Возникает вопрос, как же все это происходит? Что там выкачивает ионы натрия, что закачивает их внутрь при его возбуждении и что снова возвращает их обратно, когда нейрон находится в рефракторной фазе? К сожалению, мы пока не знаем, как это происходит. Механизм «ионных насосов», неустанно работающий в нервных клетках, еще остается тайной нашего мозга. Пока что наиболее правдоподобно предположение, что это делают специальные органические молекулы-переносчики, имеющиеся в мембране.
Итак, мы с вами остановились на самом драматическом моменте в существовании любого живого существа: нейрон сработал, электрический импульс в аксоне возник. Что происходит с этим импульсом дальше?
Он перекидывается на соседние нейроны. Но происходит это совсем не так просто, как, например, в телефонном реле или электрическом переключателе.
Дело в том, что принципы передачи электрического сигнала в нейронных цепях иные, чем в цепях электрической связи, создаваемых техникой.
Каждый дендрит и ответвления аксона кончаются круглой бляшкой, похожей на тарелку, которую называют синапсом (в переводе — «застежка», «пуговица»).
Синапсы могут примыкать к телу нейрона или к его дендритам. Но (обратите внимание!) они никогда не касаются ни тела другого нейрона, ни другого синапса. Между ними всегда остается крохотное, в десятитысячную долю миллиметра пространство.
Итак, электрический импульс, чтобы с синапса попасть на тело или на дендрит другого нейрона, должен проскочит крохотное пространство между синапсом и другим нейроном.
Как это происходит?
Установлено, что под влиянием пришедшего импульса синапс выделяет особые активные химические вещества (так называемые медиаторы, т.е. «посредники»): ацетилхолин, сератонин, адреналин. Соприкоснувшись с телом соседнего нейрона, эти медиаторы возбуждают его, приоткрывая «дверь» для ионов натрия. Отрицательный заряд нейрона начинает уменьшаться. Как только медиатор совершил свою работу, выделяются «антимедиаторы», которые его разрушают. Например, ацетилхолин разрушается наступающей ему навстречу холинэстеразой, которая разлагает его на неактивные холин и уксусную кислоту. Затем истощившийся медиатор восстанавливается обратным синтезом, и синапс снова готов к работе.
Между прочим, если в мозг попадают вещества, похожие по составу на медиаторы (так называемые, психотомиметики), то этот механизм нарушается. Антимедиаторы не справляются со своей работой. Возбуждения нейронов своевременно не прекращаются, происходит хаотическое замыкание разнообразных связей. В умеренных дозах человек испытывает при этом просто психический подъем. На этом основано действие так называемых тонизирующих средств (кофе, фенамин, женьшень и т.д.). При более активных психото-миметиках вся психическая деятельность дезорганизуется, начинаются галлюцинации, непроизвольные движения и т.п. В этом, по-видимому, заключается суть действия наркотиков.
Для чего нужна такая сложная схема? Почему нельзя было бы просто передать импульс тока прямо с нейрона на нейрон?
Оказывается, разные синапсы вырабатывают разные медиаторы. Поэтому, импульс, который выдается нейроном, действует с разбором. Одни нейроны он возбуждает, а другие оставляет равнодушными. Каждый синапс как бы выбирает адресата, чувствительного к его импульсам. Таким образом, осуществляется адресация информации в те системы, где она должна быть использована. Это — во-первых.
А во-вторых, возможно, что медиаторы изменяют химический состав межсинаптической щели. Некоторые исследователи считают, что именно это изменение химизма синаптических областей лежит в основе образования межнейронных связей.
Мы пока рассматривали нейрон вообще. Но нейроны отнюдь не тождественны. Различные нейроны работают по-разному.
Прежде всего это зависит от того, в какой части нервной системы они находятся. С этой точки зрения все нейроны можно подразделить на три группы:
1. Эффекторные нейроны, которые посылают управляющие команды к внутренним органам и мышцам. Принцип их действия тот же, но генерируемые ими на выходе импульсы вызывают сокращение мышц или работу желез. Эти нейроны, по-видимому, объединены в группы определенными врожденными связями, которые обеспечивают выполнение программ действия в ответ на определенные пусковые сигналы (нервные и гуморальные).
2. Рецепторные нейроны. Это нейроны, которые собирают и передают информацию о внешних воздействиях и состояниях организма. Они как бы переводят данные о свойствах раздражителей на язык стандартных сигналов (электрических импульсов), единственно понятный нервной системе. Среди этих нейронов одни реагируют только на включение раздражителя «оп»-ней-роны) или только на его выключение («оП"»-нейроны). Недавно обнаружены также нейроны, которые реагируют лишь на новизну раздражителя («нейроны внимания»). Среди перечисленных нейронов, в свою очередь, имеются специализированные и мультисенсорные. Первые отвечают лишь на один определенный раздражитель, например, только на свет, или только на звук. Вторые реагируют на любые (или, во всяком случае, разные) типы раздражителей (и световые, и звуковые, и обонятельные, и болевые и т.д.).
3. Ассоциативные нейроны. С их помощью образуются нервные связи. Ассоциативные нейроны — это и есть, так сказать, гвоздь программы. Это те самые нейроны, которые связывают между собой внешнее раздражение и ответ на него организма. Исследования показали, что ассоциативные нейроны бывают разных типов. Первый тип — это, так называемые, возбуждающие нейроны. Второй — так называемые, тормозные нейроны. Тормозные нейроны, возбуждаясь, подают команду торможения других нейронов. И, наконец, так называемые, дифференцирующие нейроны. Эти нейроны работают так: если он возбужден, то он тормозит другие нейроны; если он заторможен, то он возбуждает другие нейроны. Из логики известно и можно доказать, что трех таких элементов достаточно, чтобы описать любые логические связи, т.е. описанных типов взаимодействия нейронов достаточно, чтобы построить любую логическую модель действительности.
Еще одна особенность нейронов — для того, чтобы нейрон сработал, обычно не достаточно только одного импульса на входе. Нужно, обычно, чтобы одновременно совпали или последовали друг за другом импульсы от разных аксонов на несколько его входов. Иначе говоря, нейрон работает не просто как передатчик импульсов, но и как интегрирующее или дифференцирующее устройство.
Наконец, важнейшая черта — аксон работает по так называемому принципу «все или ничего». Суть его в следующем. Вплоть до некоторго порогового уровня силы раздражителя, например, при деполяризации до 60 милливольт, аксон вообще не реагирует. Как только деполяризация перевалит эту величину, аксон сразу срабатывает и выдает ответный импульс. Причем, величина ответного импульса всегда будет одинаковой. Сила раздражителя определяет лишь, сколько таких ответных импульсов выдает нейрон. Таким образом, нейрон работает, скорее всего, как пулемет. Пока сила нажима недостаточна для того, чтобы спустить курок, выстрела не будет. Как только достаточна — следует выстрел. Причем, выстрел будет совершенно одинаковый, а сами выстрелы будут следовать один за другим, пока вы жмете курок. В зарубежной литературе по физиологии иногда так и называют выдачу нейроном импульса — нейрон «выстреливает импульсом». А сам этот механизм «все или ничего» называют триггерным механизмом (триггер — в переводе означает «спусковой крючок»).
Разумеется, приведенная аналогия является упрощенной. В отличие от пулемета, число «выстрелов», которые совершает нейрон, зависит не только от времени действия раздражителя, но и от его силы. Причем, разные нейроны реагируют на тот же радражитель по-разному, так как они имеют разные пороги. К тому же эти пороги не являются постоянными. В отличие от исправного пулемета, нейрон может срабатывать и без видимых внешних причин. Такие внезапные самовозбуждения нейронов, вызванные какими-то внутренними причинами, называют спонтанными возбуждениями. Наконец, тоже в отличие от пулемета, возбуждение нейрона не прекращается сразу с прекращением действия раздражителя. Такую затухающую «стрельбу», после того как «тревога» уже закончилась, называют остаточным возбуждением (или торможением).
У разных нейронов период остаточного возбуждения (торможения) различен. У рецепторных нейронов он обычно измеряется долями секунды. Но у некоторых ассоциативных нейронов он может длиться до десяти и более минут. Кроме того, длительность остаточного возбуждения (торможения) зависит еще и от силы раздражителя, его длительности, числа и характера поступивших импульсов и других факторов.
Средствами математической логики можно показать, что описанные механизмы интеграции и дифференцировки сигналов в сочетании с разнообразными формами задержек (т.е. остаточных возбуждений и торможений) достаточны для анализа и синтеза сигналов, их статистической фильтрации и перекодирования в высшие алфавиты.
Иначе говоря, уже известные нам физиологические механизмы по переработке сигналов нейронами в общем обеспечивают те основные структуры переработки информации, которые, как мы видели, лежат в основе психической деятельности.
При этом некоторые взаимодействующие системы нейронов объединены врожденными связями. Такие системы образуют как бы готовые блоки, отбирающие раздражители с заданными свойствами и перерабатывающие информацию о них по заранее заданной врожденной программе. Другие блоки вместе с их программами селекции и переработки информации формируются в течение жизни индивида на основе обучения.
В последнее время появились данные о том, что мозг располагает еще особыми механизмами селекции и переработки информации, которые принципиально отличаются от научения. В основе этих механизмов лежат спонтанные самовозбуждения нейронных групп, на основе которых в мозгу замыкаются и образуются новые связи, модели и программы, не встречавшиеся в опыте организма. Эти модели и программы затем реализуются в поведении, и практика отбирает те из них, которые правильно отражают объективную реальность.