Нервы и нервные центры


Любой орган, любая живая ткань нашего тела может работать какой-то ограниченный период времени. Вы сами не раз испытывали это на себе: после какой-нибудь тяжелой физической работы мышцы вашего тела утомляются. Ученых заинтересовал такой вопрос: может ли утомляться нерв, когда он проводит нервные импульсы? Русский физиолог Н. Е. Введенский еще в конце XIX в. доказал, что нерв практически неутомим. Опыт, поставленный Введенским, был сравнительно прост. Он взял мышцу лягушки с подходящим к ней нервом и вблизи от мышцы охлаждал его, а иногда отравлял некоторыми веществами (эфиром, хлороформом). От этого импульсы не могли пройти по нерву к мышце. Затем нерв раздражался электрическим током в течение 12 часов. Казалось, что за такое долгое время нерв истощится. Но стоило снять преграду на пути импульсов к мышце, как мышца сократилась. Значит, нерв за 12 часов непрерывной работы совсем не утомился и сохранил способность возбуждаться и проводить импульсы.

У нерва оказалось много замечательных свойств. Каждый нерв состоит из многих сотен волокон. Он напоминает кабель с многими проводами. Как в кабеле каждый провод несет свой ток, так и каждое волокно нерва проводит нервные импульсы изолированно. Это свойство позволяет очень тонко регулировать работу мышц тела, так как каждое волоконце нерва оканчивается на определенной мышце или далее на части мышцы.

У нерва есть и такая важная особенность: если раздражать его одиночным ударом электрического тока, то он ответит одиночным импульсом; при повышении частоты ударов тока нерв послушно следует за этими раздражениями. Попробуем раздражать нерв током до 500 колебаний в секунду — ответы нерва еще послушно следуют за нашими раздражениями. Однако если повысить частоту тока до 600—700 ударов в секунду, то нерв вдруг резко изменит свое поведение. Он ответит все теми же пятьюстами импульсами в секунду.

Почему же нерв перестал нас слушаться? Ответив на раздражение, он в течение очень короткого времени теряет способность к возбуждению, так как ему необходимо время для восстановления возбудимости. Пока частота импульсов не очень велика, нерв успевает восстанавливать свою возбудимость. Но если импульсы следуют чересчур часто, то часть из них попадает на невозбудимый нерв, который в этот момент не ответит на очередное раздражение. Поэтому у нерва есть определенный предел, после которого он перестает следовать за частотой раздражений.

Что же происходит с нервным импульсом, когда он по волокну добежит до другой нервной клетки? Если рассматривать в микроскоп место соприкосновения клетки и подходящего к ней волокна, то можно увидеть, что нерв-волокно имеет на конце утолщение — пуговку; она прилегает к телу клетки. Это место соприкосновения английский ученый И. Шеррингтон назвал «синапсом», что по-гречески значит соединение. Исследователи заметили, что стоит нервному импульсу дойти до синапса, как наступает задержка, маленькая остановка в распространении импульса. Это и понятно, ведь подходящее волокно только соприкасается с клеткой, а не переходит в нее непрерывно. Переход импульса в местах контактов — сложный и во многом загадочный процесс. В синапсах происходит интенсивный обмен веществ, связанный с выделением особых веществ, которые маленькими капельками просачиваются из синаптической пуговки в тело клетки. Этот процесс исследователи смогли рассмотреть только недавно, с помощью электронного микроскопа. Но, кроме этого химического способа передачи импульса, возможен и другой, чисто физический — при помощи биотоков.

Нервные импульсы по нервам приходят в центральную нервную систему, т. е. в обширное скопление клеток, от которых берут начало и к которым идут нервы.

Нервные центры быстро утомляются, между тем как нерв почти неутомим. Нервные центры изменяют частоту поступающих раздражений и на одиночное раздражение отвечают целой серией волн возбуждения, а нерв послушно воспроизводит частоту нанесенного раздражения. Все эти свойства нервных центров обусловлены необычайной сложностью их устройства. Нервные центры построены из клеток, которые связаны друг с другом определенными системами отростков и образуют сложные многоступенчатые механизмы для переработки нервных импульсов.

Где же возникает нервный импульс? В теле нервной клетки.

Дело в том, что нервное волокно, дойдя до нервного центра, оканчивается обычно не на одной, а сразу на нескольких клетках, лежащих в спинном мозге. Эти клетки в свою очередь посылают вверх к головному мозгу волокна, которые также оканчиваются на еще большем количестве клеток. Поэтому нервный импульс должен пройти через большое количество переключений, прежде чем он доберется до конечного пункта — коры головного мозга, и отсюда начнется уже другой путь, вниз к исполнительным приборам — мышцам или железам. Этот многоступенчатый путь напоминает каскады усиления в радиоприемнике, где принятое антенной слабое электромагнитное колебание усиливается целой цепью радиоламп, частота и форма колебаний преобразуются, и в конце концов мы слышим голос диктора или музыку. Известно, что основной работающий элемент радиоприемника или телевизора — электронная лампа. Она регулирует силу и частоту электрического тока. Нервные клетки по своему действию подобны электронным лампам. Но если самые сложные электронные устройства имеют десятки тысяч электронных ламп, то количество нервных клеток исчисляется десятками миллиардов. Как же сложна биоэлектрическая активность нервной системы, когда каждую долю секунды происходят разряды огромного количества нервных клеток! Эти разряды можно записать на особых приборах и получить суммарную кривую. Всякие изменения в деятельности нервной системы обязательно отразятся на этой кривой. Поэтому запись биотоков мозга стали использовать не только для изучения нервных процессов, но и для точного определения болезненных процессов в мозге.

Уже несколько поколений ученых исследуют происходящие в нервной системе биоэлектрические процессы. Пионерами в изучении нервных процессов были И. М. Сеченов, Н. Е. Введенский, А. А. Ухтомский, В. Я. Данилевский. С помощью самых простых приборов они делали замечательные открытия. Введенский, например, использовал обычный телефонный аппарат для превращений электрических колебаний нерва в звуковые и таким способом «подслушивал» нервные процессы. Только в начале XX в. были изобретены различного типа осциллограф ы— приборы, позволяющие улавливать разряды от отдельных клеток и даже от частей клетки. С помощью микроэлектродов, диаметр которых не превышает 1 микрона, исследователи проникли внутрь нервного волокна. Кроме того, изобретены многоканальные осциллографы, которые позволяют записывать сразу биотоки многих участков мозга и видеть всю картину распределения нервных импульсов.

Но, несмотря на все эти успехи, в записях биотоков мозга есть еще много неясного и непонятного.