Исследования нервной деятельности и поведения

Начало науке о нервной системе — неврологии — положил швейцарский физио­лог Альбрехт фон Галлер (1708—1777), опубликовав­ший в 60-х годах XVIII в. восьмитомное руководство по физиологии человека. До него считалось, что нер­вы — это полые трубки, которые несут загадочный «дух», или флюид, подобно тому, как вены — кровь. Однако Галлер отверг это мнение и предложил но­вое понимание нервной деятельности, исходя из дан­ных эксперимента.

Например, он выяснил, что мышцы обладают «раз­дражимостью», то есть слабое возбуждение мышцы приводит к ее резкому сокращению. Слабое возбуж­дение нерва также приводит к резкому сокращению связанной с ним мышцы. Нерв более «раздражим», чем мышца, и Галлер делает вывод, что движениями мышц управляет в большей мере стимуляция нерва, чем непосредственное их раздражение.

Он показал также, что ткани сами по себе не вос­принимают ощущений; пронизывающие их нервы не­сут импульсы, которые вызывают ощущения. Но все нервы ведут к головному или спинному мозгу — явное указание, что именно здесь находятся центры восприя­тия и ответного действия. Производя опыты со стиму­ляцией или повреждением различных участков голов­ного мозга животных, Галлер наблюдал различные типы ответного действия.

Работы Галлера продолжил немецкий врач Франц Галль (1758—1828), который в 1796 г. начал читать лекции по неврологии. Он показал, что нервы идут к серому веществу головного мозга. Белое веще­ство мозга Галль считал связующей субстанцией.

Подобно Галлеру, Галль предполагал, что опреде­ленные участки головного мозга управляют опреде­ленными участками тела. Он довел это положение до крайности, считая, что участки головного мозга конт­ролируют не только чувствительные восприятия и спе­цифические мышечные движения, но и все виды эмо­ций и свойства темперамента. Его последователи утверждали, что черты человека можно определить ощупыванием выпуклостей на черепе. Эти взгляды легли в основу псевдонауки — френологии.

Нелепости френологии заслонили тот факт, что в утверждениях Галля была доля правды — мысль о ло­кализации функций в головном мозге. Это положение изучал французский нейрохирург Поль Брока, который показал (1861), что у больных, страдавших потерей речи, обнаруживаются повреждения определенного участка в верхнем отделе головного мозга, на тре­тьей извилине левой лобной доли, которая до сих пор носит название извилины Брока, или центра Брока.

К 1870 г. два немецких невролога, Густав Фрич (1838—1891) и
Эдвард Гитциг (1838—1907), шагнули еще дальше. Прикасаясь электрическими иг­лами к мозгу живых собак, они нашли, что раздраже­ние определенного участка вызывает определенное мы­шечное движение, и таким образом смогли, так сказать, нанести карту тела на головной мозг. Им уда­лось показать, что левое полушарие головного мозга контролирует правую половину тела, а правое полу­шарие — левую.

Теперь уже не приходилось сомневаться, что го­ловной мозг управляет деятельностью тела, причем делает это высокоспецифическим образом. Появилась надежда связать все психические функции с физиоло­гией головного мозга, что укре­пляло материалистические представления.

В середине XIX в. учёные обнаружили в головном и спин­ном мозге нервные клетки, но природа самих нервных волокон оставалась еще не раскрытой. Ясность в этот вопрос внес немецкий анатом Вильгельм
Вальдейер (1836—1921). В 1891 г. он пришел к выводу, что нерв­ные волокна представляют собой тонкие отростки нервных клеток. Следовательно, нервная система состоит из нейронов — собственно нервных клеток со всеми их отростками. Такова суть нейронной теории. Далее Вальдейер показал, что хотя отростки отдельных ней­ронов и могут значительно приближаться друг к дру­гу, но в местах соединений нейронов имеется только контакт, соприкосновение нервных субстанций, а не слияние их. Зона межнейронных соединений позже получила название синапса.

Большой вклад в развитие нейронной теории внесли итальянский цитолог Камилло Гольджи (1844 - 1926) и испанский невролог Сантьяго Рамон-и-Кахаль(1852 - 1934). В 1873 г. Гольджи применил для окраски клеток особый краситель, содержащий соли серебра. Пользуясь им, он обнаружил внутриклеточ­ные образования (аппарат Гольджи). Предложив свой метод окраски клеток, он дал толчок развитию нейроанатомии. Ученому удалось рассмот­реть неизвестные прежде детали, обнаружить тонкие отростки нервных клеток и отчетливо увидеть синап­сы. Однако когда Вальдейер выступил с ней­ронной теорией, Гольджи не принял ее.

Однако Рамон-и-Кахаль решительно поддержал нейронную теорию. Пользуясь улучшенной модифика­цией метода окраски, он очень много сделал для укрепления этой теории. Ему принадлежат классиче­ские работы о строении сетчатки глаза, спинного моз­га, мозжечка и других частей нервной системы.

Что же представляют собой импульсы, проходящие по нервным путям? Ещё в 1791 г. итальянский физиолог Луи­джи Гальвани (1737—1798) обнаружил, что мышцы препарированной лягушки могут сокращаться под влиянием электрического тока, она возродилась в но­вой форме. Гальвани объявил о существовании соб­ственного, так называемого «животного» электриче­ства мышцы.

В своей первоначальной формулировке эта мысль была неверной, но, соответственно видоизмененная, она дала плоды. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа - Реймон (1818—1896), еще будучи студентом, написал работу об электрических рыбах; с тех пор электриче­ские явления в животных тканях стали предметом его научного интереса. Он усо­вершенствовал старые приборы и зарегистрировал очень слабые эле­ктрические токи, проходящие по нерву и мышце. Он показал, что нервный импульс сопровождается изме­нениями в электрическом состоянии нерва.

Электрические разряды пробегают не только по нерву, но и по мышце. В ритмически сокращающихся мышцах, как, например, в сердце, электрические из­менения также ритмичны. В 1903 г. голландский фи­зиолог Биллем Эйнтховен (1860—1927) сконструиро­вал очень чувствительный струнный гальванометр, способный обнаруживать чрезвычайно слабые токи. Он использовал его для регистрации ритмически из­меняющихся электрических потенциалов сердца, по­мещая на коже специальные электроды. К 1906 г. он установил, что по электрокардиограммам (ЭКГ) можно выявить различные нарушения работы сердца.

Сходные методы использовал в 1929 г. немецкий психиатр
Ганс Бергер (1873—1941). Он прикреплял электроды к черепу и регистрировал ритмические из­менения потенциалов, которые сопровождают мозго­вую деятельность. Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) очень трудны для расшифровки. Однако при значительных повреждениях головного мозга, при наличии опухоли изменения выявить легко. Точно так же эпилепсия, считавшаяся «священной болезнью», может быть обнаружена по измененной ЭЭГ. До Бергера русский физиолог Владимир Владимирович Правдич - Неминский осуществил при помощи струнного гальва­нометра регистрацию электрических проявлений головного мозга и предложил в 1913 г. первую классификацию потенциалов элек­трической активности.

И все же открытие электрических потенциалов не дало исчерпывающего ответа на все вопросы. Элек­трический импульс, проходящий через нервное окон­чание, сам по себе не способен преодолеть синапти-ческого разрыва между двумя нейронами и вызвать новый электрический импульс в следующем нейроне В 1921 г. австрийский физиолог Отто Леви (1873— 1961) описал химическую передачу нервных импульсов. Нервный импульс наряду с электрическим включает в себя и химическое изменение. Химическое ве­щество (медиатор), освобождающееся при возбуждении нерва, переходит через синаптический разрыв и таким об­разом передает нервное возбуждение. Английский физиолог Генри Дейл установил, что это химическое вещество - ацетилхолин. Позже были открыты и дру­гие химические вещества, так или иначе связанные с нервной деятельностью. Некоторые из них связаны с психическими расстройствами; соответствующая отрасль науки получила название нейрохимия.

Успехи в изучении физиологии нервной деятельности позволили с позиций материализма подойти к изучению поведенческих реакций. Так, русский физиолог Иван Петро­вич Павлов (1849—1936) провёл фундаментальные исследова­ния, непосредственно связывающие поведение животных с деятельностью нерв­ной системы. Он изучал вначале нервную регуля­цию секреции пищеварительных соков, а затем — рефлексы вообще.

У голодной собаки при виде пищи выделяется слюна. Это целесообразный рефлекс, так как слюна необходима для смачивания и переваривания пищи. Если каждый раз, когда собаке показывают пищу, од­новременно звенит звонок, то он прочно связывается с видом пищи; в конце концов слюна будет выделять­ся на звонок, даже если собака не видит пищи, то есть у нее выработается условный рефлекс. Павлов доказал, что подобным образом можно выработать различные рефлексы.

Более позднее направление в психологии — бихевио­ризм — утверждает, что всякое обучение является, по существу, развитием условных рефлексов и, если можно так сказать, новых нервных связей. Наиболее известными представителями этой школы в ее край­нем выражении были американские психологи Джон Уотсон (1878—1958) и Баррус Скиннер.

Бихевиоризм выражает крайне механистическое понимание психики, так как низводит все фазы психи­ческой деятельности до элементарных физиологических реакций. По общему мнению, такая поста­новка вопроса является упрощенчеством.

Изучение поведения, инстинктов и способности к обучению, проявляемой животными в природе, полу­чило в середине ХХ в. новое развитие в работах Конрада Лоренцаи Николааса Тинбергена. В итоге возникла новая отрасль биологии — этология, изучающая сложные формы поведения жи­вотных.