Механизмы мозга полностью

Как мы видели, обработка информации на низших уровнях нервной системы нередко ведет к преобразованию сенсорных сигналов в ту или иную форму, более «понятную» для организма, и тем самым упрощает задачу интерпретации ее головным мозгом. Головной мозг получает также помощь от других нервных центров в определении и регулировании реакций мышц и желез на входные сенсорные воздействия. Некоторые относительно простые цепи «стимул — реакция» фактически целиком находятся вне головного мозга. Это позволяет центральному вычислительному механизму полностью сосредоточиться на управлении более сложными процессами, требующими организации более высокого порядка; кроме того, короткие каналы связи часто обеспечивают более быструю реакцию на раздражитель. Отдергивание руки от огня может служить примером реакции, для осуществления которой, по-видимому, более целесообразны были бы местные механизмы. Именно такие механизмы здесь и используются!

Реакцию типа отдергивания руки от огня называют рефлекторным действием или просто рефлексом, что указывает на ее автоматический, непроизвольный характер. Существует много примеров рефлекторных действий. Нервные цепи некоторых из них детально изучены, и мы хорошо знаем, как они работают. Это относится, например, к общеизвестному коленному рефлексу — непроизвольному подбрасыванию ноги при коротком ударе резиновым молоточком чуть ниже коленной чашечки, когда одна нога положена на другую. Этой реакцией управляет цепь, или «рефлекторная дуга», состоящая всего лишь из двух соединенных нейронов¹. Механический удар молоточка возбуждает электрический сигнал в бедренном нерве, и этот сигнал передается по длинному нервному волокну рецептора в определенную точку серого вещества спинного мозга. Здесь электрический сигнал переходит на эффекторный нейрон, длинный аксон которого направляется к четырехглавой мышце бедра, где под действием этого сигнала освобождается химическое вещество-посредник, вызывающее сокращение мышцы и подбрасывание ноги.

Еще один пример: если к коже прикоснуться холодным предметом, то рефлекторная дуга, проходящая через серое вещество спинного мозга и на этот раз состоящая из нескольких нейронов, активирует мышцы волосяных мешочков, вызывая знакомое нам явление «гусиной кожи». Сходная нейронная цепь вызывает сужение кровеносных капилляров, лежащих под самой кожей в месте прикосновения холодного предмета, благодаря чему степень охлаждения крови уменьшается.

В организме человека существует, вероятно, несколько тысяч рефлекторных дуг. Некоторые из них столь же просты, как и описанные выше; другие управляют несколькими взаимосвязанными реакциями на действующие раздражители. Природа использует эти местные соединения коротких нейронных пеней для осуществления автоматических действий во всех тех случаях, когда для защиты организма достаточно простой реакции. Такие рефлексы не требуют точного управления мышцами — именно поэтому они могут осуществляться за счет связей между местными группами нейронов, без участия сложных вычислительных и управляющих функций головного мозга.

¹Это одно из тех «схематизированных» утверждений, о которых мы говорили в гл. 1. В действительности каждое звено нейронной цепи состоит из многих из многих параллельных волокон.

В нервной системе низших животных можно найти много примеров нейронных цепей, вырабатывающих периодические выходные сигналы для регулирования ритмических функций организма. Иногда колебательная цепь находится поблизости от мышц, приводимых ею в действие, иногда в головном мозгу. Это, по-видимому, определяется в основном «удобством размещения» различных нервных устройств.

Интересный пример нейронной колебательной цепи мы находим у омара. Цепь состоит здесь из 9 нейронов ¹, соединенных в кольцо, и генерирует периодические электрические импульсы, управляющие сокращением сердца. В этом случае природа упростила проблему соединений, поместив кольцо нейронов прямо в сердце. Эту нейронную колебательную цепь можно, не повреждая, выделить из только что убитого омара и присоединить к электронным измерительным приборам; верные своему долгу нейроны будут продолжать генерировать импульсы с частотой около 60 в минуту в течение многих часов после того как омар, ради которого они выполняли эту жизненно важную функцию, был убит и, может быть, даже съеден исследователем, проводящим эксперимент.

Рыбы, ориентирующиеся при плавании путем измерения напряженности электрического поля (см. гл. 1), используют одиночную колебательную цепь для синхронизации разрядов специализированных нейронов, создающих электрические токи в воде. Например, электрические органы Eigenmannia днем и ночью производят разряды с постоянной частотой около 350 в секунду. На эту частоту не влияет ни возбуждение, ни присутствие пищи или других рыб,

¹В данном случае действительно имеется всего только 9 нервных клеток!