способны влиять на работу вегетативной нервной системы или даже полностью ее блокировать. К концу XIX века стало ясно, что воздействие оказывается на нервно-мышечный синапс – область, где вегетативный нерв вступает в контакт с мышцей. Ленгли изучал действие адреналина, гормона, синтезируемого парой маленьких эндокринных желез, расположенных чуть выше почек (отсюда и название – надпочечники), которые, как известно, являются жизненно необходимыми органами. Исследователь обнаружил, что адреналин в основном дает тот же эффект, что наблюдается и при активации вегетативной нервной системы: подавляется работа кишечника и мочевого пузыря, расширяются зрачки и повышается артериальное давление. Несколько лет спустя коллега Ленгли, Томас Эллиотт, пришел к выводу, что «адреналин может быть химическим стимулятором, высвобождаемым каждый раз, когда импульс достигает периферии» [42]. Правда, Эллиотт полагал, что адреналин выделяется органом под воздействием нервного импульса, а не вырабатывается самим нервом. Действительно, в 1921 году Ленгли – педантичный приверженец фактов и враг всяческих спекуляций – отверг идею о том, что адреналин может действовать в синапсе, «поскольку в таком случае процесс будет включать выделение вещества из нервных окончаний», а это было невозможно [43].
Одним из тех, кто выяснил, что нервы действительно вырабатывают некую субстанцию, был другой британский ученый, Генри Дейл[149]. В годы, предшествовавшие Первой мировой войне, он изучал физиологические эффекты экстрактов спорыньи[150], включая те, что могут воспроизводить действие адреналина и стимуляции вегетативной нервной системы. Одним из первых открытий Дейла было то, что такие вещества, как никотин, изменяют функционирование вегетативной системы. Дейл обнаружил, что один из экстрактов спорыньи, ацетилхолин, в основном замедляет сердечный ритм (когда исследователь впервые ввел его кошке, то подумал, что убил животное, так как не смог услышать сердцебиения) [44]. Поначалу Дейл был убежден, что ацетилхолин – не более чем мощный наркотик, потому что не располагал никакими доказательстами того, что данное вещество или подобное ему присутствует в организме [45]. Ученый постепенно наблюдал все больше свидетельств того, как различные химические соединения активируют либо замедляют активность вегетативной нервной системы. Но, ввиду отсутствия прямых подтверждений, Дейл упорно избегал предположения, что исследуемые им вещества присутствуют в организме естественным образом.
Прорыв произошел в 1920 году, когда немецкий физиолог Отто Лёви[151] увидел сон, сосредоточенный на идее, которую он обсуждал с Эллиоттом много лет назад. Идее о возможности того, что химические вещества могут высвобождаться во время стимуляции мышц нервом. Отто Леви приснился сон об идее, которую он обсуждал с Эллиоттом много лет назад. История сновидения, рассказанная им сорок лет спустя, была такова:
«Я проснулся, включил свет, бегло набросал несколько фраз на клочке тонкой бумаги. Потом я снова уснул. В шесть часов утра мне пришло в голову, что ночью я записал что-то очень важное, но мне не удалось расшифровать эти каракули. На следующую ночь, в три часа, идея вернулась. Это был план эксперимента, позволяющего определить, верна или неверна гипотеза химической передачи, которую я высказал 17 лет назад. Я немедленно встал, пошел в лабораторию и поставил простой опыт на сердце лягушки в соответствии с ночным планом»[152] [46].
Насколько бы точна ни была история Лёви – детали менялись каждый раз, когда он повторял ее, – эксперимент удался [47]. По крайней мере, он сам так считал. Лёви провел эксперимент на двух изолированных и бьющихся лягушачьих сердцах, помещенных в специальный солевой раствор. Ученый подавлял активность одного сердца, стимулируя электрическим током его блуждающий нерв. Затем Лёви брал часть раствора, омывающего замедлившееся сердце, и впрыскивал его во второе, ритм которого тоже снижался после данной манипуляции. Несмотря на уверенный вывод, сделанный Лёви, о том, что химическое вещество, выделяемое блуждающим нервом, подавляет работу сердца, большинство ученых не приняло результатов его эксперимента. Либо они не смогли подтвердить выводов Лёви, либо их просто не убедили довольно расплывчатые цифры, приводимые в его статье [48]. Лёви собрал доказательства – в течение нескольких лет он опубликовал семнадцать статей на эту тему, – но многие исследователи все еще сомневались из-за проблем с воспроизводимостью результатов. Сейчас мы можем сказать, что эти трудности отчасти возникли потому, что Лёви был необычайно удачлив. Вещество, которое он изучал, – ацетилхолин – очень хрупкое, но если амфибии все еще находятся в состоянии зимнего оцепенения (как это было, когда ученый проводил первые эксперименты), то вероятность разрушения ацетилхолина снижается [49]. Исследователи, пытавшиеся летом повторить опыт Лёви, как правило, терпели неудачу.
К началу 1930-х годов усовершенствование экспериментальной аппаратуры и более глубокое понимание того, как ацетилхолин может расщепляться естественными ферментами, укрепили уверенность в том, что обнаруженный эффект был реальным. Удивительно, но даже Лёви не считал, что ацетилхолин является примером более общего феномена. Как и большинство ученых, он не думал, что синапсы, участвующие в движении, могут работать путем химической передачи сигналов.
Примерно в то же самое время Генри Дейл сосредоточился на вопросе о том, что именно происходит в синапсе. Его работу вскоре поддержал Вильгельм Фельдберг, еврейский ученый, который бежал из Германии вскоре после прихода нацистов к власти. Фельдберг, прибывший в лабораторию к Дейлу, привез с собой сложную методику обнаружения минимальных следов ацетилхолина, включавшую в себя пропускание веществ из нерва над определенной мышцей, вырезанной у конкретного вида пиявки. К мышце прикреплялся датчик, который показывал, насколько сильным было сокращение. Несмотря на техническую сложность эксперимента, в течение трех лет по прибытии в лабораторию Фельдберг опубликовал двадцать пять работ, доказывающих, что ацетилхолин секретируется широким спектром вегетативных нервов, включая все ветви блуждающего нерва. Метод был достаточно точен, чтобы выявить, что вещество секретируется синапсами вегетативной нервной системы, а также что оно присутствует в синапсах нервов, участвующих в произвольном движении, хотя Фельдберг и Дейл не могли проиллюстрирвовать его воздействие.
Нобелевскую премию в 1936 году дали ученым Лёви за то, что ему приснился эксперимент, и Дейлу за то, что он доказал, что это правда.
По необычному решению Нобелевского комитета премия 1936 года досталась Лёви и Дейлу за демонстрацию того, что было названо нейрогуморальной регуляцией. Лёви приснился эксперимент, а Дейл – с существенной помощью Фельдберга, не получившего вознаграждения, – доказал, что это правда.
Разногласия между теми, кто ратовал за электрическую синаптическую передачу (искры), и теми, кто выступал за химический эффект (супы), не утихали с тех пор, как Дюбуа-Реймон впервые указал на две эти возможности шестьдесят лет назад. Спор теперь велся гораздо ожесточеннее. Вероятно, самым ярым сторонником «супного» взгляда на синаптическую активность был самоуверенный австралийский физиолог Джон Экклс, ученик Шеррингтона. Он был убежден, что все синапсы в центральной нервной системе являются электрическими. Но, столкнувшись с возрастающим количеством все более убедительных доказательств позиции Дейла и других, Экклс постепенно признал, что химическое действие в синапсе может играть незначительную роль в передаче нервных импульсов.
Непреклонность сторонников «супной» позиции мало способствовала сглаживанию острых углов, и споры по этому вопросу порой выходили из-под контроля. В 1935 году будущий нобелевский лауреат Бернард Кац[153] присутствовал на своем первом заседании Физиологического общества в Кембридже. Он был поражен характером дискуссии между Экклсом и Дейлом, напоминавшей скорее «настоящую схватку» (сам Экклс описывал происходившее как «очень напряженную встречу») [50]. Однако подобные столкновения не приводили к длительным неприятностям: на самом деле Экклс и Дейл поддерживали хорошие личные отношения, какими бы агрессивными ни казались их пререкания посторонним.
Экклс упорно сопротивлялся «супной» гипотезе до начала 1950-х годов, пока данные его собственной лаборатории окончательно не указали на его же ошибку. В 1947 году он выдвинул теорию, объясняющую торможение с электрической точки зрения, предположив, что небольшая клетка вблизи синапса, теперь называемая клеткой Реншоу[154], может изменять полярность постсинаптического нейрона, тем самым эффективно препятствуя передаче электрического сигнала. Как и в случае с Лёви, озарение пришло Экклсу во сне [51]. Но по истечении четырех лет мечта Экклса испарилась, разрушенная суровыми фактами.
Клетка Реншоу действительно воздействовала на постсинаптический нейрон, но противоположным образом, чем предсказывал Экклс, и поэтому не могла объяснить торможение. Сообщая об эксперименте в 1952 году, Экклс и его коллеги писали: «Таким образом, можно заключить, что тормозное синаптическое действие опосредовано специфическим веществом-передатчиком, которое высввобождается из тормозных синаптических пузырьков». Они пошли дальше, признав, что, вероятно, «возбуждающее синаптическое действие также опосредовано химическим медиатором[155]» [52].
Нейромедиаторы играют важную роль в функционировании нервной системы.
Так «супная» теория одержала победу, и постепенно была признана важная роль нейромедиаторов в функционировании нервной системы. Но эти изящные и изменяющие правила игры исследования не оказали непосредственного влияния на понимание работы мозга: почти все они были сосредоточены на вегетативной нервной системе и относительно медленных движениях висцеральных мышц