За десятилетие, прошедшее после этого исследования, была проделана большая работа по генетике болевых рецепторов у человека. Нарушение нормального восприятия боли и передачи ее в мозг оказалось чрезвычайно сложным явлением. При аномальном восприятии боли нарушаются многие функции клеток, включая пути, участвующие в регуляции серотонина, эстрогена, ГАМК, глутамина и катехоламина. Кроме того, в развитии участвуют факторы роста и другие важные белки. Создается впечатление, что существует много типов боли, которые опосредованы различными хеморецептивными и ионными канальными механизмами.
7. Где я?Пределы слуха и равновесия человека
Что для одного – крик, для другого – писк; что для одного – музыка, для другого – невыносимый шум.
Любой, кто хоть раз испытывал тяжелое похмелье после бурно проведенной ночи, знает, каково это, когда все плывет, кружится и качается перед глазами. В мае 2006 года четверо техногиков в течение четырнадцати часов обсуждали этот феномен в чате, наперебой предлагая «лекарства» от этого недуга. Вот один гэг оттуда: «Единственное, что я могу вам посоветовать, – это забиться в угол комнаты и изо всех сил держаться за стены. Затем позвоните предкам и скажите им, что мир на самом деле вращается вокруг вас». Перебор с алкоголем – дело нешуточное, но на этом примере легко объяснить, как работает равновесие у человека. В главе 5 я описывал строение внутреннего уха. Часть этой структуры необходима для слуха, но полукружные каналы внутреннего уха предназначены для равновесия.
Полукружные каналы формируют своего рода трехмерную систему координат с осями X – Y – Z, известную как вестибулярный аппарат. Все три полукружных канала заканчиваются ампулами, и в этой области они сходятся вместе. Сами каналы заполнены жидкостью – эндолимфой. Внутри каждая из трех ампул заполнена желеобразной ячеистой структурой. Это купула, на которой расположены небольшие реснички, или волоски, отходящие от ее поверхности. Эти реснички снабжены нервами и соединены с мозгом. Если вы поворачиваете голову, жидкость смещается под действием инерции, вызванной поворотом головы. Каждая купула, как поплавок на удочке, движется в обратном направлении, чуть запаздывая, что вызывает изгиб ресничек в ампуле. Сгибание волосков вызывает потенциал действия в каналах, который передается в мозг, где информация интерпретируется, чтобы помочь нам удержать равновесие. Однако равновесие – это не только то, где в пространстве находится наша голова.
Вокруг нас постоянно какое-то движение, да и мы сами движемся. Даже то, как мы воспринимаем свое положение в пространстве, включает в себя хаотичное движение – броуновское движение жидкости в полукружных каналах. Если бы все это броуновское движение распознавалось вестибулярным аппаратом, с равновесием была бы полная неразбериха: мозг бы просто задымился от перегрузки, получая столько ложной информации. Меес Мюллер с коллегами разработал модель для изучения того, как полукружные каналы справляются с воздействием броуновского движения. Эта модель рассматривает несколько особенностей строения волосковых клеток купулы. Стоит отметить, что волоски этих клеток в десять раз длиннее, чем волоски в слуховой системе, в десять раз более упруги (кохлеарные волоски слуховой системы сгибаются намного легче) и в сто раз труднее смещаются, чем кохлеарные волоски. Благодаря волосковым клеткам купулы эта странная система с трехосным вестибулярным аппаратом позволяет справиться с броуновским движением и сохранить равновесие (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Строение внутреннего уха. Органы равновесия – слева, а слуховой аппарат – справа
Вся информация из полукружных каналов отправляется в мозг и объединяется с информацией из трех других источников – глаз, мышц и суставов[22]. Информация из всех трех органов чувств передается в ствол головного мозга, где интерпретируется, взаимодействуя с мозжечком и корой головного мозга. Эти две области мозга важны, потому что позволяют остальной части тела реагировать на первоначальное движение, из-за которого возникла потребность в равновесии. Мозжечок играет важную роль, поскольку координирует сложные движения тела, а кора головного мозга – потому что предоставляет информацию из памяти и усвоенного опыта для того, чтобы «устранить крен».
Фигуристы лучше всех держат равновесие. Их пируэты – сложнейший вызов вестибулярному аппарату, но спортсмены справляются с нагрузкой. Как только фигурист начинает вращаться в какую-то сторону, купула быстро смещается в противоположном направлении из-за инерционных свойств эндолимфы. Реснички купулы, или волоски, сгибаются, указывая мозгу, что голова движется в направлении вращения. Но по мере увеличения количества оборотов (примерно через десять секунд) жидкость в каналах полностью увлекается окружением, и чувствительность к этому вращению исчезает. Даже при таких экстремальных возмущениях купулы, как во время исполнения классических элементов – винта, бильмана, волчка, либелы или заклона, фигуристы грациозно выходят из вращения. В 2006 году Наталья Канунникова установила мировой рекорд по вращению стоя – 308 оборотов в минуту! – после чего заскользила по льду как ни в чем не бывало.
Как же фигуристы, такие как Канунникова, сохраняют равновесие и справляются с головокружением? Отчасти это врожденные способности, поэтому и великим спортсменом стать не так-то уж просто. Но конечно же, есть и уловки, помогающие преодолеть причуды вестибулярного аппарата. Одна из хитростей при вращении – постановка ног и, следовательно, расположение центральной оси, вдоль которой вращается фигурист. Если четко держать эту ось в стабильно вертикальном положении, зафиксировав на ней центр тяжести, тело будет сохранять равновесие. Конечно, для совершенствования техники требуются годы практики, но это того стоит. Есть еще один трюк – сверхбыстрое вращение надо выполнять в конце программы. Если фигурист ставит эффектную точку в выступлении, заканчивая вращение в стабильной (но драматичной) позе, восстановить равновесие ему сильно проще. Другой фокус состоит в том, чтобы выйти из вращения, войдя в широкую дугу, во время которой можно восстановить даже пошатнувшийся баланс. Дугу часто считают движением поэтичным и артистичным, а на самом деле это средство выживания, которое фигурист использует, чтобы оставаться в равновесии.
А вот за похмелье и «танцующие» стены ответственен этанол. Если ночь удалась и алкоголя было выпито больше, чем печень может детоксифицировать, этанол остается в кровотоке и путешествует по всему организму. Одно из мест, где он скапливается в довольно ощутимом для физиологии количестве, – внутреннее ухо, и особенно полукружные каналы. Купула полукружного канала не привыкла к этаноловым ваннам и после подобного купания искажает свою форму, из-за чего реснички остаются в постоянном контакте со сторонами ампул. Затем связанные с купулами нервные клетки посылают импульс в мозг, сигнализируя о неполадках с равновесием, и тот реагирует, пытаясь компенсировать ошибочную информацию. В частности, мозг запускает вращение зрительной системы – вот откуда «вертолетики» перед глазами. Пьяный человек может просто заснуть, не испытывая какого-то дискомфорта. Во время сна этанол испарится[23] и купулы восстановят первоначальную форму. Но после пробуждения человек может обнаружить, что комната все еще вращается. Это вращение – результат «памяти» мозга: он воспроизводит ошибочную информацию прошлой ночи и снова заставляет зрительную систему вращаться, чтобы компенсировать это воспоминание.
Все супергерои и крутые парни обладают идеальным чувством баланса. Разве обычный человек может сравниться с ними? Неуклюжий чудак – персонаж многих забавных историй, из которых складывается наше представление о человеческих возможностях. Один из самых известных случаев супербаланса связан с индейцами-скайуокерами (см. вставку 7.1).
7.1 Скайуокеры?
Есть много историй о представителях различных этнических групп, демонстрирующих чудеса равновесия. Могавки – индейцы из Лиги ирокезов – долгое время считались крутыми специалистами по балансу и благодаря такой репутации легко находили себе работу на высоте, на строительных площадках небоскребов к примеру, за что и получили прозвище – скайуокеры[24]. В Нью-Йорке действительно почти 10 % монтажников-высотников на небоскребах – выходцы из племени ирокезов. Но вся история о суперспособностях этих людей всего лишь миф. Могавки Канаваке (это маленькое индейское государство-резервация в Канаде), которые считались первыми скайуокерами, жили в конце 1880-х годов неподалеку от строящегося железнодорожного моста. Компания, занимающаяся строительством, наняла нескольких мужчин-могавков для работы на мосту, и там они показали себя с лучшей стороны, – казалось, что они совсем не боятся высоты. А потом выяснилось, что все совсем наоборот: они очень боялись, но никак не показывали свой страх. Это было бы ниже их достоинства, ведь полное презрение к опасности – часть их культуры. Для могавков карьера скайуокера была и остается сродни пути воина, поэтому эта традиция и укоренилась в устое племени. На самом же деле скайуокеры держат равновесие ничуть не лучше, чем другие люди.
По данным Национального института глухоты и других коммуникативных расстройств, входящего в состав Национальных институтов здоровья, многие медицинские аномалии коренятся в вестибулярном аппарате. Головокружение, к примеру, весьма неприятное состояние. Оно может быть вызвано несколькими анатомическими и физиологическими дисфункциями и носит несколько названий. Два наиболее распространенных расстройства, которые приводят к головокружению, – доброкачественное позиционное пароксизмальное головокружение (BPPV) и син