилептических ЭЭГ не все детали установлены с достоверностью, многочисленные исследования на людях и животных привели к заключению, что гигантские пики, столь характерные для эпилептических судорог, отражают спонтанную неконтролируемую активность всех или большинства нейронов значительного участка мозга. Если пораженный участок находится в сенсорной коре, больной может испытывать чувство онемения, покалывания или иные смешанные и неопределенные ощущения, относимые к той части тела, афферентные нервы которой оканчиваются в буйствующем участке мозга. Если разряды происходят в моторных областях, то следствием этого могут быть непроизвольные и не поддающиеся контролю движения соответственных частей тела. Возможно, что при настоящем приступе grand mal неконтролируемая импульсация охватывает почти все нейроны головного мозга, в результате чего все сенсорные и двигательные процессы организма резко колеблются между двумя крайними точками всего диапазона возможных изменений, допускаемых физическим устройством органов тела. Истинное счастье для больного, что подобный приступ всегда сопровождается потерей сознания.
Многое прояснилось в этом заболевании в результате изучения очаговых припадков - эпилептических судорог, обусловленных локальными повреждениями мозга. Последствия войн дали обильный материал для исследований, так как современные высокоскоростные снаряды вызывают самые разнообразные очаговые повреждения мозга. Примерно половина мозговых ранений приводит к той или иной форме эпилептических симптомов, хотя, к счастью, они во многих случаях бывают слабо выражены. Но последнее даже способствует большей специфичности информации, которую может получить исследователь; если бы каждый эпилептический приступ принимал форму grand mal, нельзя было бы установить никакой связи между локализацией мозгового повреждения и той частью тела, в которой в результате этого повреждения возникают необычные ощущения или двигательные реакции.
Результаты этих исследований показывают, что при всяком повреждении какого-либо участка коры в этом участке возникает наклонность к появлению аномального ритма спонтанной активности. Действительно, мозговые травмы, не вызванные пулевым ранением и снаружи незаметные, часто удается выявить и локализовать по необычно заостренным пикам ЭЭГ, отводимой электродами от черепа над поврежденной тканью. Однако наличие такого участка с измененной активностью нейронов не обязательно сказывается на ощущениях или поведении больного. Как мы увидим позже, структура мозга характеризуется большой избыточностью, и значительная часть его ткани может быть разрушена или совсем удалена без какого-либо заметного ущерба для умственных или физических способностей. Несомненно, у многих людей есть участки мозговой ткани, которая, вследствие травмы во время родов или при несчастном случае в детстве, функционирует неполноценно или вовсе не работает. У этих людей может никогда не наблюдаться никаких психических или физических симптомов, говорящих о возможном неблагополучии; однако весьма вероятно, что электроэнцефалография выявила бы аномальный участок со спонтанной активностью нейронов.
Эпилептический припадок наступает только тогда, когда спонтанная, неконтролируемая импульсация по какой-либо причине распространяется с поврежденного участка на окружающую здоровую ткань. Возникновение расстройства связано с тем, что вторгающиеся электрические токи начинают нарушать нормальную работу неповрежденных нейронов, участвующих в поддержании физической и психической деятельности индивидуума, и вовлекают их в стихийные внутри-мозговые беспорядки, заставляя присоединяться к их дефективным соседям и, так же как они, бессмысленно посылать свои токи действия по всем направлениям. Если это вовлечение здоровых нейронов в патологическую активность распространяется лишь на небольшое расстояние от поврежденного участка мозга, приступ бывает легким и симптомы ограничиваются нарушением функций, контролируемых близлежащей нервной тканью. Если же токи, посылаемые в здоровую область неисправными нейронами, достаточно велики и если особенности мозга данного больного обусловливают пониженное сопротивление такого рода вовлечению, то процесс может распространиться на весь мозг, приводя к катастрофическому припадку типа grand mal.
Открытие того, что при эпилептическом приступе функционирует не только поврежденная, но и здоровая ткань, было одним из самых важных результатов изучения очаговой эпилепсии. Возможность того, что нормальная нервная ткань может быть выведена из равновесия под влиянием очага чрезмерной активности, позволяет предполагать, что даже у здорового мозга пределы рабочей стабильности не столь широки. Так оно и оказалось в действительности. Существуют, например, лекарственные вещества, временно повышающие возбудимость нейронов. В достаточно больших дозах такие вещества вызывают эпилептические судороги у любого человека. Существует также интересный электронный метод, позволяющий искусственно вызвать эпилептические судороги; мы уже говорили о том, что внезапное возникновение в зрительной коре сильного импульса тока при вспышке яркого света перед глазами создает в этой области мозга затухающие электрические колебания с частотой, приблизительно равной частоте альфа-ритма. Если вместо одиночной вспышки света использовать периодические вспышки с частотой, близкой к частоте альфа-ритма, то у субъекта с эпилептическими наклонностями начинается подергивание рук и ног, которое он не в состоянии подавить, и если слишком долго продолжать эксперимент, могут возникнуть настоящие судороги. Это наводит на мысль, что у предрасположенного к эпилепсии человека по какой-то причине либо облегчена взаимосвязь различных частей мозговой ткани, электрический резонанс которых порождает альфа-ритм, либо ослаблено сопротивление возникновению этого ритма и его затухание, если он уже возник.
Для оценки потенциальной наклонности к эпилепсии у нормальных людей использовали пробу с синхронными вспышками в сочетании с введением сенсибилизирующих веществ. Когда этот метод применили к группе первоклассных летчиков, давших высокие показатели в ряде сложных психиатрических тестов, обладавших очень быстрыми рефлексами и действовавших весьма умело в ситуациях, требующих быстроты решений и маневров, то оказалось, что по своей нервной чувствительности они поразительно близки к больным эпилепсией! Они были вдвое чувствительнее среднего человека - еще одно интересное указание на то, что необычная нервная чувствительность, ведущая в своей крайней форме к столь трагическим последствиям, в умеренной дозе способствует одаренности и творческим способностям индивидуума.
Изучение эпилепсии и ее причин привело к интересному побочному результату - к созданию метода лечения совершенно неродственных ей форм психических заболеваний. Несколько лет тому назад один швейцарский исследователь, изучая литературу, обратил внимание, что шизофрения - самое распространенное из психических заболеваний - по-видимому, редко встречается у больных эпилепсией. Было также отмечено, что больные шизофренией иногда выздоравливают после самопроизвольного судорожного припадка. Сам собой напрашивался вывод, что в судорожных эпилептических приступах есть что-то такое, что может предотвращать или исправлять мозговую аномалию неизвестной природы, лежащую в основе шизофрении. Хотя проведенных позже статистический анализ случаев, свидетельствующих о наличии отрицательной корреляции между шизофренией и эпилепсией, поставил под сомнение достаточность данных, послуживших основой для первоначального вывода, сам этот вывод оказался верным. В настоящее время многие успехи, достигнутые в лечении психических болезней, связаны с применением судорожной терапии. Хотя судороги можно вызывать и с помощью фармакологических средств, чаще применяют электрический метод. На голове наркотизированного больного укрепляют электроды, и в течение нескольких десятых секунды пропускают ток, который проходит от одного электрода к другому через головной мозг. Это вызывает судорожный приступ, подобный эпилептическому. Во избежание повреждений, возможных при неконтролируемых движениях рук и ног, больному предварительно вводят вещество, расслабляющее мышцы; кроме того, приступ бывает короче типичного припадка grand mal, хотя основной механизм его тот же.). Ряд сеансов такого лечения, повторяемых с промежутками в несколько дней на протяжении нескольких недель, часто возвращает к норме психику больного, который раньше казался неизлечимым.
Было бы преувеличением утверждать, что механизм действия электросудорожной терапии хорошо понят. Не лишено известного правдоподобия следующее объяснение. Причиной психической болезни является образование новых путей мышления, отличных от нормального мышления того же человека и значительно менее правильных. Эти новые пути обусловлены новыми схемами соединений между нейронными цепями головного мозга. Предполагается, что эти новые межнейронные связи, если они использовались недолго, еще слабы и не слишком прочно закреплены. Старые связи все еще существуют и способны функционировать, но в расстроенном мозгу почему-то предпочтительно используются новые цепи. При пропускания через мозг сильного электрического тока вся нервная активность мгновенно нарушается и дезорганизуется. Когда эти токи и вызванные ими судороги прекращаются, прежние нормальные межнейронные связи, благодаря тому что они более стабильны и менее чувствительны к ослабляющему действию интенсивных токов, обнаруживают тенденцию к восстановлению.
Независимо от того, верно ли это объяснение действия электросудорожной терапии, специалисту по вычислительным машинам тотчас же придет в голову интересная аналогия. В некоторых сложных электронных машинах кратковременным созданием подходящих необычных условий можно вызвать своего рода выброс, при котором токи непрерывно распространяются по замкнутым цепям в полном несоответствии с нормальной работой системы. Это можно было бы рассматривать как своего рода шизофрению у вычислительной машины. Ее можно излечить, как и у человека, путем посылки сильного импульса тока через всю систему. После такого импульса обычно оказывается, что вышедшие из-под контроля элементы вновь включились в нормальную работу.
Заключение Прежде чем покинуть область электроэнцефалографии и эпилепсии, удостоверимся еще раз в том, что нам понятен основной смысл приобретенных нами сведений. Исследование ЭЭГ у здоровых людей дает нам дополнительные указания на то, что по крайней мере некоторые свойства процессов, происходящих в мозгу, в значительной мере определяются действием известных законов электрических цепей. Особое значение для наших целей имеет несомненная корреляция между электрической активностью мозга и степенью его реактивности.
В результате применения электроэнцефалографии к изучению эпилепсии был не только впервые пролит свет на эту загадочную болезнь, но и получены дополнительные указания на электрическую природу психических явлений. Теперь ясно, почему существует так много форм эпилепсии с такими различными симптомами. Все зависит от того, какая часть головного мозга поражена. Поскольку все ощущения и моторная активность всех частей тела управляются различными отделами мозга, возможные проявления эпилепсии почти так же разнообразны, как и детали нормального человеческого поведения.
Особый интерес представляют психические проявления этой болезни. Чувства благоговения, вдохновения, экстаза и ощущение ясновидения, иногда охватывающие больного перед припадком, так же как и возникающие в некоторых случаях сложные зрительные ислуховые галлюцинации, составляют первое из приведенных:в нашей книге свидетельств того, что высшие умственные и эмоциональные процессы зависят от таких же нейронных электрических токов, какие управляют нашими мышцами и железами и лежат в основе наших ощущений и рефлексов (с.140-159)
Существенным оказался также характер электрического раздражения. Как уже отмечалось, в нервной системе используется импульсный код и поэтому для раздражения всегда следует применять импульсные токи. Однако это еще оставляет исследователю широкий выбор. Какой должна быть длительность каждого импульса? Каким должен быть интервал между ними? Сколько импульсов нужно применять при однократном раздражении? Должны ли они быть одного знака или следует чередовать положительные и отрицательные импульсы? К несчастью для экспериментатора, ответы на все эти вопросы могут иметь большое значение. Не удивительно, пожалуй, что самым важным параметром электрического раздражения, помимо его силы, является его частота - число импульсов в секунду. Различные небольшие структуры мозга, видимо, реагируют на разные частоты по-разному. Нередко с помощью одного электрода можно вызывать совершенно различные поведенческие реакции, если, поддерживая среднюю силу тока на постоянном уровне, увеличивать частоту импульсов, скажем, от 10 до 50 в секунду. Ввиду неизбежного распространения раздражающего тока на соседние области это явление нельзя истолковывать как разную реакцию определенной группы нейронов на разную частоту раздражения. Напротив, наблюдаемые результаты можно объяснить, исходя из того, что различные группы нейронов имеют неодинаковый порог чувствительности по частоте и избирательно реагируют на раздражающий ток, распространяющийся в ткани поблизости от электрода (с.174)
Д. Вулдридж. Механизмы мозга. М. Мир, 1965. 344с.
одна из первых замеченных странностей альфа-ритма заключалась в отсутствии двух людей с одинаковыми ритмами. Они не совпадают даже у однояйцовых близнецов. Однако у одного и того же лица паттерн альфа-ритма оставался из года в год поразительно постоянным, после того как примерно в четырнадцати годам мозг достигал зрелости. Было замечено, что различия между индивидуумами очень велики. В то время дальше этого не пошли, полагая, что упомянутые различия другого значения не имеют.
Индивидуальность записей ЭЭГ, отпечатков мозга, казалось, была сходна с индивидуальностью отпечатков пальцев, так как допускала простую идентификацию. Это само по себе было физиологической новинкой. Кожа индивидуальна настолько, что отторгает пересаженную кожу другого лица. Однако орган, идентифицируемый по его поведению, не был известен. Но последующие расширенные исследования продемонстрировали более широкие возможности электроэнцефалографии. Когда были впервые продемонстрированы корреляции между некоторыми стадиями ритмической активности и чертами личности, это произвело такое же впечатление, как если бы петли и завитки отпечатков пальцев приобрели смысл. Основные факты, которые в этой связи были установлены с тех пор, сейчас удобно изложить в возрастной хронологической последовательности.
Среди первых публикаций Бергера была статья об отношениях между возрастом и ЭЭГ. Работая оо своим слишком простым оборудованием, Бергер пришел к заключению, что до месячного возраста электрическая мозговая активность любого вида ничтожна и что в течение немногих последующих лет амплитуда и частота колебаний непрерывно возрастают. Его наблюдения были в общем подтверждены. Однако вскоре стало очевидным, что некоторые виды активности обнаруживаются с самого рождения и что усиление электрической активности не asляется простой функцией возраста. Теперь установлено, что некоторые виды активности могут регистрироваться даже до рождения.
Если наложить электроды на живот женщины с восьмимесячной беременностью, при движениях головки плода вблизи места наложения электродов всегда можно зарегистрировать медленные нерегулярные дельта-волны. Иногда дельта-активность прерывается большими и более ритмичными разрядами, напоминающими паттерн волны-пика, обычно связанный с эпилептическими припадками.
Уолтер У.Г. Живой мозг. M: Мир, 1966. с.210
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/U/UOLTER_Grey/_Uolter_G..html
Установлено, что разные формы эпилепсии имеют разные проявления в ЭЭГ. Общим является лишь внезапное появление измененных по частоте колебаний резко увеличенной амплитуды, отличающихся от общего фона. Примеры характерных сдвигов ЭЭГ при разных формах эпилепсии приведены на рис.
рис.121 - серия комплексов волна - пик и 2 - вспышка дельта-волн (в обоих случаях-3 Гц), характерные для малого припадка (разряды типа petit mal); 3 - вспышка волн частотой 6 Гц (типа психомоторного припадка), 4-6 - вспышки волн 10, 14 и 25 Гц
(наблюдаются по всему мозгу при большом припадке - grand mal). Калибровка: 1 с, 100 мкВ.
...Характерными для пароксизмальных ритмов ЭЭГ являются частоты: около 3 Гц при малых припадках (petit mal), около 5 Гц при психомоторных припадках, около 10; 15; 20 Гц при больших припадках (grand mal). Учитывая, что доминирующим нормальным ритмом бодрствования является альфа-ритм, предлагаемая гипотеза хорошо объясняет появление в ЭЭГ разрядов 5-6 Гц при психомоторном припадке (деление альфа-частоты вдвое в соответствии с отношением v = nw/2, n=1 и около 10; 15; 20 Гц при grand mal (n = 2, 3, 4...)...
Деление частоты с одновременным ростом амплитуды колебаний является характерной чертой наблюдаемых в ЭЭГ пароксизмальных ритмов во время генерализованных эпилептических припадков всех типов (petit mal, grand mal, психомоторный автоматизм). Такие явления давно известны в физике и радиотехнике и представляют собой нелинейное параметрическое возбуждение в условиях, близких к параметрическому резонансу (Подчеркнем тот факт, что в отличие от обычного резонанса, при котором частота внешней силы должна быть равна собственной частоте колебаний системы, в случае параметрического резонанса усиления колебаний происходят наиболее эффективно, когда частота изменения того или иного параметра системы вдвое превышает ее собственную частоту колебаний)
С.М. Осовец, Д.А. Гинзбург, В.С. Гурфинкель, Л.Р. Зенков, Л.П. Латаш, В.Б. Малкин, П.В. Мельничук, Е.Б. Пастернак. Электрическая активность мозга: механизмы и интерпретация. УФН 141 с.103-150 (1983)
http://ufn.ru/ru/articles/1983/9/c
Энергия трансмембрального потенциала Из школьного курса физики вы знаете о резонансе в колебательной системе, который возникает в результате воздействия периодической внешней силы, изменяющейся с частотой, равной частоте свободных колебаний системы. Оказывается, наличие такой силы - не единственная возможность возникновения резонансных явлений. Вот наглядный пример. Раскачиваясь на качелях, вы можете значительно увеличить амплитуду их колебаний только благодаря тому, что будете периодически приседать и распрямляться, то есть изменять положение своего центра тяжести.
Из этого примера видно, что причиной резкого возрастания амплитуды колебаний может служить не только периодическая внешняя сила, но и периодическое изменение одного из параметров колебательной системы при условии, что частота этих изменений определенным образом связана с частотой собственных колебаний системы. Такой резонанс называют параметрическим.
Представим колебательный контур, состоящий из конденсатора и катушки, в котором могут происходить свободные электрические колебания. Будем периодически изменять емкость конденсатора. Для этого в момент, когда заряд на конденсаторе максимален, быстро раздвинем его пластины, когда же заряд на пластинах равен нулю, так же быстро вернем их в прежнее положение. Продолжая этот процесс, можно убедиться в том, что амплитуда колебаний в такой системе будет неограниченно возрастать, хотя в контуре и отсутствует внешняя ЭДС. Дело в том, что при раздвигании заряженных пластин мы каждый раз совершаем положительную работу, а сдвигая незаряженные пластины, никакой работы не совершаем вовсе. Легко видеть, что и в этом процессе частота внешнего воздействия вдвое превышает собственную частоту колебаний системы.
А что произойдет, если мы возьмем колебательный контур, в котором изначально отсутствуют явно выраженные колебания, и начнем чисто механически (меняя расстояние между пластинами или их площадь) с частотой, вдвое превышающей собственную, изменять емкость конденсатора? Оказывается, и в этом случае будет происходить процесс нарастания колебаний! Дело в том, что на пластинах конденсатора всегда есть некоторый малый, случайно образовавшийся, заряд. Этот заряд даст начальный толчок быстрому росту колебаний по схеме, описанной выше. На этом принципе устроены генераторы и усилители электромагнитных колебаний, получившие название параметрических машин. Первая параметрическая машина была сконструирована в 1933 году на основе исследований советских физиков - академиков Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси.
Что такое параметрический резонанс? Квант. 1986(9), c.29-30

  


СТАТИСТИКА