§ 2. Сигналы нервных клеток

Для анализа событий во внешнем мире или внутри нашего тела, для передачи информа­ции от клетки к клетке нейроны используют электрические и химические сигналы. Рассто­яние передачи сигнала может быть большим: от кончиков пальцев на ногах до спинного мозга. Различные сигналы прекрасно предста­влены все в той же сетчатке. В то время, когда Рамон-и-Кахаль рисовал стрелки на рис. 1.2А, почти не было информации об этих сигналах, что делает его достижения еще более приме­чательными.

Глава 1. Передача информации и структурная организация мозга

21

Ступени переработки информации мож­но последовательно проследить: спет падает на фоторецепторы и генерирует электричес­кие сигналы, которые воздействуют на бипо­лярные клетки. От биполярных клеток сигна­лы передаются к ганглиозным клеткам и от них к высшим центрам мозга, которые и осу­ществляют восприятие внешнего мира. В сле­дующих разделах рассматриваются свойства сигналов и пути переработки информации.

Классы электрических ' сигналов

Электрические сигналы нервных клеток мо­гут быть разделены на два основных клас­са. Во-первых, это локальные градуальные по­тенциалы (см. рис. 1.8), которые вызываются такими внешними стимулами, как свет, па­дающий на фоторецепторы глаза, звуковая волна, деформирующая волосковые клетки уха, или прикосновение, механически сме-шаюшее отросток сенсорной клетки в коже. Сходны по характеристикам, но существенно отличаются по происхождению сигналы, ге­нерируемые в синапсах — соединениях меж­ду клетками, которые мы обсудим позже. Все эти сигналы градуальны и привязаны к ме­сту возникновения, а их распространение за­висит от пассивных характеристик нервных клеток.

Потенциалы действия составляют вторую основную категорию (см. рис. 1.9). Потенци­алы действия вызываются локальными граду­альными потенциалами. В отличие от локаль­ных потенциалов, они быстро распространя­ются на большие расстояния — например, от глаза до высших центров по волокнам ган-глиозных клеток, составляющих оптический нерв, или от моторных клеток в спинном мозге к мышцам ноги. Второе отличие по­тенциалов действия состоит в том, что они фиксированы по амплитуде и длительности, как точки в азбуке Морзе. Крайне существен­но понимать, что потенциалы действия, путе­шествующие по волокнам оптического нерва не являются эпифеноменами, присутствую­щими лишь в наших представлениях о работе мозга. Они являются единственной формой сигнализации, которая снабжает мозг инфор­мацией о внешнем мире.

Передача сигнала от сетчатки может быть представлена следующей упрошенной схемой:

Свет

I Локальный градуальный сигнал в фоторецепторе

1 Локальный градуальный сигнал в биполярной клетке

1 Локальный градуальный сигнал в ганглиозной клетке

J Потенциал действия в ганглиозной клетке

1 Проведение сигнала к высшим центрам.

Универсальность электрических сигналов

Важным свойством электрических сигналов является то, что они фактически идентичны во всех нервных клетках организма независи­мо от того, запускают ли они движение, пе­редают ли информацию о цветах, формах или болезненных стимулах, или соединяют раз­личные области мозга. Вторым важным свой­ством сигналов является то, что они настолько одинаковы у разных животных, что даже уму­дренный опытом исследователь не способен точно отличить запись потенциала действия от нервного волокна кита, мыши, обезьяны или профессора. В этом смысле потенциа­лы действия могут считаться стереотипны­ми единицами. Они являются универсальным эталоном для обмена информацией во всех исследованных нервных системах. В мозге не типы сигналов, а огромное количество кле­ток (от 10¹⁰ до 10¹² нейронов) и разнообразие связей обеспечивают сложность выполняемых задач.

Эта идея была высказана в 1868 году не­мецким физиком и биологом Германом фон Гельмгольцем. Беря за основу гипотетические принципы, задолго до обнаружения извест­ных сейчас фактов, он писал²':

Нервные волокна часто сравнивают с теле­графными проводами, пересекающими мест­ность, и это сравнение хорошо приспособлено для иллюстрации удивительных и важных осо­бенностей их образа действия. В телеграфной сети везде мы обнаруживаем те же медные или стальные провода, несущие только один вид движения, поток электричества, но вызы­вающие самые разные результаты на разных станциях в соответствии с дополнительной аппаратурой, с которой провода соединены. На одной станции эффект состоит в звонке колокольчика, на другой сигнал просто переда­ется дальше, на третьей вступает в работу записывающий аппарат. ...Говоря коротко, ка­ждое из... различных действий, вызываемых

22