Искра жизни. Электричество в теле человека Эшкрофт Фрэнсис

Радость, печаль, страх, гнев, волнение, отчаяние – наши эмоции меняются как погода летом в Англии. Они влияют на наши думы, определяют наши действия и характер. Однако мы не марионетки, которыми управляют эмоции. Мы способны аргументировать, рационально мыслить и действовать, высказывать идеи, которые появляются будто бы ниоткуда. В отличие от средневековых представлений мы не считаем, что в нашем мозге сидит некий фантом, который дергает в нужный момент за ниточки. Это в процессе эволюции наш мозг стал таким, какой он есть, и все, что мы думаем, чувствуем и делаем, является результатом электрических и химических событий, происходящих в нервных клетках. Возможно, не слишком приятно думать, что ваши мысли и чувства определяются потоками химических веществ в головном мозге и вызываемыми ими изменениями характера электрической активности. Но с этим все же придется согласиться, учитывая, что наркотики, гормоны и заболевания, которые влияют на концентрацию нейромедиаторов в головном мозге, оказывают на нас очень сильное действие, изменяя эмоции и поведение.

Небольшое количество алкоголя, например, может сделать нас более общительными, стать причиной иррационального поведения или ввергнуть в меланхолию. Настроение женщин зависит от менструального цикла. Регулярные пробежки могут поднимать тонус настолько, что любители бега начинают нервничать и раздражаться, если им мешают. Аденозин, вводимый в организм для регулирования сердечного ритма, дает своеобразный побочный эффект – кратковременное чувство обреченности, которое настолько сильно, что некоторые воспринимают его как приближение смерти. Болезнь Паркинсона часто сопровождается депрессией. Сифилис сильно меняет характер, это ярко показал пример короля Генриха VIII. Простое стимулирование определенных областей головного мозга может вызвать эйфорию, гнев и даже, как утверждают, душевные переживания. Все человеческие эмоции уходят корнями в электрохимию мозга, и сложнейшие переплетения химических и электрических сигналов управляют каждой нашей мыслью и действием.

В этой, предпоследней главе мы поговорим о том, как нейромедиаторы влияют на наше настроение, память и мысли и как наркотические препараты усиливают или имитируют их действие. Здесь речь пойдет о том, как наш характер зависит от электрической активности мозга, и о том, что происходит во время сна и при наркозе. А еще мы попробуем ответить на вопрос, который веками мучил людей, – что такое сознание и кто я есть?

Какое наслаждение

Стремление к наслаждению заложено в нас природой. Еда, секс, выпивка, физические упражнения – все это рождает чувство наслаждения и заставляет нас искать продолжения. Однако мы стремимся к этому не просто из склонности к гедонизму или примитивному сладострастию – это способ обеспечения условий для выживания нашего биологического вида. Все, что приносит наслаждение, стимулирует «центр удовольствия» головного мозга. Он состоит из нескольких четко локализованных областей мозга, включая прилежащее ядро, миндалевидное тело и вентральную область покрышки, которые связаны вместе группой нервных клеток, известных как медиальный переднемозговой пучок. Дофамин, один из самых важных нейромедиаторов в головном мозге, принимает непосредственное участие в формировании чувства желания и пристрастия. Чувственные наслаждения, такие как секс, любовь и еда, инициируют выброс дофамина в центре удовольствия мозга, который повышает электрическую активность нервных клеток, усиливает чувство наслаждения и заставляет нас съесть еще кусочек шоколада или выпить еще бокал вина, который иногда бывает лишним. Многие фармакологические средства, вызывающие зависимость, повышают концентрацию дофамина в центре удовольствия и, таким образом, приводят к появлению чувства эйфории.

Когда я была еще подростком, мы как-то пошли в кино со школьной подругой и ее родителями. Очередь была огромной, и скоро стало ясно, что мы вряд ли попадем на фильм. «Не расстраивайтесь, – сказала мать моей подруги, – пошли домой и примем кокаинчику». Это было самое невероятное предложение, которое только можно было представить. Ее сын только что приехал из Южной Америки и привез мешочек листьев коки. Перуанские индейцы жевали их на протяжении 8000 лет по той причине, что алкалоиды коки подавляли аппетит и отгоняли сон. На меня, однако, листья коки совершенно не оказали возбуждающего действия – я почувствовали лишь легкое онемение губ и языка, как после визита к зубному врачу. И всё. Дело, возможно, было в том, что я побоялась пробовать больше, чем один листочек, – уже тогда кокаин, который получали из листьев коки, был известен как опасный наркотик, вызывающий зависимость.

Первоначально, однако, кокаин был популярен и даже получал широкое одобрение. Зигмунд Фрейд регулярно принимал кокаин, когда работал над «Толкованием сновидений», поскольку находил, что он вызывает «приятное возбуждение и продолжительную эйфорию» и дает «удивительный стимулирующий эффект», который «позволяет долго и интенсивно работать, умственно и физически, не чувствуя усталости». В XIX в. содержащий кокаин напиток «вино Мариани», предлагавшийся как тонизирующее средство для тела и ума, настолько понравился папе Льву XIII, что он присудил ему специальную золотую медаль и превозносил его достоинства. Листья коки в небольшом количестве входили первоначальный рецепт «Кока-колы» наряду с экстрактом ореха колы (отсюда и название напитка). Способность кокаина снимать усталость использовали даже путешественники. Эрнест Шеклтон и капитан Роберт Скотт брали в Антарктику средство под названием Forced March, представлявшее собой таблетки с кокаином. А во время Первой мировой войны такие таблетки выдавали в некоторых подразделениях британской армии.

Кокаин препятствует удалению из синаптической щели нейромедиатора дофамина, выделяемого в ответ на нервные импульсы. В результате дофамин дольше стимулирует целевые клетки. Амфетамин («спид») действует аналогичным образом. Способность вызывать зависимость у обоих наркотиков связана с тем, что дофамин стимулирует центр удовольствия мозга. Именно поэтому чистый кокаин и вызывает возбуждение и эйфорию, как отмечал Фрейд. Если организм продолжает получать кокаин, то уровень дофамина в мозге остается повышенным, и приятное ощущение не проходит. Когда же действие наркотика прекращается, концентрация дофамина падает ниже нормального уровня, вызывая депрессию, мучительное беспокойство и непреодолимое желание получить новую дозу. Пристрастие, таким образом, это влечение мозга, и все, что чрезмерно стимулирует центр удовольствия, способно вызывать зависимость.

На крючке

Никотин известен как один из наркотиков, вызывающих самую сильную зависимость. Он содержится в листьях табака Nicotiana tabaccum и берет свое название от фамилии жившего в XVI в. искателя приключений Жана Нико, который привез это растение во Францию и, как говорили, рекламировал его в качестве средства от головной боли. В Англию табак был привезен сэром Джоном Хокинсом в 1565 г. и поначалу был встречен с удивлением и неприятием. По одной из историй, возможно, выдуманной, слуга сэра Уолтера Рэли окатил его водой, решив по ошибке, что хозяин горит. Курение табака запрещалось королевскими и папскими буллами. Король Англии Иаков I написал в 1604 г. свое знаменитое «Решительное возражение против табака» (Counterblaste to Tobacco), где он называет курение «привычкой, отвратительной для глаз, омерзительной для носа, губительной для мозга, опасной для легких», а табачный дым сравнивает с «ужасным дымом, выходящим из бездонных глубин ада». Постепенно, однако, курение табака распространилось и стало повсеместным к середине прошлого столетия.

Курение – дорогое удовольствие во всех смыслах. Ежечасно 12 человек в Великобритании умирают от болезней, связанных с курением, а в Соединенных Штатах от этого умирает еще больше людей. На лечение заболеваний, связанных с курением, тратятся миллиарды долларов – более $190 млрд в год только в одних США. Считается, что в конечном итоге половина курильщиков становится жертвами своей привычки, поскольку курение резко повышает риск рака легких (85 % всех случаев заболевания раком легких являются результатом курения), а также сердечных заболеваний, инсульта, эмфиземы и множества других видов рака. Связь между курением и раком легких была установлена сэром Ричардом Доллом в начале 1950-х гг., однако его выводы поначалу встретили значительное сопротивление[36]. Широкие программы по охране здоровья, проводимые в последние 50 лет, сократили употребление табака и привели к снижению уровня заболеваемости раком легких, однако 20 % взрослых продолжают курить. Все знают, что причиной рака является не никотин, содержащийся в сигаретах, а целый букет канцерогенных веществ в составе табачного дыма. Никотин, однако, опасен потому, что он вызывает сильную зависимость и стойкая привычка превращает отказ от курения в непростое дело.

Никотин воздействует на ацетилхолиновые рецепторы в местах сопряжения нервов и скелетных мышц, а также в определенных нервно-нервных синапсах в головном мозге. Присоединение никотина к ацетилхолиновым рецепторам, как и присоединение самого ацетилхолина, открывает ионный канал, который пропускает ионы натрия в нервную клетку и, таким образом, вызывает генерирование электрического импульса. Именно способность активировать определенные нейроны мозга позволяет наркотику действовать как стимулятор и, подобно кофеину, помогать человеку сконцентрироваться, несмотря на усталость. А зависимость он вызывает потому, что стимулирует также нервные клетки в центре удовольствия головного мозга. Заядлые курильщики устраивают перекуры с такой частотой, которая обеспечивает поддержание постоянной концентрации никотина в крови и мозге и, таким образом, постоянного уровня возбуждения нейронов. Тем людям, у которых в силу генетических особенностей понижен уровень фермента печени, разрушающего никотин, и наркотик медленнее выводится из крови, требуется меньше сигарет для получения такого эффекта.

Люби, люби меня[37]

«Скажи мне, где любви начало? Ум, сердце ль жизнь ей даровало?»[38] – спрашивает Шекспир в «Венецианском купце». Романтическая любовь давно притягивает внимание писателей, художников и драматургов, однако что заставляет нас влюбляться? Желание найти идеальную пару и не оставлять ее до конца жизни или прелесть свежего лица, пленяющая нас на время, пока не встретится другое? Снедаемые любовью нередко хотят просто-напросто, чтобы предмет обожания ответил взаимностью. Именно на это нацелены заклинания и приворотные зелья, а возможно, даже наши предпочтения в косметике, духах и одежде. В шекспировском «Сне в летнюю ночь» любовное зелье, приготовленное из сока фиалки трехцветной (анютиных глазок), как известно, вызывает неразбериху. Его капают на веки спящей Титании и заставляют ее влюбиться в первое существо, которое она видит, когда просыпается. Предметом любви оказывается ткач Основа, самое непривлекательное создание на свете – человек с ослиной головой. Идея волшебного любовного зелья может, конечно, вызвать улыбку, но последние исследования показывают, что любовь и в самом деле не более чем химический феномен.

Наше понимание химии привлекательности началось довольно неожиданно – с ничем не примечательного мелкого грызуна, степной полевки. Степные полевки моногамны и привязываются друг к другу на всю жизнь. В отличие от них, их сородичи, горные полевки, очень неразборчивы в связях и предпочитают не обременять себя длительными отношениями. Разница в их поведении, похоже, связана с двумя специфическими химическими веществами, окситоцином и вазопрессином, которые выделяются в мозге во время спаривания. Окситоцин принципиально важен для создания прочной пары, и его впрыскивание в прилежащее ядро обеспечивает пожизненную привязанность, даже если у пары нет секса. Когда действие окситоцина блокируется, степные полевки ограничиваются лишь мимолетными связями. Впрыскивание окситоцина горным полевкам, однако, не изменяет их поведения из-за того, что у них отсутствуют рецепторы окситоцина в центре удовольствия головного мозга. Окситоцин вызывает выделение дофамина, и партнеры, как предполагается, живут в согласии, получая взаимное удовольствие. Вазопрессин не менее важен для формирования пары, особенно в случае самцов. Он, помимо этого, провоцирует агрессивное поведение у самцов полевок в отношении соперников во время ухаживания и при защите гнезда. С вазопрессином связано и агрессивное поведение у людей.

Конечно, вряд ли можно напрямую переносить принципы поведения полевок на людей, у которых и мозг, и социальные взаимоотношения несравненно сложнее. Тем не менее окситоцин также очень важен для формирования устойчивых связей у людей. Он выделяется во время секса и кормления грудью и может способствовать укреплению привязанности влюбленных, а также матери и ребенка. Он, помимо прочего, углубляет доверие между людьми – очень важный компонент любовных отношений. Дофамин, этот властитель наслаждений и пристрастий, тоже занимает важное место в романтической любви. При исследовании активности мозга студентов, утверждавших, что они безумно влюблены, у них обнаруживались области с высоким содержанием дофамина, когда им демонстрировали фотографии возлюбленных. Это и есть ответ на вопрос Шекспира о том, где начинается любовь, и у нас, в самом прямом смысле, может развиваться наркотическая зависимость от предмета обожания.

Гормон (не)счастья

Итак, наслаждение – это результат деятельности мозга, но то же самое можно сказать и о страдании. Печаль – очень распространенное явление, как выразился Уильям Блейк, «и каждое чело, что я встречаю, несет печать беды, печать печали». Нередко встречается и ее более суровая сестра – клиническая депрессия. По оценкам, на том или ином этапе жизни почти 10 % людей страдают, по словам Уинстона Черчилля, от «тоски зеленой». У некоторых людей она бывает настолько сильной, что полностью выбивает их из седла.

Счастье и отчаяние – это два лица нейромедиатора серотонина. Серотонин вырабатывается нейронами ядер шва головного мозга, отростки которых разветвляются по всему мозгу. В число их мишеней входят прилежащее ядро и вентральная область покрышки, т. е. части центра удовольствия мозга. Поскольку серотонин выделяется во многих областях мозга и взаимодействует как минимум с 14 видами рецепторов, он оказывает влияние на многие типы поведения, однако его самая важная роль – это управление настроением. При повышенном уровне серотонина наблюдается чувство оптимизма, удовлетворенности и душевного равновесия. Когда его слишком мало, мы впадаем в отчаяние, депрессию, тоску, апатию и ощущаем собственную неполноценность. Один из способов повышения уровня серотонина – энергичные физические упражнения. Именно поэтому быстрая ходьба или игра в сквош (если, конечно, вы способны оторвать зад от дивана) помогают развеяться. Современные антидепрессанты, такие как прозак (флуоксетин), тоже повышают концентрацию серотонина. Они препятствуют удалению серотонина из синаптических щелей и таким образом продлевают стимулирование соответствующих рецепторов.

Самым печально известным наркотиком, взаимодействующим с серотониновыми рецепторами, является, пожалуй, ЛСД. Его необычайно сильный эффект на восприятие окружающего поэтически описывается в песне «Lucy in the Sky with Diamonds» группы The Beatles. Однако далеко не все наркотические «путешествия» являются приятными. В научно-фантастическом телевизионном сериале «Доктор Кто» (Dr Who) Повелитель Времени «перерождается» каждые несколько лет, что позволяет исполнять эту роль разным актерам. В сценарии, хранящемся в архиве компании BBC, есть разъяснение для продюсеров, где указывается, что процесс перерождения – это нечто страшное, «словно он принял дозу ЛСД, но вместо кайфа попал в преисподнюю и испытал запредельный ужас».

ЛСД – галлюциногенное вещество, производное природного соединения, эрготамина, которое встречается в темно-пурпурных плодовых телах паразитического гриба спорыньи, Claviceps purpurea. В Средние века спорынья часто поражала рожь, и хлеб из зараженного зерна приводил к вспышкам эрготизма, отравления эрготамином. Бывали случаи, когда эпидемия отравлений охватывала целые города. В 1930 г. было выделено действующее вещество спорыньи, а впоследствии швейцарский химик Альберт Хофманн синтезировал его производное – диэтиламид лизергиновой кислоты (lysergic acid diethylamide – LSD), или ЛСД-25 для краткости. Хотя Хофманн забросил исследования этого вещества на целых пять лет, он хорошо помнил, что подопытные животные очень возбуждались после его введения. В 1943 г., решив более тщательно изучить препарат, Хофманн вновь синтезировал его. Несмотря на все предосторожности (Хофманн знал, что спорынья очень токсична), на последнем этапе получения вещества он испытал череду необычных ощущений, включая «бесконечный поток фантастических картин, необычайных форм с интенсивной, быстро меняющейся игрой красок».

Полагая, что такой эффект дало синтезированное вещество, Хофманн по освященной временем традиции ученых-фармакологов попробовал три дня спустя действие крошечного количества препарата на себе. Эффект оказался сногсшибательным. В записной книжке ученого осталась запись: «Все вокруг изменилось самым невероятным образом. Комната стала вращаться, а знакомые вещи и мебель приняли гротескные, чудовищные формы. Они непрерывно двигались, видоизменялись, словно под влиянием какой-то внутренней неугомонности. Моя соседка, которую трудно было узнать, принесла мне молока – за вечер я выпил его более двух литров. Это была уже не г-жа Р., а злобная, коварная ведьма с разноцветной маской на лице». Состояние Хофманна явно было не из приятных, он отметил: «В меня вселились демоны, они завладели моим телом, моим разумом и душой». Хофманна охватил страх, ему стало казаться, что он вот-вот умрет, его жена и трое детей останутся без средств к существованию, а перспективное исследование не будет завершено. Постепенно, однако, ужасы отступили, а на смену им пришли фантасмагорические картины «из кругов и спиралей, взрывающихся цветными фонтанами, перестраивающихся и преобразующихся непрерывным потоком», звуки, которые превращались в зрительные образы, и ощущение новой жизни.

ЛСД – один из самых известных галлюциногенов. Он оказывает необычайно сильное воздействие на слуховое и зрительное восприятие, рождает сверкающий мир, в котором цвета, яркость образов и звуки усиливаются, предметы приобретают необычные формы, а стены начинают «дышать». Однако его эффекты изменением восприятия и галлюцинациями не заканчиваются. Он трансформирует чувство времени, эмоции и самосознание. Некоторые из тех, кто попробовал его, утверждают даже, что он расширяет сознание (хотя и трудно сказать, что они имеют в виду), приносит одухотворенность и озарение. Но если спуститься с этих высот на землю, то все сводится к изменению электрической активности мозга. «Волшебные» эффекты ЛСД и других галлюциногенов связаны с тем, что они очень прочно присоединяются к определенной подгруппе серотониновых рецепторов в синапсах мозга, к так называемым 5HT-2A-рецепторам. Почему ЛСД вызывает сильные галлюцинации, а серотонин нет, хотя они присоединяются к одним и тем же рецепторам, в точности не знает никто, однако одной из причин может быть то, что они, похоже, активируют разные сигнальные пути в клетках-мишенях.

Искусство запоминания

Наше понимание физиологической основы эмоций, за исключением наслаждения и отчаяния, в числе которых гнев, смущение, зависть, печаль, отвращение, чувство вины и удивление, далеко от полной ясности. Общепризнанно, однако, что наша эмоциональная реакция на ту или иную ситуацию сильно зависит от прошлого опыта. Память играет ключевую роль в определении того, что мы чувствуем, а сохранение воспоминаний, связанных с эмоциями, происходит в миндалевидном теле, двух миндалевидных областях мозга, которые расположены в задней части головы. В миндалевидном теле также сохраняется память о вознаграждении и страхе.

Память и все, что с нею связано, – развитие памяти, процесс запоминания, накопление воспоминаний и процесс обращения к ним – озадачивали и интриговали людей на протяжении столетий. До появления дешевой бумаги и компьютеров память имела особое значение. Искусство запоминания было развито у древних греков и римлян, учитывая, что адвокатам и политикам приходилось говорить часами без каких-либо записей. Не случайно методы запоминания обсуждались ими очень широко. Квинтилиан рассказывает, как поэт Симонид представлял победную оду хозяину грандиозного пира в Фессалии, чемпиону по боксу. По традиции большая часть его панегирика была посвящена прославлению богов-близнецов Кастора и Поллукса. Хозяин, которому надоело слушать восхваления богов, отказался выплатить Симониду всю согласованную ранее цену, заметив, что Кастору и Поллуксу следовало бы уделять поменьше внимания. Чуть позже Симониду сказали, что на улице его ожидают два молодых человека, у которых к нему срочное дело. Не успел Симонид покинуть здание, как оно рухнуло, похоронив всех, кто в нем находился. Молодые люди, которые вызвали Симонида и спасли ему жизнь, исчезли – как считается, это были Кастор и Поллукс. Главное в этой истории вовсе не утверждение моральной обязанности полностью платить по долгам, как можно было бы подумать, а то, что Симонид сделал впоследствии. Тела погибших оказались настолько обезображенными, что их невозможно было опознать. Симонид, однако, запомнил точное расположение всех, кто принимал участие в пире, и указал их имена. Ему открылось «искусство запоминания».

Ссылаясь на эту историю, Квинтилиан говорит, что при заучивании длинного текста его нужно разбить на небольшие части. Затем следует представить себе знакомое место, например свой дом, и поместить части текста в разные комнаты. Теперь, чтобы вспомнить текст, нужно просто пройти по воображаемому дому, комнату за комнатой, восстанавливая попутно запомненный текст. Привязка к месту и постоянное повторение до сих пор остаются лучшими методами запоминания чего-либо и нередко используются людьми с феноменальной памятью.

Память о прошлом

Как и в какой именно части мозга сохраняются воспоминания, остается загадкой. Тот факт, что стимулирование определенных участков головного мозга может вызывать яркие воспоминания – знакомый запах, обрывок песни и даже полную картину события со всеми его переживаниями, – говорит о том, что по крайней мере некоторые воспоминания привязаны к конкретным областям мозга. Люди, страдающие зрительной агнозией, могут терять способность распознавать определенные объекты, несмотря на то, что их органы чувств и память функционируют нормально. Как отмечает Оливер Сакс в своей книге «Человек, который принял жену за шляпу» (The Man Who Mistook His Wife for a Hat), они могут описать, как выглядит перчатка, но не узнают ее, когда видят и не знают, зачем она нужна. Они также могут не узнавать какого-то человека, хотя других узнают, или спутать жену со шляпой. Все это свидетельствует о том, что разные типы информации могут обрабатываться и храниться в разных частях мозга.

Существует также разница между кратковременной и долговременной памятью. Первой мы пользуемся, когда запоминаем какое-нибудь число на несколько минут или план возможных комбинаций в шахматах, прежде чем сделать ход. Кратковременная (или оперативная) память связана, по всей видимости, с работой частей коры головного мозга, в частности лобных долей. Долговременная память позволяет нам вспоминать события детства. Тот факт, что большинство людей не помнят многое из произошедшего до того, как им исполнилось три года, свидетельствует о том, что до этого возраста долговременная память сформирована не полностью. В настоящее время ведутся активные исследования, направленные на то, чтобы понять, как происходит отбор информации из оперативной памяти для долговременного запоминания, как, где и в какой форме она откладывается и, наконец, как эта информация извлекается из памяти.

Одна из областей мозга, имеющих ключевое значение для запоминания, называется гиппокамп из-за сходства по форме с морским коньком, Hippocampus. В нашем мозге их два – по одному с каждой стороны. Их роль была открыта по счастливой случайности при лечении Генри Густава Молисона, больше известного в научных кругах как HM. В детском возрасте HM страдал от неустранимой эпилепсии. В попытке избавить его от припадков в 27-летнем возрасте ему удалили большую часть гиппокампа с обеих сторон мозга. Последствия операции оказались катастрофическими для HM (но золотой жилой для науки), поскольку он потерял способность запоминать что-либо и лишился в определенной мере старых воспоминаний. HM был обречен жить в прошлом. Тем не менее он мог выполнять задания, требовавшие кратковременной памяти, что ясно продемонстрировало различия кратковременной и долговременной памяти. Его способности осваивать новые двигательные навыки тоже не пострадали. HM научился хорошо играть в настольный теннис, хотя помнил, что никогда не играл в него прежде. Он был мягким, терпеливым и скромным человеком, которого работавшие с ним исследователи считали членом своей семьи, несмотря на то, что HM никогда не узнавал их, даже если они возвращались всего через несколько минут после ухода.

Гиппокамп особенно важен для пространственной памяти – нашей способности узнавать места. Водители такси, которым приходится запоминать улицы Лондона, информацию, называемую в разговоре «знанием», имеют более крупный гиппокамп, чем все остальные. Томограммы головного мозга показывают, что гиппокамп активизируется, когда они планируют маршрут, т. е. просто думают, как проехать от Паддингтона до Букингемского дворца. Удивительно, но, когда они прекращают регулярное использование «знания», их гиппокамп возвращается к нормальному размеру. Поговорка «Пользуйся, если не хочешь потерять» как нельзя лучше подходит и для мозга, и для мышц.

Оказывается, мы создаем в голове пространственную карту окружающей обстановки, и это обнаруживается даже на уровне отдельных нейронов гиппокампа. Нервные клетки, которые называют «пространственными», усиливают активность только тогда, когда животное находится в определенном месте пространства. Когда крыса бежит вдоль коридора, например, некоторые клетки сильно активизируются, но стоит ей попасть в место, не соответствующее их «пространственному полю», и активность этих клеток падает. Множество нейронов, каждый из которых имеет свое пространственное поле, формируют «электрическую карту» всего окружающего пространства. При попадании в новое пространство в течение нескольких минут в мозге складывается ее карта, и если животное возвращается в это пространство через несколько дней, то те же нервные клетки возбуждаются в тех же местах. Эта пространственная карта, возможно, является элементом пространственной памяти.

Хотя гиппокамп и имеет принципиальную важность для формирования долговременной памяти, большинство воспоминаний хранятся не в нем. В запоминании, по-видимому, участвуют и многие другие части мозга. Представьте, что вы слушаете оперу, например, «Волшебную флейту». Ваши глаза видят Царицу ночи в экзотическом платье, уши воспринимают исполняемую ею арию. Эти образы поступают соответственно в зрительную и слуховую кору головного мозга, где они интерпретируются, связываются и складываются в единую картину. Информация затем идет в гиппокамп, где принимается решение о том, направлять ли ее в долговременную память. Чтобы информация отложилась в памяти, мозг направляет ее назад в соответствующие области коры, где она остается в виде новых синапсов или усиления существующих связей. Информация, таким образом, циркулирует в мозге. Ни одна ее частица не попадает в память непосредственно от глаз, для запоминания нужна сложная цепь связанных с преобразованием информации событий, которые происходят во множестве областей мозга.

Гиппокамп жестко связывает чувственные образы и впечатления, позволяя «воспроизвести» картину из памяти. Повреждение этой части мозга влияет на нашу способность запоминать новую информацию. В запоминании, однако, участвует не только гиппокамп. Миндалевидное тело также играет определенную роль в закреплении воспоминания. Сможем ли мы вспомнить событие, зависит от того, насколько оно интересно нам, и от сопутствующих эмоциональных ассоциаций. Именно по этой причине большинство из нас хорошо помнят такие события, как рождение ребенка и сообщение о взрыве башен-близнецов, и быстро забывают произошедшее во время обеда в прошлый вторник.

Технические навыки хранятся в памяти отдельно и не анализируются гиппокампом. Мы помним, как ездить на велосипеде, даже если не катались на нем много лет. Этот навык запоминается в мозжечке и в двигательной области коры головного мозга. Именно поэтому люди могут играть на музыкальных инструментах, несмотря на потерю значительной части воспоминаний о местах и событиях, именно поэтому HM хорошо играл в настольный теннис.

Память соткана из этого

Формирование воспоминаний, по всей видимости, связано с изменением физической структуры мозга. Если его когда-то считали неподвижной структурой, то сейчас ясно, что это не так – мозг обладает невероятной способностью адаптироваться. Каждый день в нем возникают новые связи между нервными клетками, а существующие связи укрепляются или исчезают. Этот процесс, называемый синаптической пластичностью, является физической основой обучения и запоминания.

Нитевидные отростки – дендриты – нервных клеток в мозге покрыты тончайшими выростами с шарообразными окончаниями, которые называют шипиками. На отдельно взятом дендрите их количество может исчисляться тысячами. Дендритные шипики являются местами, где образуются синаптические соединения, и именно здесь закрепляются воспоминания. По мере того как мы узнаем новое и запоминаем новую информацию, появляются новые шипики, а существующие шипики изменяют форму или исчезают. С увеличением их размера и числа укрепляется определенный нейронный проводящий путь. Укрепление нередко происходит, когда одновременно активируются несколько соединений между нейронами, и, как выражаются нейрофизиологи, «клетки, которые возбуждаются вместе, привязываются друг к другу». Этот процесс протекает очень быстро. Эксперименты на мышах показали, что обучение нажимать на кнопку для получения пищи связано с резким увеличением числа новых синапсов в течение всего одного часа. Удивительным в этих экспериментах оказалось то, что новые шипики долго не исчезали после прекращения обучения, однако общее количество шипиков постепенно возвращалось к уровню, существовавшему до обучения, в результате исчезновения старых шипиков. Возможно, мозг может поддерживать только определенное количество соединений и освоение нового способно снижать нашу способность помнить старые события. Центральным элементом запоминания являются ионные каналы, поскольку для сохранения существующих синапсов и появления новых необходимы различные виды каналов глутаматных рецепторов. При отсутствии таких или при нарушении их функционирования наша способность запоминать уменьшается.

С возрастом способность помнить о прошлых событиях теряется. Почти фотографическая память, которая была у меня в детстве, давным-давно пропала, и вспомнить имена и лица мне сейчас намного труднее. Но это совершенная ерунда по сравнению с поражением памяти в результате болезни Альцгеймера, которой в Великобритании страдают примерно полмиллиона человек. Это самый страшный недуг, поскольку он крадет душу. Поначалу кажется, что у больного лишь небольшая забывчивость, но со временем он забывает всех друзей и родственников, становится дезориентированным, отстраненным и подавленным.

Болезнь Альцгеймера приводит к потере нейронов и синаптических связей в коре головного мозга и в конечном итоге к уменьшению размера мозга. Внутри нервных клеток появляются клубки так называемого тау-белка, а в пространстве между нервными клетками формируются плотные амилоидные бляшки. Являются ли они причиной или следствием гибели клеток, неизвестно. Электрическая активность мозга явно нарушается, но происходит ли это в результате потери нервных клеток и заметного сокращения числа дендритных шипиков или в результате ухудшения коммуникации между нервными клетками, неясно. В соответствии с одним из предположений болезнь вызывает сокращение количества ацетилхолина в определенных областях мозга, и поэтому больным в настоящее время назначают препараты, блокирующие разрушение этого нейромедиатора. Это, однако, не дает значительного эффекта, а просто замедляет развитие болезни. Средств, позволяющих остановить ее прогрессирование или устранить последствия, не существует. В отсутствие эффективных лекарств болезнь Альцгеймера остается трагедией как для больных, так и для их близких.

О природе поведения

Получение представлений о том, как именно мозг управляет поведением, задача очень непростая. Один из подходов предполагает выделение вклада отдельных нейронов. Опубликованная не так давно новаторская работа профессора Геро Мизенбока из Оксфордского университета фактически открыла новый раздел нейрофизиологии – оптогенетику, позволив включать (или выключать) по желанию конкретную группу нервных клеток без воздействия на активность соседних нейронов. При таком подходе появляется возможность управлять поведением животного с помощью простого включения света. Этот метод основан на использовании ионных каналов, которые действуют как активируемые светом молекулярные выключатели. Он предполагает их встраивание в группы нервных клеток, где они находятся в закрытом состоянии, не оказывая никакого влияния на электрическую активность клеток до тех пор, пока исследователь не откроет их с помощью интенсивного импульса лазерного излучения с определенной длиной волны. Один из таких активируемых светом ионных каналов, так называемый канальный родопсин, получают из зеленых водорослей. Простое включение лазерного излучения открывает канал, обеспечивая приток положительно заряженных ионов, которые стимулируют активность клетки. Возможность точно регулировать длительность облучения и момент включения лазера позволяет вызывать активность отдельных нервных клеток и изучать, как характер их активности влияет на поведение. Аналогичным образом можно подавлять электрическую активность нервной клетки с помощью светочувствительного ионного канала, который в открытом состоянии удерживает на мембране клетки потенциал покоя.

Для привлечения партнерши самец плодовой мушки издает особый звук, брачную песню, с помощью быстро вибрирующих крыльев. Мизенбока заинтересовал тот факт, что, несмотря на практически одинаковую организацию мозга самцов и самок мушек, ведут они себя по-разному. Его исследовательская группа обнаружила, что при включении определенной группы нейронов с помощью светового импульса можно заставить самок исполнять брачную песню самцов. Все выглядит так, словно у плодовых мушек «бесполый» мозг, который воспроизводит разные модели поведения – мужскую или женскую – в зависимости от состояния центрального нейронного выключателя. Если стимулировать соответствующие нервные клетки, то мушку можно даже «научить» тому, что она никогда не знала. Но если управлять поведением плодовых мушек сравнительно просто, то о млекопитающих этого сказать нельзя, поскольку лазерный луч не проникает сквозь череп и световой импульс приходится передавать через волоконно-оптический кабель, имплантированный в мозг. Тем не менее было доказано, что таким образом можно управлять и поведением мыши. Оптогенетика – очень перспективное направление, обещающее пролить свет на то, как мозг управляет поведением.

Другие формы социального поведения имеют такую же прочную связь с мозгом, как и брачные песни и танцы плодовых мушек. Кроме того, пережитый опыт физически видоизменяет мозг, что объясняет, почему однояйцевые близнецы, несмотря на совершенно одинаковую генетическую конституцию, являются разными людьми. Это чудесно иллюстрирует стайная иерархия у лангустов. В случае опасности лангуст делает резкое движение хвостом, которое катапультирует его назад. Когда два лангуста находятся в одном аквариуме, один из них быстро занимает доминирующее положение, а другой – подчиненное, и это сопровождается заметным различием в электрической реакции гигантских нервных волокон, управляющих сокращением хвоста, и фактически в эффекте, который нейромедиатор серотонин оказывает на эти волокна. При удалении доминантной особи из аквариума подчиненная особь приобретает доминирующую электрическую реакцию, изменяя характер воздействия серотонина на нервные клетки. Любопытно, что лангуст, побывавший в положении альфа-особи, больше не возвращается к предыдущему состоянию. Хотя он может опять стать подчиненным при появлении в аквариуме более агрессивной особи и проиграть в схватке с нею, «доминантный» эффект серотонина не исчезает. В своеобразном неврологическом отрицании его мозг навсегда остается доминантным. В телевизионных реалити-шоу, связанных с игрой в различных персонажей эдвардианского общества, участники очень быстро занимают роли господ и слуг. Хотелось бы знать, в какой мере такие ролевые игры физически изменяют их мозг.

«Заснуть и, может быть, увидеть сон»[39]

Отход ко сну – настолько обыденное явление, что мы редко задумываемся о нем. Каждый вечер, засыпая, мы отключаем сознание, расслабляемся и перестаем реагировать на мягкие раздражители. Сон связан с характерным изменением электрической активности нашего мозга, однако это не простое глобальное подавление функционирования нервных клеток, а высокоорганизованный феномен. Хотя обычно сон представляется нам как единообразное состояние, на самом деле в нем выделяются две четко различимых фазы: фаза быстрого сна с быстрым движением глаз и фаза медленного сна с медленным движением глаз. На протяжении всей ночи периоды быстрого сна чередуются с периодами медленного сна. Каждый цикл длится примерно 90 минут, и человек проходит через них за ночь четыре-пять раз. В совокупности около 25 % времени, которое мы проводим во сне, т. е. от полутора до двух часов за ночь, приходится на фазу быстрого сна, продолжительность которой увеличивается с каждым циклом по мере приближения утра.

Засыпая, человек сначала входит в состояние дремы – промежуточное состояние между сном и бодрствованием. Пребывание в этой сумеречной зоне продолжается всего несколько минут, после чего наступает фаза медленного сна. В это время ЭЭГ изменяется, отражая прохождение через различные стадии неглубокого сна, пока на ней не появятся медленные, плавные низкочастотные волны, соответствующие глубокому сну. Мышцы при этом расслабляются, а способность реагировать на внешние раздражители снижается. Активность многих областей мозга, особенно коры, падает, и спящего становится трудно разбудить.

Как ни удивительно, но после примерно часового пребывания в глубоком сне наше состояние резко изменяется. Хотя тело по-прежнему остается в глубоком сне, мозг, похоже, просыпается, и на ЭЭГ начинается буйство быстрых низковольтных высокочастотных волн. Многие области мозга активируются, а особенно высокой становится активность областей, связанных с эмоциями, таких как миндалевидное тело. Это время интенсивных сновидений, и если вы проснетесь в этот момент, то, скорее всего, сможете вспомнить их. Мышцы остаются парализованными под действием тормозящих сигналов, посылаемых стволом мозга, иначе мы могли бы нанести себе вред, действуя под влиянием сновидений. Активность сохраняют (к нашему счастью) только дыхательные мышцы и мышцы глаз, которые связаны непосредственно с головным мозгом и, таким образом, избегают тормозящего воздействия ствола мозга. Возникает шквал быстрых движений глаз, именно поэтому этот период называют фазой быстрого сна. При повреждении мозга и утрате способности тормозить движения мышц во время сна люди, бывает, встают с кровати и ходят во сне. Иногда их приходится физически удерживать, чтобы они не нанесли вред себе или тому, с кем они спят. Когда человек выходит из фазы быстрого сна, контроль над мышцами автоматически восстанавливается. Изредка у людей это происходит не сразу, и они могут чувствовать себя временно парализованными – очень неприятное ощущение.

В фазе быстрого сна наши органы чувств также отключаются от мозга, и мы оказываемся отрезанными от мира. Информация от органов чувств поступает в кору головного мозга через так называемый таламус, но во время сна этот проводящий путь практически перекрывается и мало что пропускает. Мы словно отделены стеной от мира, изолированы от чувственной информации и не можем управлять мышцами, но наш мозг работает на повышенной передаче. Это как в автомобиле – двигатель раскручен на полную, но движения нет, поскольку не включена передача. Сон, таким образом, представляет собой динамическую активность. Мозг не выключается, а перестраивает свою активность.

В жизни каждого случаются моменты, когда вдруг хочется спать посреди дня. Нередко такое бывает в результате перелета в другой часовой пояс, но у некоторых людей чрезмерная сонливость превращается в проблему. Взять хотя бы Клэр, которая неожиданно засыпает в совершенно неподходящие моменты и ничего не может поделать с этим. Как-то раз она так сильно смеялась над шуткой своей подруги, что у нее подогнулись колени и она грохнулась на пол. Да что там говорить, любое чрезмерное волнение или сильное переживание приводит к такой потере мышечного тонуса, что она становится безвольной и падает. Клэр страдает хроническим расстройством сна, называемым нарколепсией, характерным признаком которого является чрезмерная дневная сонливость, несмотря на совершенно адекватный сон в ночное время. Утрата мышечного тонуса, которую называют катаплексией, возникает в результате того, что тормозящие пути, не дающие нам двигаться во время сна, включаются некстати во время бодрствования или в самом начале цикла сна.

Группа ученых под руководством Эммануэля Миньо исследовала наследственную черту собак породы доберман-пинчер, у которых наблюдалась та же патология, что и у Клэр. Учуяв лакомство, одна из этих собак радостно подбегала, хватала несколько кусков, но через несколько секунд настолько возбуждалась, что лапы переставали держать ее, и она падала. Эта патология является наследственной, и в процессе поиска гена, ответственного за нее, ученые обнаружили вещество орексин (или гипокретин), которое не дает нам уснуть. Оно вырабатывается в небольшой области гипоталамуса и стимулирует электрическую активность других областей мозга. Если у человека не вырабатываются орексины или недостаточно орексиновых рецепторов (как в случае доберманов-пинчеров), то он непроизвольно засыпает в самые неподходящие моменты.

Сон – неотъемлемая часть жизни. Спят все живые существа, даже насекомые и рыбы, и если нам для сна требуется в среднем восемь часов, то некоторые создания спят намного дольше. Чемпионом в этом деле является двупалый ленивец, который спит целых 20 часов в сутки. Морские млекопитающие могут утонуть, если заснут под водой, поэтому во время отдыха у них одна часть мозга продолжает бодрствовать, пока другая крепко спит. Это же происходит у многих птиц, которые, хотя и спят ночью, нередко держат один глаз открытым, чтобы не прозевать приближающегося хищника.

Почему именно мы спим, остается загадкой, хотя факты и говорят, что сон важен для переноса информации в долговременную память. Вы, без сомнения, знаете по опыту, что, если хорошо не выспаться, способность запоминать снижается. Удивительно, но даже короткий сон днем помогает выучить новое задание. По одной из гипотез во время формирования долговременной памяти, усвоения и организации новых знаний важно, чтобы новая информация не приводила к путанице. При отключении от внешнего мира воспоминания легче воспроизводятся, закрепляются, откладываются или отбрасываются. В какой-то мере это подтверждается тем, что во время сна «пространственные клетки» гиппокампа согласованно генерируют импульсы, а это указывает на воспроизведение пространственной карты, которая формируется в мозге, когда животное попадает в незнакомое место. Мозг словно вспоминает произошедшее, хотя и непонятно, с чем связано это воспроизведение – с формированием долговременной памяти или с переносом воспоминаний из гиппокампа в другие области мозга.

Так или иначе, каким бы ни было действительное предназначение сна, он для нас жизненно необходим, ибо человек, лишенный сна, быстро умирает. Сон – это вовсе не «маленький кусочек смерти», как считал Эдгар Аллан По. Это и не еженощная бесполезная трата времени. Скорее это, как выразился Шекспир, «главнейшее из блюд на пире жизни», и мы должны следить, чтобы его было в достатке.

Бог сновидений

Как-то раз, когда я была еще ребенком, вся моя семья слегла от сильнейшего гастроэнтерита. Все лежали пластом, и лишь я одна могла сходить за лекарством. Мы жили в уединенной деревушке, где в те времена не ходили автобусы, и мне пришлось сесть на велосипед и ехать целых восемь километров до ближайшего медпункта. Мне дали большую бутылку каолина с морфином, которую я запихнула в карман. Обратная дорога обернулась кошмаром, поскольку стало ясно, что я тоже заразилась – меня тошнило и по пути несколько раз вырвало. До дома я добралась совершенно без сил. Мама сразу же дала мне большую дозу лекарства, но из-за того, что она сама еле держалась на ногах, ей и в голову не пришло встряхнуть бутылку. Пока я ехала домой, каолин осел на дно, а сверху оказался (слабый) раствор чистого морфина. Морфин, названный так по имени греческого бога сна Морфея, является сильным снотворным средством, и я проспала целые сутки.

Морфин оказывает не только снотворное действие. Он также дает релаксирующий эффект, вызывает состояние сладостной, полной сновидений эйфории и облает способностью облегчать боль. Его используют уже не одну тысячу лет как лекарство и как рекреационный препарат в форме опиума, сырого экстракта опиумного мака Papaver somniferum. Как заметил знаменитый врач VII в. Томас Сиденгам, «среди средств, дарованных человеку Всемогущим Господом для облегчения страданий, ни одно не является таким универсальным и таким действенным как опиум». Исторически смесь опиума со спиртом, называемая настойкой опия, использовалась для лечения разных заболеваний, в результате чего многие приобретали наркотическую зависимость, включая поэта Сэмюэля Кольриджа, который, как считается, написал стихотворение «Кубла Хан» под действием наркотика. Были и такие, кто употреблял ее для удовольствия. Томас де Квинси в своей знаменитой «Исповеди англичанина, употребляющего опиум» написал: «Я, несчастный человек, был настолько очарован сказочным избавлением от боли, что теперь вынужден прибегать к опиуму в отвратительном стремлении к безрассудной усладе, в желании всеми путями получать удовольствие».

Как и другие вызывающие привыкание наркотики, морфин стимулирует центры удовольствия в мозге и в случае приема излишнего количества вызывает настолько сильное наслаждение, что после его прекращения наркоман хочет получить новую дозу. Использование морфина приносило несчастья не только отдельным людям. В конце XVIII в. между Великобританией и Китаем развернулась очень прибыльная и беззастенчивая торговля при посредничестве Ост-Индской компании. Чай, который в те времена производился только в Китае, пользовался большим спросом в Великобритании. Китай требовал расчетов серебром, но это было дорого, и британские коммерсанты постепенно перешли на обмен чая на опиум. Опиум поставлялся тайным образом из Индии обходными путями. Это обернулось катастрофой для Китая. Из-за того, что опиум вызывал наркотическую зависимость, его употребление вошло в привычку, и, как следствие, значительная часть крестьян перестала работать, а армия стала небоеспособной. Когда Китай запретил продажу опиума и потребовал прекратить его нелегальный импорт, Великобритания, учитывая экономическую значимость нелегальной торговли, отказалась сделать это. Конфликт вылился в печально известные Опиумные войны, которые привели к передаче Гонконга под британское правление, закладыванию чайных плантаций в Индии и заключению новых торговых соглашений. Чай, можно сказать, оказался способным вызывать не менее сильную зависимость, чем опиум (по крайней мере в Великобритании).

Морфин и героин, сходный с ним по структуре, принадлежат к классу наркотиков, называемых опиатами. Они присоединяются к опиоидным рецепторам в головном и спинном мозге, перекрывая кальциевые каналы и подавляя выделение нейромедиаторов и электрическую активность нейронов. Размышляя, зачем вообще нам нужны опиоидные рецепторы, Джон Хьюз и Ганс Костерлиц предположили, что организм может вырабатывать собственные опиаты. Это привело к открытию эндорфинов (этот термин образован из двух слов – эндогенный и морфин), вырабатываемых организмом химических веществ, которые выделяются в ответ на боль. Они также вызывают чувство бодрости и хорошего состояния при занятии бегом и других видах интенсивной физической нагрузки.

Как и синтетические опиаты, эндорфины подавляют электрические импульсы в болевых нервных клетках. Если вы когда-нибудь видели, как надевают петлю на морду лошади для ее успокоения, то должны представлять, каким сильным может быть действие эндорфинов. Петлю делают из веревки, пропускаемой вокруг чувствительной верхней губы животного, и часто используют для успокоения норовистой лошади во время подковывания или обследования. При перекручивании и сдавливании веревки – и губы – кажется, что лошадь почти засыпает: она перестает перебирать ногами, ее голова поникает, взгляд становится неподвижным. Это происходит потому, что ее организм захлестывают эндорфины, выделяющиеся в ответ на сильную боль в сжатой губе. Акупунктура также инициирует выброс эндорфинов, и это позволяет проводить некоторые хирургические операции без анестезии.

Сногсшибательные капли

Гемфри Дэви был исключительным любителем ставить эксперименты на себе. Несмотря на то, что эксперимент с вдыханием чистой окиси углерода чуть не погубил его, он продолжал исследовать физиологическое воздействие других веществ. В 1799 г. Дэви обнаружил, что закись азота, которую некоторые считали смертельно опасной, вызывает эйфорию и неконтролируемые приступы смеха и даже заставляет пускаться в безумную пляску. Вдыхание закиси азота скоро стало для него повседневной забавой. Как ни странно, несмотря на то, что Дэви обратил внимание на способность газа снимать боль и даже приводить к потере сознания, он так и не разглядел в нем потенциальный анестетик.

Это еще один из примеров того, как открытие, сделанное в Великобритании, было потом успешно внедрено в практику предпринимателями в Соединенных Штатах. Впервые общий наркоз в целях обезболивания применила группа американских дантистов, которые искали способ безболезненного удаления зубов. В числе пионеров был Хорас Уэллс, который сначала попробовал закись азота на себе, а потом на своих пациентах. Уверенный в достоинствах нового метода, Уэллс организовал публичную демонстрацию удаления зуба под наркозом для студентов-медиков в Бостоне в 1845 г. Демонстрация оказалась неудачной – газ из мешка перестали давать слишком рано, пациент завопил от боли, а наблюдавшие за этим студенты освистали экспериментатора. Уэллс был настолько обескуражен провалом, что оставил стоматологию, пристрастился к хлороформу и в состоянии наркотического опьянения облил серной кислотой двух проституток. Осознав содеянное, он покончил с собой. Горечь провала усиливалась еще и тем, что годом ранее его коллега Уильям Томас Грин Мортон успешно провел в Бостоне публичную операцию, использовав для наркоза эфир. Мортон, в отличие от Уэллса, приобрел широкую известность. Со значительно меньшим энтузиазмом было встречено его стремление сделать деньги на этом методе: попытка запатентовать использование эфира в качестве анестетика вызвала всеобщее возмущение, а обращение к конгрессу с требованием выплатить $100 000 в качестве «национальной награды» за изобретение сочли неприемлемым.

Поскольку эфир раздражал легкие (и легко взрывался), Джеймс Симпсон, шотландский акушер, стал использовать хлороформ для обезболивания родов. Хотя некоторые выступали против такой практики, ссылаясь на Книгу Бытия, где Бог говорит Еве о том, что «в муках она будет рожать детей своих», этот метод получил неожиданную рекламу после его успешного применения во время родов королевы Виктории 7 апреля 1853 г., когда она разрешилась восьмым ребенком, принцем Леопольдом. British Medical Journal прокомментировал это событие так: «Королевское происхождение пациентки и ее успешное возвращение к нормальной жизни являются фактами, которые должны развеять в значительной мере существующие профессиональные и общераспространенные предрассудки, связанные с использованием анестезии в акушерстве». Любопытно, что, по сообщению «Придворного циркуляра», во время родов рядом с королевой находились не только ее доктора и медсестра, но и принц Альберт, который оказался абсолютно современным мужем.

Хороший общий наркоз должен обеспечивать отключение сознания, потерю чувствительности к боли (аналгезию), неподвижность и, предпочтительно, определенную потерю памяти, так чтобы вы не помнили происходившего. Все это должно достигаться без воздействия на сердце и, если возможно, на дыхательные мышцы, а также без приступов рвоты или других продолжительных неврологических осложнений. И, конечно же, выход из наркоза должен быть легким. Все эти свойства необязательно имеются у отдельно взятого средства. Эфир и хлороформ – эффективные анестетики, но они далеки от идеала, и в наши дни для отключения сознания и памяти обычно используют пары таких препаратов, как изофлуран и севофлуран, или впрыскивают препараты типа пропофола, а аналгезии и расслабления мышц добиваются с помощью других средств. Как ни удивительно, но к закиси азота по-прежнему прибегают во многих случаях.

При общем наркозе человек сначала входит в заторможенное состояние: он начинает дремать и, даже если прекратить наркоз в этот момент, мало чего помнит о пережитом состоянии. Постепенно человек перестает реагировать на слова и теряет сознание. Как ни странно, после этого он входит в возбужденное состояние с неконтролируемыми движениями и нерегулярным дыханием, но потом мышцы расслабляются снова, дыхание выравнивается, глаза перестают двигаться, и наступает настолько глубокий сон, что хирург может произвести операцию без причинения боли. В этом состоянии томограммы показывают, что метаболическая активность всего мозга равномерно подавляется, т. е. отключаются все области мозга. По всей видимости, каких-либо областей, особо чувствительных к общему наркозу, не существует. К большому разочарованию нейрофизиологов, пытающихся понять, в какой именно области мозга возникает сознание, невозможно обнаружить такую область, активность которой «угасает» в момент потери сознания.

Хотя общий наркоз делают тысячам людей в мире ежедневно, мы все еще слабо понимаем, как он работает, и то, каким образом в результате наркоза отключается сознание, остается одной из величайших загадок нейрофизиологии. Последние данные говорят о том, что наркоз подавляет электрическую активность мозга путем взаимодействия с ионными каналами. Предполагается, что наркоз стабилизирует определенное конформационное состояние канала, заполняя «полости» в самой белковой молекуле или встраиваясь между белком и липидной мембраной, в которой он находится. Одни анестетики, похоже, открывают ионные каналы, которые подавляют электрическую активность клеток мозга, например ГАМК-каналы, глициновые рецепторы и калиевые каналы. Другие анестетики блокируют синаптическую передачу, подавляя функцию возбуждающих глутаматных рецепторов. Факт подавления активности как возбуждающих, так и тормозящих нейронов соответствует общей картине подавления электрической активности, наблюдаемой на томограммах мозга.

Кто я есть?

Вопрос о том, что именно представляет собой сознание, занимает умы философов и нейрофизиологов уже не одно столетие, но мы по-прежнему далеки от его четкого понимания. Так или иначе, это нечто такое, с чем каждый из нас прекрасно знаком, и такое, что все мы имеем. «Я мыслю, – сказал Рене Декарт еще в XV в., – следовательно, я есть». Но что в точности есть мое «Я»?

С точки зрения Декарта, разум и тело были разными сущностями. Однако глубокие изменения нашей личности под действием наркотиков, болезней и травм мозга свидетельствуют о том, что это не так – наш разум является продуктом деятельности мозга. Между прочим, у меня не раз возникал вопрос, не является ли декартовский взгляд в какой-то мере результатом того, что философия когда-то была прерогативой мужчин, у которых пенис нередко жил своей собственной жизнью, иногда отказываясь действовать, несмотря на желание, а иногда проявляя неуемную прыть в неподходящие моменты? Женщины, чье эмоциональное состояние совершенно очевидно связано с гормональным циклом, все время помнят о связи между телом и разумом.

Несмотря на наше очень сильное чувство собственного «Я», нейрофизиологи показывают, что мы – не более чем совокупная электрическая активность клеток нашего мозга. Каким бы неудобным это ни казалось, не существует ни отдельной сущности, ни души, ни того, что продолжает жить после нашей смерти, – этот факт, несомненно, приводит науку в прямое противоречие с множеством религиозных представлений. Так откуда оно берется, это пресловутое чувство собственного «Я», эта личность, сидящая в моей голове, смотрящая на мир моими глазами, стучащая по клавиатуре, пытающаяся передать свои мысли вам?

Чувство собственного «Я» не является врожденным. Младенцы не осознают себя и не понимают мыслей и переживаний других. Эти качества развиваются у детей постепенно. Проще всего определить наличие самосознания у очень маленьких детей или у животных можно путем проверки их способности узнавать себя в зеркале, прилепив яркую наклейку им на лоб. Если они идентифицируют себя, то будут стараться снять наклейку, а если нет, то не будут делать ничего или постараются дотронуться до отражения. В соответствии с этим критерием дети обретают самосознание в возрасте от двух до трех лет. Похоже, что наш мозг должен достичь определенной стадии развития, прежде чем самосознание проявится в полной мере. И это не мгновенное «пробуждение» – психологи говорят, что самосознание развивается в несколько этапов.

Следующий очевидный вопрос – в какой области мозга находится самосознание? Является ли оно распределенной сущностью, определяемой множеством сетей нервных клеток, или расположено в определенной группе нервных клеток? Исследования больных с повреждениями мозга показывают, что у самосознания нет конкретного места расположения. Хотя повреждение той или иной области мозга способно кардинальным образом изменить нашу личность, оно не превращает нас в зомби, т. е. в человека без чувства собственного «Я», но нормально функционирующего во всем остальном. Кроме того, ни одна область мозга не «выключается» одновременно с отключением сознания при общем наркозе. Отключение сознания, которое происходит во время сна, также сильно отличается от того, что происходит под действием наркоза. Наркоз приводит к общему подавлению электрической активности мозга, а сон – это тонко регулируемое активное состояние. Очень разный характер активности мозга во время сна, общего наркоза и в состоянии бодрствования указывает на то, что отключение сознания – и по косвенным признакам, возможно, самосознание – может быть следствием не одной, а нескольких причин. Также, по всей видимости, для него нужна суммарная активность множества нейронов, но каких именно, остается загадкой.

Помимо прочего, следует отметить, что память тесно связана с нашим восприятием сознания. Больные, получившие определенные успокоительные средства, отвечают на вопросы врача, чувствуют боль и, возможно, будут утверждать, что находятся в сознании, если их спросить. Однако, когда действие препарата кончается, они ничего не могут вспомнить и говорят, что были без сознания на протяжении всей операции. Аналогичную потерю памяти вызывают печально известные средства, например рогипнол, используемые преступниками для отключения сознания жертвы изнасилования. Возможно, одной из причин, по которым самосознание у детей не развивается до двух-трехлетнего возраста, является отсутствие долговременной памяти примерно до этого же возраста – мало кто помнит события, происходившие до того, как нам исполнилось три года.

И все же вы можете возразить: «Она так реальна, эта личность в моей голове. Ну разве может такое быть всего лишь иллюзией?» Не забывайте, что нас очень легко ввести в заблуждение. Это мозг определяет наше восприятие мира и то, как мы на него реагируем. Он постоянно заставляет нас считать, что мы что-то видим или слышим, когда на самом деле этого нет. Зрительных иллюзий великое множество, и наше внимание непостоянно. Сканирование мозга показывает, мы можем действовать на основе решения, например нажать на кнопку правой или левой рукой, еще до того, как осознали его принятие. Свобода воли, как и многое-многое другое, – просто иллюзия. Это тоже умопостроение нашего мозга.

Скорее всего, существует множество причин, по которым у людей развилось сознание, но одна из них, пожалуй, заключается в том, что самосознание связано с нашей способностью понимать мысли и чувства других. Это принципиально важно для коллективной работы и социального единства, неотъемлемых атрибутов процветания нашего биологического вида. Единственные животные, помимо человека, которые демонстрируют наличие самосознания в тесте с зеркалом, также являются социальными – это шимпанзе, слоны и дельфины.

Происхождение сознания – один из самых сложных вопросов нашего времени, и настоящее минное поле как для философов, так и для нейрофизиологов. Он слишком сложен, чтобы рассматривать его здесь, ограничившись несколькими строчками. Так или иначе, большинство ученых сейчас соглашаются с тем, что сознание является результатом электрической активности мозга, а она, в свою очередь, является результатом активности моих любимых белков – ионных каналов. Хотя мы по-прежнему не знаем слишком многого о том, как именно нейронная активность преобразуется в когнитивную функцию, новые технологии позволяют надеяться, что рано или поздно нам все же удастся понять принципы формирования и управления нашим поведением. Они могут также дать новые представления о происхождении наших мыслей и переживаний. Работа разума перестала быть вотчиной философов и теологов. Теперь это предмет исследования нейрофизиологии, поскольку наши мысли и эмоции, наше чувство собственного «Я» являются отражением вихря электрических сигналов, захлестывающих мозг. Мэри Шелли была намного ближе к истине, чем подозревала, когда назвала электричество искрой жизни. Мы и в самом деле не более чем заряженная электричеством плоть.

Приведение приговора в исполнение состоялось 4 января 1903 г. в нью-йоркском парке аттракционов Кони-Айленд. Это событие привлекло более 1500 «любопытствующих», которые собрались, чтобы посмотреть на происходившее. Преступницей была 28-летняя слониха по кличке Топси. Когда-то Топси выступала по всей Америке в цирке Forepaugh Circus, но потом попала в Кони-Айленд, где стала агрессивной и убила трех служителей зоопарка. Один раз, правда, на такой поступок ее спровоцировал служитель, который пытался скормить ей зажженную сигарету. Слониха неожиданно схватила его хоботом и бросила на землю, от чего тот мгновенно скончался. Владельцы зоопарка решили, что слониха слишком опасна, но избавиться от животного весом шесть тонн и ростом три метра было непросто. Яд здесь оказался бессильным. Томас Эдисон, который в то время с головой ушел в сражение вокруг достоинств систем постоянного и переменного тока, увидел в этом случае возможность рекламы и предложил убить слониху с помощью электрического тока. Итак, Топси надели башмаки с медной обкладкой, привязали ее цепями и подали разряд напряжением 6000 В. Смерть наступила мгновенно. Эдисон заснял этот отвратительный спектакль с помощью изобретенной им кинокамеры и стал демонстрировать ленту по всей стране как доказательство опасности переменного тока{33}. Это был, как заметила тогда газета The New York Times, «довольно некрасивый ход».

Электричество не только дает энергию нашему организму, его можно использовать также для манипулирования им. Эта заключительная глава посвящена тому, как электричество используется во благо и во зло. Из нее вы узнаете о применении электричества в медицине, начиная с античных времен, в научных целях с конца XVIII и начала XIX в. до наших дней и о том, как оно может изменить нашу жизнь в будущем. В ней также затрагивается темная сторона использования электричества – для умерщвления, нанесения увечий и контроля других.

Электричество – простое и полезное средство

Электричество применялось в медицине с античных времен. Еще в 46 г. от Рождества Христова древнеримский врач Скрибоний Ларг рекомендовал использовать электрического ската Torpedo для облегчения подагрической и головной боли. Головная боль, писал он, «даже если она хроническая и непереносимая, отступает и излечивается прикладыванием живого ската к больному месту». Это приводит к онемению, которое притупляет боль. В соответствии с рекомендацией Скрибония в запасе нужно было иметь несколько скатов, поскольку для исцеления иногда требовались две или три рыбы. При подагре «живого ската необходимо, когда начинаются боли, подложить под ноги. Больной должен стоять на берегу, увлажняемом морскими волнами, до тех пор, пока не онемеют ступни и голени до самых колен. Это снимает существующую боль и предотвращает приступ, если он еще не начался». Скаты не всегда есть под рукой, их эффективность ограничена – они быстро погибают при извлечении из воды, да и длительное стояние на берегу тоже не подарок. В результате электротерапия стала распространенным методом лечения лишь с изобретением электростатического генератора в XVIII в.

Одним из пионеров электрошоковой терапии был преподобный Джон Уэсли, основатель методистского движения. Уэсли заинтересовался электричеством в конце 1740-х гг. после посещения нескольких публичных демонстраций «электрического огня» и изучения описания экспериментов Бенджамина Франклина. Движимый чувством сострадания к своей пастве, у которой почти не было доступа к медицинскому обслуживанию, он увидел в электричестве «потрясающе дешевый и легкий метод» лечения множества болезней. Примерно в 1753 г. Уэсли раздобыл электрическую машину и стал экспериментировать на себе и других. Благотворное воздействие электричества произвело на него такое впечатление, что он установил электрошоковые машины в бесплатных клиниках Бристоля и Лондона, где могли лечиться бедняки.

Уэсли писал: «Я предписал ряду прихожан, которые страдали разными расстройствами, лечение электричеством; часть из них сразу почувствовала облегчение, остальные же исцелились постепенно. С этого времени я выделил сначала несколько часов в неделю, а впоследствии час каждый день, когда любой желающий мог попробовать на себе благотворное влияние этого удивительного лекарства. Два или три года спустя пациентов стало так много, что нам пришлось распределять их – часть проходила лечение в Саутуорке, часть – в Фаундери, еще часть – в районе собора св. Павла, а остальные – неподалеку от Севен-Дайлс: с той поры мы постоянно использовали этот метод; и на сегодняшний день, хотя сотни, если не тысячи, получили бесспорное облегчение, я не знаю ни одного мужчину, женщину или ребенка, которому бы метод повредил». Основываясь в определенной мере на этих успешных результатах, Уэсли опубликовал в 1760 г. «Искомое» (Desideratum), трактат о том, как «гуманность и здравый смысл сделали электричество простым и полезным средством». В нем он описал множество случаев, когда мышечные судороги, головная боль и ревматизм очевидным образом излечивались с помощью электротерапии. Любопытно, что, с точки зрения Уэсли, электротерапия была особенно эффективна при нервных расстройствах.

Машина, которую использовал Уэсли, была, по всей видимости, простым электростатическим генератором{34}. При вращении рукоятки стеклянный цилиндр терся о кусок шелка и генерировал электростатический заряд, который снимался гребенкой, присоединенной к тонкому металлическому стержню. Пациент, предположительно, брался рукой за этот стержень. Кроме того, генерируемый заряд мог собираться и накапливаться в лейденской банке. Силу электрического разряда регулировали количеством оборотов, которые делала рукоятка генератора, или в случае лейденской банки ее размером (чем меньше банка, тем слабее электрический разряд). Дозы, которые прописывал Уэсли, по всей видимости, базировались на работе Ричарда Ловетта, певчего из Вустерского кафедрального собора, и на его собственном опыте и наблюдениях. Мягкий электрический разряд, ощущаемый при проскакивании «электрического огня» через тело, предположительно считался полезным с терапевтической точки зрения. Уэсли применял довольно мягкие электрические разряды, которые, скорее всего, были безопасными, однако совершенно неясно, насколько эффективным являлось такое лечение. Даже в наши дни не прекращаются споры о том, способно ли мягкое электрическое стимулирование давать положительный эффект при атрофии мышц и хронических болях, и похоже, что облегчение, испытываемое больными, объясняется эффектом плацебо и сочувствием со стороны врача.

Не все пациенты, похоже, были в восторге от электротерапии.

Не все одобряли попытки Уэсли исцелять бедняков. Некоторые представители «медицинского сословия», которых Уэсли считал алчными и жадными, полагали, что он вторгается в их вотчину. Так или иначе, его успех подтолкнул к учреждению в 1793 г. Лондонского электрического диспансера, который финансировался путем открытой подписки. За десятилетие лечение в нем прошли более 3000 больных. Переносные электрические аппараты позволили оказать помощь еще многим тысячам страдавших.

Король электрических чудес

Другим сторонником электротерапии, но совершенно иного пошиба, был пресловутый «д-р» Джеймс Грехем, предприниматель, который уверовал в то, что «электричество оздоровляет весь организм и исцеляет все физические дефекты». Джеймс Грехем родился в Эдинбурге в 1745 г. в семье шорника. Медицину он начал изучать в Эдинбургском университете, но бросил учебу и эмигрировал в Соединенные Штаты, когда ему было немногим больше 20 лет. Там, несмотря на отсутствие диплома об образовании, Грехем основал медицинскую практику в Филадельфии{35}. Именно в Филадельфии он открыл для себя электричество после лекции Эбенезера Киннерсли, популяризатора экспериментов Франклина, и быстро понял, что эта новая сила может стать не только панацеей от всех болезней, но и источником его собственного финансового благополучия. В 1774 г. Грехем возвратился в Англию, где начал успешно использовать электротерапию для лечения множества болезней. Одной из его первых пациенток оказалась Кэтрин Маколей, выдающийся историк и политический активист, которая представила Грехема своим друзьям. Молодой, симпатичный и обходительный, он быстро превратился в публичную фигуру.

Окрыленный успехом, Грехем отрыл в 1779 г. Temple Esculapio Sacrum (Храм здоровья) на престижной Ройал-Аделфи-Террас с видом на Темзу. Два огромных человека в претенциозных ливреях и шляпах с золотыми галунами объявляли о грандиозном открытии, расхаживая по Лондону с рекламными листками, где превозносились достоинства электричества и его благотворное воздействие на организм человека и расписывались чудеса, к которым можно было приобщиться в Храме здоровья. Ливрейных зазывал прозвали Гогом и Магогом – в честь двух легендарных великанов-язычников, которые, по преданию, спасли Лондон и чьи огромные деревянные статуи находятся сегодня в Гилдхолле – ратуше лондонского Сити.

Храм здоровья одновременно и очаровал, и возмутил лондонское общество. Он быстро привлек богатую клиентуру, включая принца Уэльского и Джорджиану, герцогиню Девонширскую, которая жаловалась на неспособность родить сына. Заплатив за вход два шиллинга и шесть пенсов, посетители могли посетить лекции Грехема о здоровье, послушать изысканную музыку и полюбоваться роскошными интерьерами, шикарной мебелью и пикантными картинами. В числе достопримечательностей были полуобнаженные «Богини юности и здоровья», одну из которых изображала шестнадцатилетняя красавица Эмма Лайон. Она вышла замуж за сэра Уильяма Гамильтона, а впоследствии стала любовницей лорда Нельсона.

Однако главным, конечно, были эффектные электрические чудеса – «магнитные троны» и потрескивающие от искр электрические ванны. Гвоздем программы, показываемым только после перехода в новое здание на Пэлл-Мэлл, являлась электрическая изысканно декорированная «Божественная кровать», которая гарантировала исцеление от бесплодия и импотенции. Как выразился Грехем, «бесплодные определенно становятся более плодовитыми, если в них как следует подогреть восторг любви». И некоторые из этих средств подогрева были электрическими. Божественная кровать имела четыре метра в длину и три метра в ширину, опиралась на 40 изолирующих столбиков из прозрачного стекла, ее матрас был набит волосом из хвостов английских жеребцов и свежей пшеничной соломой, смешанной с мелиссой, лепестками роз и цветками лаванды. Над ней возвышался огромный балдахин, украшенный цветами, вокруг находились клетки с живыми голубями, механические музыканты и многочисленные статуи, включая статую Гименея, бога брачного союза. Новшество, однако, заключалось в том, что из факела, который держал Гименей, на изголовье кровати сыпались электрические искры, высвечивая надпись «Плодитесь, размножайтесь и наполняйте землю». Считается, что магниты, окружавшие кровать, также наполняли «воздух магнитными флюидами, которые должны давать необходимую силу и энергию нервам». Кроватью можно было воспользоваться за кругленькую сумму – 50 за ночь.

Подобно нынешним организациям, старающимся привлечь как моно больше денег, Храм здоровья имел собственный магазин. В нем продавались разные патентованные средства: «Imperial Electric Pills» для очищения крови и других соков организма; «Nervous Etherial Balsam» для поддержания сил уставшего и изношенного организма; склянки с «Electrical Ether» для защиты от любых пагубных и заразных болезней, которым, помимо прочего, приписывались магические афродизиакальные свойства. Продавались также трактаты Грехема.

Храм здоровья вызвал в обществе неоднозначную реакцию. Одни просто получали удовольствие от представления. Другие были настроены более скептически – политик Хорас Уолпол назвал его «самым беспардонным мошенничеством, которое только можно представить, а лекаря – самым бездарным представителем профессии. <…> Женщина, невидимая, играла на кларнете. Отделка милая, но эксцентричная, а фармацевт, который выходит из потайной двери (неизвестно зачем, поскольку он мог с таким же успехом подняться по лестнице), – и в самом деле находка. Электрические эксперименты, не представляющие собой ничего особенного, пневматическая машина, от которой лопаются шары, – все это складывается в фарс».

После непродолжительного периода пребывания в центре внимания Храм здоровья потерял популярность и был закрыт в 1782 г. Грехем, который потратил кучу денег на это предприятие, оказался по уши в долгах. Он бежал в Эдинбург, и со временем его поведение становилось все эксцентричнее и эксцентричнее. Он забросил электричество, уверовал в целебные свойства теплых грязевых ванн, стал вместо подписи ставить в письмах фразу «Слуга Господа, О. Д. С.» («О, дивная страсть») и как-то раз на протяжении двух недель не надевал на себя ничего, кроме набедренной повязки из травы. Грехема арестовали за непристойное поведение, и в 1794 г. он умер в возрасте 49 лет.

Продолжение

Деятельность Джеймса Грехема и других подобных ему дельцов привела к тому, что идею электротерапии стали считать шарлатанством и постепенно исключили из общепринятой медицинской практики. Электричество, впрочем, продолжали использовать в различных псевдотерапевтических устройствах. Оно также приобрело популярность в сфере развлечений. Электрические развлекательные автоматы стали обычными в викторианских парках аттракционов и на причалах: например, человек брался за рукоятки такого аппарата, через его руки проходил небольшой ток, и он чувствовал предположительно «приятное» покалывание.

Одним из самых известных производителей медицинского оборудования викторианской эпохи была фирма Isaac Louis Pulvermacher & Co, чьи патентованные электрические цепи использовались для лечения ревматизма, невралгии и аналогичных расстройств. Реклама заявляла, что философы, священники и известные медики во всех частях света рекомендуют их и что они дают немедленный и заметный эффект. Самые дешевые цепи стоили пять шиллингов, что было не такой уж маленькой суммой в то время. Электрический пояс фирмы Pulvermacher изготавливался из меди или цинка, и его нужно было погрузить в уксус перед использованием. Некоторое представление о том, на что он был похож, можно получить из описания одного из них, которым пользовался фармацевт месье Оме из «Госпожи Бовари». «Он был энтузиастом гидроэлектрических цепей фирмы Pulvermacher. Он и сам носил такую цепь, и, когда по вечерам снимал фланелевый жилет, у мадам Оме кружилась голова от вида золотой спирали, покрывавшей ее мужа. Она испытывала прилив страсти рядом с этим мужчиной, облаченным в доспехи, словно скиф, и прекрасным, как один из волхвов». Эти цепи носили не только литературные персонажи. Чарльз Диккенс в письме к актрисе г-же Бэнкрофт, которая, по всей видимости, рекомендовала ему это средство, писал: «Я сам буду в городе в четверг, и ни к чему беспокоить вас заказом магического пояса для меня. Я сошлюсь на вас при покупке и сообщу о результате после того, как попробую его. Удастся ли г-ну Пульвермахеру избавить меня от невралгии или нет, я в любом случае буду обязан ему за то, что он невольно дал мне повод вступить в переписку с вами».

Подобные электрические устройства были в ходу в викторианскую эпоху. Они служили для лечения самых разных недугов, для стимулирования мышц и для придания силы ослабевшему мужскому органу. Некоторые из них применяются и сегодня, например диатермическое устройство, которое с помощью электрического тока нагревает ткань или кровеносный сосуд до такой температуры, что кровь свертывается. В повседневной хирургической практике с его помощью прижигают раны, что быстрее и проще, чем делать перевязку, или удаляют патологические ткани, например небольшие полипы или раковые клетки. Любопытно, что модифицированные диатермические устройства применялись во время Второй мировой войны для подавления радиомаяков, использовавшихся люфтваффе для обозначения целей бомбометания на территории Англии. Эти устройства генерировали радиошум в широком диапазоне частот и глушили сигнал вражеских маяков.

Шоковая терапия

Электрические автоматы, которые давали слабый электрический разряд, постепенно превратились в приборы, вызывающие значительный электрический шок. Электросудорожная терапия (ЭСТ) стала в середине XX в. предпочтительным методом лечения людей, страдающих сильной депрессией. Ее ввел в практику итальянский врач Уго Черлетти, который искал новое средство лечения шизофрении, более эффективное и дающее меньше побочных эффектов. В то время считалось, что провоцирование приступа у пациента может облегчить его состояние. Обычно это достигалось с помощью лекарств (инсулина, например), однако Черлетти, зная, что электрический шок способен вызывать эпилептические судороги у животных, задумался над тем, нельзя ли использовать его для лечения шизофрении. Поначалу он не решался реализовать эту идею, поскольку не знал, какая «доза» электричества необходима, однако потом обнаружил, что на бойне в Риме электрическим разрядом оглушают свиней (перед тем, как перерезать им горло), и если дать животному прийти в себя, то шок, похоже, проходит без последствий. Черлетти экспериментальным путем подобрал силу тока, необходимую для временного оглушения свиньи, и в апреле 1938 г. испытал метод на человеке.

Пациентом был шизофреник, которого нашли, когда он бродил вокруг железнодорожной станции. У него наблюдался бред, галлюцинации и спутанность сознания. Его речь представляла собой нечленораздельную тарабарщину. Первый сеанс электросудорожной терапии, который проводился без анестезии, вызвал лишь малый эпилептический припадок, однако пациент неожиданно начал петь. Черлетти собрался повторить эксперимент при более высоком напряжении, однако, прежде чем он успел его провести, пациент резко сел совершенно прямо на кровати и закричал на чистом итальянском: «Non una seconda! Mortifera!» («Нет! Это убьет меня!»). Черлетти, однако, был непреклонен и провел еще ряд сеансов электросудорожной терапии. После них пациент стал спокойным, обрел способность ориентироваться и был выписан из больницы как выздоровевший. Впоследствии Черлетти и его коллеги опробовали ЭСТ на сотнях пациентов (и животных) и определили как безопасную дозу, так и расстройства, которые наиболее успешно лечатся таким образом. Метод электросудорожной терапии быстро распространился по всему миру.

При ЭСТ на голову кратковременно воздействуют электрическим током. Сила разряда достаточна для того, чтобы вызывать сильный припадок, сходный с эпилептическим. Поскольку разряд стимулирует часть мозга, контролирующую двигательные нервы, мышцы сокращаются, и конечности становятся негнущимися. Наши конечности приводятся в движение двумя группами мышц, одна из которых сокращается, а другая расслабляется, когда мы совершаем действия. ЭСТ приводит к стимулированию обеих групп мышц, которые сокращаются одновременно, заставляя конечности деревенеть и становиться негнущимися. Раньше бывали случаи, когда в результате сильных конвульсий ломались кости пациентов, однако в наши дни такого не допускают, применяя миорелаксанты и общий наркоз. Обычно пациентам назначают несколько сеансов ЭСТ с перерывом в несколько дней.

Сильвия Плат очень ярко описывает свои впечатления от электрошоковой терапии в нескольких своих произведениях, в частности в «Стеклянном колпаке» и «Повешенном»:

Ей, определенно, не хотелось бы пройти через это еще раз ЭСТ широко применялась в 1950-х и 1960-х гг., но в наши дни, когда появились эффективные антидепрессанты, к ней стали прибегать намного реже. Национальный институт охраны здоровья и совершенствования медицинской помощи Великобритании рекомендует использовать ее только в случаях сильной депрессии, тяжелого маниакального состояния или кататонии (мышечной ригидности) и только когда другие методы оказываются неэффективными (не менее трети страдающих тяжелой депрессией нечувствительны к лекарствам). По иронии судьбы, учитывая рассказанную здесь историю об истоках этого метода, ЭСТ больше не рекомендуется для лечения шизофрении.

Хотя ЭСТ прочно вошла в медицинскую практику, эта процедура по-прежнему неоднозначна. Даст ли она реальный эффект и насколько сильным он окажется, остается спорным вопросом. В одних медицинских исследованиях приходят к выводу, что она эффективна в случаях депрессии в краткосрочной перспективе, а в других отмечают отсутствие серьезной разницы между ЭСТ и приемом плацебо через месяц после процедуры. Во многих случаях эффект является временным и слабым без сопутствующей лекарственной терапии. Кроме того, нет фактов, подтверждающих, что ЭСТ снижает уровень суицидов среди больных, страдающих депрессией. Так или иначе, но некоторые больные утверждают, что ЭСТ резко улучшила их состояние, избавила от депрессии и позволила вернуться к нормальному образу жизни, даже продолжить престижную карьеру. Это, по всей видимости, указывает на гетерогенность заболевания: клиническая депрессия вряд ли имеет одну причину.

К сожалению, у ЭСТ есть побочные эффекты. Все пациенты испытывают потерю кратковременной памяти, возможно, из-за нарушения цепей в мозге, связанных с ее хранением: на самом деле это одна из причин, по которым считают, что кратковременная память хранится в виде электрических сигналов. У сопутствующей амнезии только одно достоинство – большинство пациентов не помнят, как они проходили процедуру. Однако некоторые теряют и долговременную память. Эрнест Хемингуэй, который проходил ЭСТ в 1961 г., рассказывал своему биографу: «Какой смысл залезать в мою голову, стирать память, которая является моим капиталом, и губить меня? Исцеление было полным, но пациента потеряли».

Если даже с эффективностью ЭСТ не все понятно, то о том, как она работает, мы знаем еще меньше. Сильный разряд влияет на электрическую активность клеток мозга, заставляя их генерировать импульсы с очень высокой частотой и порождая электрическую бурю, подобную той, что наблюдается при эпилептическом припадке. Одна из идей заключается в том, что это ведет к массированному выбросу химических нейромедиаторов в нервных клетках. Поскольку от этих веществ зависит наше настроение, а их баланс при психических расстройствах, как считается, нарушен, причиной расстройства может быть повышение концентрации определенных нейромедиаторов. Однако наш мозг – тонко сбалансированный орган, и то, что нужно, так это увеличение количества правильного нейромедиатора в правильном месте в течение определенного промежутка времени, в идеале без повышения концентрации веществ с противоположными эффектами. Как осуществить такую тонкую корректировку с помощью такого грубого метода, как ЭСТ, совершенно неясно.

В прошлом в некоторых психиатрических лечебницах ЭСТ использовали, чтобы утихомиривать беспокойных пациентов. Эти злоупотребления получили широкую огласку в 1975 г. после выхода на экраны фильма «Пролетая над гнездом кукушки» (One Flew Over the Cuckoo’s Nest) с Джеком Николсоном в главной роли, снятого по одноименному роману Кена Кизи. Там Большой санитар использовал электрошоковую терапию, чтобы запугать обитателей психушки, сделать их послушными и согласными на все. Фильм произвел сенсацию и вызвал горячие дебаты в обществе по поводу использования ЭСТ. В настоящее время одним из самых неоднозначных моментов применения этого метода является вопрос о том, можно ли его использовать без согласия пациента: в разных странах на него дают разные ответы, но в Великобритании и в США на него отвечают утвердительно (хотя для этого может потребоваться судебное решение).

Смерть от электричества

Роман «Натюрморт» (Still Life) английской писательницы А. Байетт заканчивается трагически – его героиня Стефани Ортон Портер погибает от короткого замыкания в незаземленном холодильнике на кухне, когда она пытается освободить залетевшего воробья. Сама Байетт тоже чуть было не погибла от электрического тока, но ее спас подоспевший вовремя муж. Всем известно, что удар током из бытовой сети электроснабжения может быть опасным. Однако что именно приводит к гибели человека?

Чтобы человека убило электричеством, через его тело в землю должен течь ток, который может остановить сердце, парализовать дыхательные мышцы и серьезно повредить внутренние органы. Такой ток не так уж велик – всего 50 мА, именно поэтому во многих странах в домах устанавливаются автоматические предохранители, которые отключают электричество, если на землю идет опасный ток. В Великобритании, например, для срабатывания таких предохранителей достаточно, чтобы ток силой 30 мА тек в течение 30 мс. В США требования к защите еще жестче – 5 мА в течение 30 мс. Это связано с тем, что даже низкие токи могут быть очень опасными. Тока силой 15 мА достаточно, чтобы вызвать такое сильное сокращение мышц, которое не позволит оторвать руку от оголенного провода.

Поражение электрическим током случалось довольно часто, когда электричество только входило в обиход. Погибали даже опытные специалисты. Как ярко и точно написал Хилэр Беллок[40]:

Это чуть не случилось и со мной. Как-то раз поздно вечером я подключала высоковольтный усилитель к своей экспериментальной установке. Из-за усталости мое внимание притупилось, и я случайно коснулась печатной платы. От удара постоянного тока напряжением почти 400 В я отлетела в другой конец комнаты совершенно потрясенная и напуганная, моя рука страшно болела. Но я осталась живой. Все дело в том, что убивает ток, а не напряжение, а в моем случае он был очень маленьким, несмотря на высокое напряжение. Именно поэтому электростатические машины вроде генератора Ван-де-Граафа, используемые для зрелищных демонстраций «ударов молнии» в музеях науки, напряжение в которых может достигать миллионов вольт, не убивают вас, хотя и заставляют волосы встать дыбом.

Однако амперы и вольты жестко связаны друг с другом законом Ома, который гласит, что напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление. Напряжение тоже опасно, поскольку оно заставляет ток течь через тело. Все зависит от сопротивления, которое он встречает: чем выше сопротивление, тем более высокое напряжение требуется для создания одного и того же тока. Наша кожа обладает определенным электрическим сопротивлением, и вы, скорее всего, ничего не почувствуете при приложении напряжения ниже 30 В. Но если кожа влажная, то ее сопротивление падает, и порог поражения электрическим током снижается. Таким образом, потенциально опасны и напряжение, и ток, результат зависит от силы и продолжительности воздействия тока, а также от сопротивления кожи.

Война токов

Поражение электрическим током не всегда бывает случайным. Электричество используется в некоторых странах для приведения в исполнение смертных приговоров. У электрического стула очень непростая история, связанная с властью, коррупцией и желанием облегчить страдания, к тому же она имела прямое отношение к принятию решения о том, какой ток, переменный или постоянный, использовать в сетях электроснабжения.

В электрических схемах ток определяется как поток электронов, текущих через проводник, например провод. Если ток течет только в одном направлении, то его называют постоянным, а если направление циклически изменяется, то такой ток называют переменным. Аккумуляторы и гальванические элементы дают постоянный ток, а в сети электроснабжения течет переменный ток. Причиной, по которой в сетях электроснабжения используется переменный ток, является простота повышения и понижения напряжения с помощью трансформатора. Это позволяет передавать электроэнергию при очень высоком напряжении (сотни и тысячи вольт) по воздушным линиям электропередачи и понижать его до нормального бытового уровня, когда электроэнергия поступает в дома. С преобразование постоянного тока дело обстоит сложнее, и из-за этого, среди прочего, переменный ток победил в «войне токов» и получил распространение в мире. В европейских странах переменный ток изменяет направление 50 раз в секунду, а в США – 60 раз в секунду. Напряжение в сетях электропитания тоже разное – 110/120 В в США и 240 В в Европе. Причины таких различий в основном исторические.

За электрификацию Нью-Йорка в конце 1880-х гг. боролись с одной стороны Томас Эдисон, а с другой – Джордж Вестингауз и Никола Тесла. Эдисон настаивал на использовании постоянного тока, и Electric Light Company, в которую было вложено его состояние, вырабатывала постоянный ток напряжением 110 В. К сожалению, передача электроэнергии при напряжении 110 В оказалась крайне неэффективной – напряжение падало настолько быстро, что потребители должны были находиться не далее двух километров от электростанции. Таким образом, для освещения всего Нью-Йорка требовалось много электростанций. Увеличение сечения медных проводов позволяло повысить ток, но стоило это очень дорого. Альтернативой было повышение напряжения, но здесь возникали технические сложности, поскольку простого способа снижения высокого напряжения в системе постоянного тока не существовало. Из-за этого нужно было строить разные линии электроснабжения для оборудования, работающего при разном напряжении. Только представьте, что ваша стиральная машина, электрочайник и компьютер требуют отдельных линий электроснабжения, и вы поймете, как это неудобно.

Тесла был уверен, что система переменного тока намного лучше, и разработал средства генерирования и передачи переменного тока, которые приобрела компания Вестингауза. Преимущество этой системы заключалось в том, что в магистральную линию поступал ток при очень высоком напряжении и электроэнергия могла передаваться на значительные расстояния без больших потерь. Напряжение затем понижалось до менее опасного уровня перед подачей в дома. Таким образом, требовалось намного меньше электростанций и всего одна линия электропередачи для каждого дома, поскольку с помощью трансформаторов напряжение можно было снижать до любого уровня.

Преимущества системы Тесла/Вестингауза быстро стали очевидными. Эдисон возражал, что переменный ток очень опасен, и устроил целый ряд публичных умерщвлений в подтверждение своих слов. Перед большими группами репортеров бездомную кошку или щенка ставили на лист жести и подключали переменный ток с напряжением 1000 В – результаты были предсказуемыми. Один раз чуть не пострадал даже палач – ударом тока его отбросило в сторону, и он «изогнулся так, словно через него протянули огромный рашпиль». В стремлении добиться еще большего общественного резонанса Эдисон организовал казнь слонихи Топси. Но, на его взгляд, в целях пропаганды лучше всего подошел бы человек.

Старина Спарки

[41]

Шестого августа 1890 г. в нью-йоркской тюрьме состоялась казнь на электрическом стуле убийцы Уильяма Кеммлера. Электрический стул использовался для приведения в исполнение смертного приговора впервые, и первый блин, как водится, вышел комом. Первый разряд оказался слишком слабым и не привел к остановке дыхания, поэтому ток пришлось включать повторно. Как написала газета The New York Times, «это было ужасное зрелище… намного хуже, чем повешение… настолько страшное, что его невозможно описать словами».

Все началось с того, что власти штата Нью-Йорк решили найти способ приведения в исполнение смертных приговоров, который был бы более гуманным, чем повешение. Один из членов комиссии, созданной для решения этого вопроса, д-р Альфред Саутвик вспомнил, что на его глазах один пьяница мгновенно и, похоже, безболезненно умер, случайно коснувшись оголенного провода. Комиссия сделала вывод о том, что казнь с помощью электричества может быть искомым решением, и 1 января 1889 г. в штате был принят закон, разрешавший использовать «электрический стул» для умерщвления осужденных преступников. Оставалась, правда, небольшая загвоздка – электрического стула еще не существовало.

Закон штата не определил, какой ток следует использовать, переменный или постоянный, и оставил право решить этот вопрос за комитетом. Эдисон развернул активную кампанию за применение переменного тока, полагая, что публика после этого не захочет допускать переменный ток в свои дома. Он нанял Гарольда Брауна и д-ра Фреда Петерсона для разработки электрического стула, а также для демонстрации публичных опытов с умерщвлением собак, телят и лошади с помощью переменного тока, которые получили большой общественный резонанс. Петерсон входил в состав правительственного комитета, который должен был выбрать наилучший способ казни с помощью электрического тока, поэтому не стоит удивляться тому, что именно переменный ток в конечном итоге был выбран для электрического стула и получил клеймо слишком опасного для бытового использования.

Эдисону и Брауну пришлось обходными путями добывать генератор переменного тока, поскольку компания Вестингауза отказалась продать его тюрьме. Вестингауз, видя угрозу своим деловым интересам, активно возражал против казни на электрическом стуле, утверждал, что это жестокое и бесчеловечное наказание, и оплатил подачу Кеммлером протеста против способа приведения приговора в исполнение. Эдисона вызвали в качестве эксперта для дачи показаний в суде штата. Протест Кеммлера был отклонен, и его казнили на электрическом стуле. Ток, однако, оказался недостаточным, чтобы мгновенно убить Кеммлера, и он попросту изжарился. Его смерть была намного мучительнее, чем могла бы быть в случае повешения.

Действие электрического стула основано на том, что ток останавливает сердце или поджаривает мозг. Заключенного привязывают к креслу, а к его коже прикладывают электроды, смоченные электропроводным солевым раствором. Затем подают сильный электрический разряд, который приводит к мгновенной смерти мозга, и серию последующих разрядов, гарантирующих смертельное повреждение других органов. Хотя электрический стул и остается законным средством приведения в исполнение смертных приговоров в ряде штатов США, к нему редко прибегают в наши дни. Смертные приговоры в основном приводят в исполнение с помощью смертельной инъекции.

Эдисон, возможно, и был великим изобретателем и превосходным бизнесменом, но его нельзя назвать человеком без недостатков. Защита электрического стула – не самый красивый факт в его биографии. По иронии судьбы он как-то похвалился, что «никогда не изобретал орудия убийства» и что поддерживает отказ от применения насилия в отношении животных. Также кажется странным, что Эдисона почитают как человека, давшего нам общедоступные электрическое освещение и электроэнергию, учитывая, что в конечном итоге победила система переменного тока. Отдавая честь Эдисону как национальному герою, после его похорон президент Гувер потребовал, чтобы все североамериканцы на минуту выключили электрический свет. В отличие от Эдисона, Тесла, который фактически является изобретателем национальной системы электроснабжения, остается во многом забытым гением.

Оглушающее оружие

Многие, думается, не отказались бы от оружия, которое может временно вывести человека из строя, мгновенно остановить его, не причиняя боли или долговременного вреда. Знаменитые фазеры с «оглушающим» режимом, которые фигурируют в киноэпопее «Звездный путь», – один из множества примеров такого выдуманного оружия.

Новейшим реальным электрошоковым пистолетом является тазер. Он стимулирует нервы с такой интенсивностью, что мышцы неконтролируемо сокращаются, и человек падает обычно через две-три секунды. Тазер выстреливает два небольших электрода, которые связаны с пистолетом длинными тонкими проводами. Электроды пробивают одежду, впиваются в кожу и передают электрический ток от пистолета к телу человека. Разряд заставляет мышцы сокращаться, обездвиживая человека до тех пор, пока течет ток. Он также причиняет боль, поскольку ток стимулирует болевые нервные волокна. На самом деле трудно сказать, можно ли вообще создать устройство, которое стимулирует двигательные нервы и обездвиживает и при этом не воздействует на чувствительные нервы и не вызывает боли. Начальник полиции Большого Манчестера после того, как он разрешил испытать тазер на себе в попытке убедить британское правительство в необходимости вооружения полицейских таким пистолетом, сказал: «Я не мог двинуться, боль была отчаянной. Мне не хотелось бы попробовать его на себе еще раз».

Тазеры теперь широко используются полицией для усмирения слишком буйных людей и тех, от кого ожидают активного противодействия. Их применение не совсем однозначно, поскольку известны случаи смерти людей в результате электрошока. Возможно, это объясняется более высокой восприимчивостью к воздействию электрического тока, более низким естественным сопротивлением кожи или тем, что кожа была мокрой.

Эмоции и их проявления

Как известно, когда человек сильно взволнован, его бросает в жар и в пот, а ладони становятся влажными. У некоторых даже появляется на лбу испарина. Все это происходит потому, что мозг отвечает на стресс повышением активности потовых желез в коже. Соленая жидкость, которую они выделяют, снижает сопротивление кожи, и это можно легко обнаружить путем наблюдения за тем, насколько легко небольшой электрический ток – настолько небольшой, что человек даже не чувствует его, – проходит через кожу. Сопротивление кожи очень сильно зависит от эмоционального состояния, включая страх, гнев и стресс, и, таким образом, по его изменению можно судить об изменении эмоционального состояния человека. Психоаналитики Карл Юнг и Вильгельм Райх, например, использовали его для оценки эмоционального состояния пациентов.

Измерение сопротивления кожи также лежит в основе действия полиграфа, или детектора лжи, логика которого строится на том, что мы, говоря неправду, начинаем нервничать. Эта система, как и следует ожидать, не лишена недостатков просто потому, что нормальные люди нервничают, когда проходят тест, а закоренелым лгунам все нипочем.

Любопытно, что Церковь сайентологии использует аналогичную технологию в своих «Е-метрах» – устройствах, которые, как утверждается, измеряют «электрические характеристики статического поля, окружающего тело» и определяют психическое состояние субъекта. «Е-метр» стал предметом серьезного расследования, проведенного Администрацией по контролю за продуктами питания и лекарствами США в 1963 г., в связи с опасениями, что Церковь сайентологии занимается лечебной практикой без лицензии, и с тем, что прибору приписывается несуществующая способность излечивать различные физические и психические заболевания. После продолжительного разбирательства, включая судебный процесс, апелляцию и повторный судебный процесс, было вынесено заключение о том, что «Е-метр» можно использовать только для религиозных отправлений и что на нем должна быть надпись, предупреждающая о недопустимости его использования для диагностики, лечения или профилактики каких-либо заболеваний. Это неудивительно, ведь «Е-метр» представляет собой всего лишь прибор для измерения электрического сопротивления кожи.

Контроль сознания

Электрические устройства могут использоваться не только для лишения жизни, обездвиживания, пыток и принуждения, они могут применяться и во благо. Иногда, как, например, в случае электросудорожной терапии, их воздействие на человека неоднозначно. Однако электрическая аппаратура постоянно совершенствуется. Если понять характер электрической активности клетки или ткани, то можно обеспечить искусственное стимулирование, которое в точности повторит нормальный импульс и будет способно заменить или скорректировать дефектный сигнал. Кардиостимуляторы позволили тысячам людей вести нормальный образ жизни, а имплантируемые дефибрилляторы помогли еще сотням людей.

Дистанционный контроль мозга человека, возможность заставлять его вести себя определенным образом – все это из области ночных кошмаров, ну и, может быть, мечтаний Пентагона. Тем не менее нет ничего невозможного в контроле поведения другого существа путем стимулирования нужных частей мозга. Хосе Мануэль Родригес Дельгадо[42] был настолько уверен в этой идее, что в 1963 г. вышел на арене для корриды в Кордове навстречу разъяренному быку. Когда бык приблизился к нему, Дельгадо не отступил, а спокойно нажал на кнопку пульта дистанционного управления, который послал сигнал в приемник, связанный с имплантированным в мозг животного электродом. Электрическое стимулирование хвостатого ядра заставило быка остановиться: он застыл всего в паре метров от ученого.

Аналогичным образом стимулирование мозга плодовой мушки электрическим током или путем фотоактивирования светочувствительных ионных каналов может влиять на ее поведение: как было показано в главе 11, это может заставить самку вести себя как самец. Прямое стимулирование электричеством мозга человека способно давать не менее сильные эффекты. Хирурги при удалении опухолей мозга или ткани, инициирующей эпилептические припадки, иногда используют слабый ток, чтобы проверить, не является ли ткань, которую предстоит удалить, жизненно важной для больного. Такое стимулирование может вызывать воспоминания, ощущения и даже чувство наслаждения или страха. Ток правильной силы, приложенный к правильному участку, может оказывать сильное лечебное действие. В некоторых случаях эффект настолько благоприятен, что электроды навсегда оставляют вживленными в мозг больного.

Болезнь Паркинсона – тяжелая патология, при которой у больных развиваются тремор, ригидность мышц и затруднения при ходьбе и речи. Тремор бывает настолько сильным, что у некоторых руки ходят ходуном. Глубокое стимулирование мозга широко применяется в настоящее время для снятия тремора, который не устраняется лекарствами. Электрическому стимулированию подвергают определенные группы нервных клеток, находящихся в глубине мозга, обычно в области так называемого субталамического ядра, которое участвует в управлении двигательной активностью. Используемое для этого устройство сходно по принципу действия с кардиостимулятором. В мозг больного имплантируют электроды, которые соединяют с помощью изолированных проводов с небольшим прибором, находящимся вне головы. В черепе просверливают маленькое отверстие, и через него в мозг вводят электрод. Операция проводится под местной анестезией, и пациент во время нее находится в сознании. Он активно помогает хирургу определить, правильно ли размещен электрод, сообщая о своих ощущениях при включении стимулятора и воздействии электрических импульсов на мозг. После установки электрода в нужное положение, стимулятор размером со спичечную коробку зашивают под кожу в районе ключицы. Стимулятор подает в мозг импульсы обычно с частотой 150 раз в секунду.

Глубокое стимулирование мозга подавляет активность субталамического ядра. Почему именно это происходит, остается спорным вопросом. По одной из гипотез стимулируются тормозящие нейроны, которые выключают чрезмерно активные нервные клетки, по другой – прерываются патологические ритмы мозга. Так или иначе, метод работает и очень эффективно. Больные с неконтролируемой дрожью всего тела приходят в норму сразу же, как только включается устройство. Майкл Холман, журналист из газеты Financial Times, описывает это так: «Проще ничего и быть не могло. Врач, обследовавший меня, нажал на кнопку и отключил работавший от батарейки стимулятор, который был имплантирован в мою грудную клетку. За считаные секунды тремор возобновился и стал усиливаться. Через пару минут меня безнадежно трясло. Еще одно прикосновение к кнопке, и тремора как ни бывало».

Искусственное ухо

Электроэнергия уже многие годы используется для питания слуховых аппаратов, которые представляют собой простые усилители, повышающие громкость звука. Однако если чувствительные клетки уха человека повреждены, то он все равно не слышит, каким бы громким ни был звук. Нормальные волосковые клетки в улитке внутреннего уха воспринимают звуковые сигналы и преобразуют их в электрические импульсы, которые поступают в мозг по слуховому нерву. Если у глухого человека сохранилась хотя бы часть слухового нерва, то можно, минуя поврежденные волосковые клетки, стимулировать этот нерв напрямую. Именно это и делают кохлеарные имплантаты.

На сегодняшний день они имеют как внутренние, так и внешние компоненты, первые имплантируют под кожу головы, а вторые носят за ухом. Внешнее устройство размером примерно с небольшой слуховой аппарат состоит из микрофона, речевого процессора и передатчика. Микрофон воспринимает окружающие звуки и преобразует их в электрические сигналы, речевой процессор отделяет фоновый шум, а передатчик посылает сигналы в приемник, установленный недалеко от него, но внутри тела. Приемник передает электрические сигналы к группе крошечных электродов, которые идут вдоль различных участков слухового нерва. Электроды вводят в одну из заполненных жидкостью камер улитки хирургическим путем так, чтобы они располагались достаточно близко к волокнам слухового нерва и обеспечивали их внешнее стимулирование.

Волосковые клетки улитки распределены вдоль нее в соответствии с тонами (частотами), к которым они чувствительны. Те, что реагируют на высокие звуки, находятся в одном конце, а те, что реагируют на низкие звуки, – на другом, во многом подобно клавишам рояля. Мозг различает высоту тона потому, что разные ветви слухового нерва связаны с волосковыми клетками, реагирующими на разные частоты. Если какую-либо ветвь нерва стимулировать искусственно, то мозг будет воспринимать сигнал как ноту определенной высоты. Количество электродов в кохлеарных имплантатах бывает разным, в современных устройствах оно колеблется от 16 до 24. Чем их больше, тем шире диапазон частот, которые человек может слышать. Именно поэтому существующие устройства не могут соперничать с настоящим ухом, которое имеет более 3000 внутренних волосковых клеток и позволяет нам слушать музыкальные композиции.

В настоящее время кохлеарные имплантаты вживляют только совершенно глухим людям, у которых повреждены волосковые клетки. Наилучший результат они дают у взрослых, потерявших слух, и у маленьких детей, родившихся глухими. Существует критический период, когда человек обретает способность говорить, и очень важно, чтобы дети получали кохлеарные имплантаты именно в это время – обычно в возрасте от двух до шести лет. Использование таких имплантатов пока еще очень молодое направление, и существующие устройства не могут восстановить нормальный слух в полной мере: британский политик Джек Эшли как-то заметил, что они звучат словно «хриплый далек[43] с ларингитом». Требуется время и тренировка, чтобы научиться понимать звуки, которые становятся слышными с помощью такого устройства. Особенно трудно воспринимать тональные языки вроде китайского, где важно различать тон. Тем не менее многие люди, которые когда-то были совершенно глухими, теперь могут слышать и даже пользоваться телефоном. Понимание речи на фоне шума, например в заполненном ресторане или баре, остается, однако, проблематичным.

Кохлеарные имплантаты помогают только в том случае, если сохранились хотя бы некоторые волокна слухового нерва, что бывает не всегда у совершенно глухих людей. Чтобы преодолеть эту проблему, были сконструированы электроды для имплантации непосредственно в слуховые центры головного мозга. Хотя это работает еще хуже, чем кохлеарные имплантаты, само направление перспективно и дает совершенно глухим людям надежду обрести хотя бы грубое восприятие звуков. Правда, не все глухие проявляют интерес к таким устройствам. Они смотрят на свой недостаток как на данность и предпочитают полагаться на язык жестов, позволяющий им легко общаться друг с другом.

Искусственная рука

Каждое утро Кристиан Кандлбауэр встает, завтракает, забирается в автомобиль и едет на работу. Вроде бы ничего необычного, если бы не одно обстоятельство – Кристиан лишился обеих рук в 17 лет во время несчастного случая. Теперь у него два протеза: один обычный, а другой управляемый мозгом. Нерв, который когда-то управлял потерянными руками, хирургическим путем вывели в грудную клетку, а его разные ветви имплантировали в разные группы мышц. Со временем новые нервные окончания срослись с грудными мышцами так, что теперь, когда Кристиан хочет пошевелить рукой, мозг посылает сигнал в нерв, который возбуждает грудные мышцы. Ничтожно малые электрические импульсы в мышцах поступают в усилитель, расположенный на поверхности грудной клетки, и преобразуются в движения искусственной руки. Протезы, управляемые импульсами мозга, все еще находятся в стадии разработки, и Кристиан – один из первых, кто опробовал их.

В настоящее время большинство протезов рук с электроприводом управляются электрическими сигналами мышц культи, и человек с таким протезом должен знать, сокращение каких мышц необходимо для управления рукой, и вызывать их сокращение сознательно. Обычно такие протезы могут совершать за раз только одно движение, например разжать пальцы или повернуть кисть. Кроме того, они действуют медленно и не подходят людям, полностью потерявшим руку или ногу. Более совершенные протезы конечностей, вроде того, что у Кристиана, совершают значительно более сложные движения и управляются интуитивно – как сказал один инвалид, «я просто хочу пошевелить ладонью или предплечьем, и они начинают двигаться». Но даже эти, более сложные протезы имеют серьезный недостаток – у них нет сенсорной обратной связи, показывающей, например, какую силу надо приложить, чтобы поднять предмет. Если схватить яйцо с силой, необходимой, чтобы поднять тяжелый кувшин, оно разобьется. Бионические руки, помимо прочего, дороги и требуют регулярной замены через несколько лет в результате износа. Это означает, что нужны более совершенные протезы. Как это часто бывает с исследованиями в области медицины, стимулом становится война, и большое число молодых американцев, лишившихся конечностей во время боевых действий в Ираке и Афганистане, заставило увеличить вложения в разработку новых технологий протезирования.

Если помечтать, то хотелось бы найти способ имитирования нормальной электрической активности нервов мышц наших ног, дающий парализованным возможность ходить. Это просто сказать, но чрезвычайно трудно сделать, поскольку ходьба – очень сложная задача. Мало того, что искусственные электрические сигналы должны иметь правильный характер и правильную частоту для разных мышц, нужно еще, чтобы движения постоянно корректировались с помощью обратной связи от конечностей. Глубоко в наших мышцах находятся сенсоры, так называемые мышечные веретена, которые определяют положение конечностей и степень сокращения мышц. Информация, поступающая от них, требуется не только для того, чтобы мы правильно ходили, но и чтобы справлялись с такими трудностями, как неровности почвы или ступени. Таким образом, система обратной связи просто необходима, иначе искусственное устройство не будет посылать правильные электрические сигналы мышцам.

Назад в будущее

Использование электротерапевтической аппаратуры является сегодня обычным делом. Глубокое стимулирование мозга буквально преобразило жизнь людей, которых раньше тремор полностью выбивал из нормальной колеи, а возможность его применения для лечения тяжелой депрессии в настоящее время исследуется. Кардиостимуляторы позволили многим вернуться к обычному образу жизни. Слуховые аппараты усовершенствовались и открыли новые возможности. Протезы конечностей становятся все более сложными. Устройства, позволяющие слепым видеть, а парализованным ходить, пока еще только разрабатываются, и до массового выпуска им еще очень далеко, однако нет причин полагать, что они так никогда и не появятся.

Прогресс вряд ли остановится на этом. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) уже позволяет отличать ответы человека на вопросы, где требуется сказать «да» или «нет». В будущем более глубокая интерпретация томограмм мозга, возможно, позволит людям с «синдромом изоляции» общаться с другими более свободно. Можно ли будет читать чужие мысли – это другой вопрос. Современная фМРТ-аппаратура массивна, громоздка, а ее разрешение во времени ограничено, и как много можно узнать по полученным сигналам, пока что неясно. И все же не стоит забывать, что если первые электрокардиографы занимали две комнаты, то сегодня портативный ЭКГ-аппарат стал обычным.

Если кардиостимуляторы, глубокое стимулирование мозга и фМРТ удивления не вызывают, то идея подключения мозга к компьютеру ошеломляет. В некотором смысле многие из нас уже взаимодействуют с ноутбуками и смартфонами, хотя и через глаза и кончики пальцев, а не напрямую с мозгом. Но чем старше я становлюсь, тем больше меня привлекает идея прямого взаимодействия. Как здорово было бы получать доступ к собственной памяти по желанию. На эту мысль меня натолкнула встреча с бывшим учеником, который ходил ко мне на занятия 20 лет назад и чье имя я никак не могла вспомнить. Поиск информации во Всемирной паутине под действием одной лишь мысли. Пугает, впрочем, перспектива соединения мозга проводами с компьютером. Иными словами, все упирается в характер подключения. Однако при условии, что соединение будет включаться и выключаться по желанию и что любая информация, загруженная в персональный накопитель (например, в мозг), будет находиться в безопасности и под нашим собственным контролем, думается, многие из нас в конечном итоге поддадутся соблазну. Мысль все же быстрее, чем набор текста на клавиатуре или чтение.

Однако история, рассказанная Мэри Шелли, глубоко сидит в наших головах, и сначала нам надо преодолеть страх перед неизвестным, перед монстрами вроде того, что был создан Франкенштейном. Нам нужно также определить подходы к регулированию использования такой технологии, которое не позволит ущемлять права бедных. Помимо прочего, подобное радикальное видоизменение нашего мозга не должно быть внешне заметным (поскольку люди предпочитают не выделяться из толпы), а соответствующие приспособления должны легко сниматься по желанию. Мы уже привыкли к некоторым устройствам, расширяющим возможности наших органов чувств, например к микроскопам, телескопам и приборам ночного видения, но их можно оставить на столе в конце рабочего дня. Также существуют калькуляторы и компьютеры, которые очень помогают нам, а Интернет служит внешней коллективной памятью со значительно большей емкостью и скоростью поиска, чем у нашего мозга и библиотек. Да что там говорить, многие из нас уже редко находятся в режиме офлайн, и первой реакцией на ставящий в тупик вопрос является желание запросить ответ в Google. Возможно, некоторые предпочтут и дальше взаимодействовать с такими электронными помощниками через свои органы чувств – пальцы, глаза и уши, – а не путем непосредственной связи с мозгом. Однако я лично хотела бы получить устройство, которое позволяло бы без усилий сохранять и отыскивать мои личные воспоминания. Думаю, его очень оценили бы люди, страдающие от потери памяти в результате таких расстройств, как болезнь Альцгеймера.

Конечно, искусственная память, подключаемая непосредственно к мозгу, пока что всего лишь научная фантастика. Но не следует забывать, что у научной фантастики есть свойство раньше или позже превращаться в реальность. Столетие назад мало кто думал, что механической рукой можно управлять силой мысли или что разъяренного быка можно остановить сигналом, передаваемым прямо в мозг. Не исключено, что в следующие 100 лет появится и искусственная память. Наверняка сказать невозможно, но я уверена, что ключом к успеху будет глубокое понимание того, как наш организм использует электричество, как воспоминания откладываются в памяти, как они хранятся и вызываются электрическими цепями в нашем мозге.

О теле электрическом я пою

1. Для тех, кому нужно более подробное объяснение, скажу, что это происходит следующим образом. Когда АТФ-зависимый калиевый канал открыт, ионы калия (K+) вытекают через него из клетки, и градиент концентрации калия уменьшается. Поскольку ионы K+ несут положительный заряд, их истечение смещает внутренний потенциал клетки в отрицательную сторону. Под влиянием отрицательного мембранного потенциала кальциевые каналы остаются закрытыми, и инсулин не выделяется. При повышении уровня глюкозы в плазме бета-клетка начинает более активно метаболизировать ее. Это приводит к выработке аденозинтрифосфата (АТФ), который присоединяется к АТФ-зависимому калиевому каналу и заставляет его закрыться. Как следствие, мембранный потенциал становится менее отрицательным (поскольку меньше ионов K+ уходят из клетки) и инициирует открытие кальциевых каналов. Под действием кальция, устремляющегося в клетку, везикулы с инсулином сливаются с поверхностной мембраной и выбрасывают свое содержимое в кровь.

1. Эпоха чудес

1. Приведенное здесь высказывание нередко приписывают Гальвани (см., например, книгу У. Аткинсона «Сила мысли» (Dynamic Thought), выпущенную в 1906 г.), но это неправильно. Оно не в стиле Гальвани, да и никто не насмехался над ним, когда он жил и работал. Не исключено, что автором высказывания является французский астроном Камиль Фламмарион. Именно в его книге «Неведомое» (L’inconnu et les problmes psychiques, 1862) оно встречается впервые. Я очень признательна профессору Марко Пикколино за предоставленную информацию.

2. По приговору Зевса Прометея навечно приковали к скале, где каждый день орел выклевывал ему печень. За ночь печень Прометея восстанавливалась, поэтому его мучения не прекращались. Любопытно, что Зевс выбрал именно печень, ведь это один из тех органов, которые обладают наибольшей способностью к регенерации.

3. Анн Робер Жак Тюрго так написал про Франклина в своей знаменитой эпиграмме: «Он похитил молнию у небес и власть у тирана».

2. Молекулярные поры

1. Рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК является молекулярной матрицей для наших клеток, а РНК – мессенджером, т. е. переносчиком информации, хранящейся в ДНК, в клеточные «фабрики белка».

2. Род Маккиннон получил Нобелевскую премию в 2003 г. вместе с Питером Эгром, история которого рассказывается в главе 8.

3. Импульс к действию

1. Ходжкин всегда связывал свой успех с судьбой и удачей.

2. Эндрю Хаксли происходит из очень известного семейства. Он является внуком Томаса Хаксли – «бульдога Дарвина», который страстно защищал и пропагандировал теорию эволюции; его единокровными братьями были романист Олдос Хаксли и биолог Джулиан Хаксли. Ходжкин также происходит из известного семейства ученых, в котором многие были историками.

4. Не забывайте о межклеточном пространстве

1. Несмотря на чрезвычайную ядовитость, ботулотоксин легко разрушается при нагреве. Споры бактерий, однако, могут выдерживать нагревание до 100 °С в течение двух часов.

2. По иронии судьбы английское слово gift (подарок) означает в немецком языке «яд», и то, что было поарком Западу, оказалось ядом для Гитлера – изгнанные им ученые помогли союзникам победить в войне.

3. После окончания Второй мировой войны Фельдберг получил значительную сумму «в возмещение ущерба» от правительства Германии. Он использовал ее для создания фонда по укреплению взаимосвязей между немецкими и британскими учеными. Фонд ежегодно присуждает довольно большую премию, а также финансирует поездку одного британского ученого в Германию и одного немецкого ученого в Великобританию.

6. Электрические рыбы

1. Сократ сухо отвечает, что он действительно походил бы на ската, если бы ошеломлял других, но причина смятения Менона вовсе не в этом, а в том, что он запутался сам.

2. Такой была цена в Северной Каролине, США. В Великобритании угри, без сомнения, стоили бы еще дороже. Гинея составляет 21 шиллинг, т. е. один фунт и 10 пенсов в современных денежных единицах.

3. Мощность в ваттах равна напряжению в вольтах, умноженному на ток в амперах.

4. Ампула Лоренцини представляет собой небольшую капсулу, которая связана с отверстием на поверхности кожи через заполненный желеобразным веществом электропроводный канал. Рецепторные клетки находятся на стенке ампулы. Они реагируют на разность потенциалов между горловиной канала (которая соприкасается с морской водой) и внутренней полостью. Разность потенциала генерирует электрические импульсы в нервных волокнах, которые связаны с ампулой. Стоит перерезать нервы, идущие к ампуле, и акула теряет способность реагировать на слабые электрические поля. Это убедительно доказывает, что ампулы Лоренцини служат органом электрорецепции.

7. Сердечное дело

1. Это был Герберт Гладстон (сын более известного Уильяма Гладстона), занимавший пост министра внутренних дел Великобритании в 1905–1910 гг.

2. Механизм этого явления неясен.

3. Кеворкян назвал свою машину в честь Танатоса, греческого бога смерти.

8. Жизнь и смерть

1. Подавляющая часть тех 150–200 литров жидкости, которые ежедневно проходят через наши почки, поглощается в верхней части почечных канальцев через другой тип водяных каналов.

2. Капли дождя не приводят к (ложному) захлопыванию ловушки по той причине, что она реагирует только в том случае, если прикоснуться к двум волоскам последовательно друг за другом в течение 20 секунд.

9. Врата чувств

1. Олдос Хаксли взял название своей известной книги «Врата чувств» (The Doors of Perception), посвященной воспоминаниям о приеме мескалина, из поэмы Уильяма Блейка. Название популярной в 1960-х гг. музыкальной группы The Doors возникло под влиянием книги Хаксли, а значит, также восходит к поэме Блейка. Блейк, в свою очередь, позаимствовал идею у Платона, который говорил, что мы подобны пленникам подземелья, которые судят о внешнем мире лишь по теням на стене, и наше представление о реальности не более чем иллюзия.