Начало >> Статьи >> Архивы >> Неопределенность в нервной системе

История аналогов нервной системы - Неопределенность в нервной системе

Оглавление
Неопределенность в нервной системе
История аналогов нервной системы
Центральная нервная система как телефонная станция
Самоуправляющиеся системы
Универсальные вычислительные машины
Каналы с шумом
Вероятность в периферических системах
Вероятность и сенсорные нейроны
Непроизвольные движения глаз; физиологический нистагм
Методы статистического анализа
Анализ двоичных записей
Средняя частота
Кросскорреляционная функция и постстимуляционная гистограмма
Анализ интервалов
Автокорреляционная функция
Синхронная машинная обработка данных
Неустойчивость случайных нервных сетей
Случайные сети в нервной системе
Неустойчивость нервных сетей
Функция случайных сетей в нервной системе
Мозг в целом, рассматриваемый как нервная сеть
Мера предсказуемости
Неопределенная реакция корковых нейронов
Пространственное представительство внешней среды
Временное представительство внешней среды
Универсальный и специфический коды
Оптические иллюзии
Телеологический подход к проблеме кодирования сенсорной информации
Передача информации в мозгу
Устойчивость корковых нейронов
Теория обучающихся машин
Ценность теоретических моделей
Свидетельства длительных изменений синаптической проводимости в центральной нервной системе
Прямое измерение синаптического сопротивления
Дальнейшие шаги
Другие перспективные методики
Более простые нервные системы
Культура нервной ткани
Заключительные замечания

ГЛАВА I
АНАЛОГИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
История аналогов нервной системы
Функции головного и спинного мозга принято описывать в терминах, заимствованных из теории какой-нибудь хорошо известной системы связи. Так, прежде думали, что головной мозг — это центральный резервуар сложной гидравлической машины, обеспечивающей периодический приток «жизненных духов» в мышцы [100]. Было известно, что скелетные мышцы парализуются, если перерезать входящие в них нервы, и поэтому полагали, что центральная нервная система управляет их деятельностью посредством мышечных нервов. Но природа невидимого сигнала, который передается по этим нервным стволам, оставалась неясной. Казалось, что наблюдаемые факты можно объяснить, приняв, что нервные стволы состоят из множества узких трубочек, по которым центральная нервная система накачивает жидкость, растягивающую мышцы. Так, Декарт [68] полагал, что суставы приводятся в движение раздуванием соответствующих мышц жизненными духами из центральной нервной системы; такое вздутие может видеть любой, кто смотрит, как сгибает руку силач, поднимающий тяжесть. «По мере того как животные духи входят в полости мозга, они поступают в поры его вещества, а из этих пор — в нервы; проникая в большей или меньшей степени в тот или иной нерв, они способны изменять форму мышц, в которые входят эти нервы, и таким образом приводят все члены в движение (так же, как вода, текущая в гротах и фонтанах наших садов, способна приводить в действие различные машины...). Эти животные духи подобны ветерку или очень слабому пламени... И хотя они очень легкие и подвижные, тем не менее, вливаясь в мышцу, они заставляют ее твердеть и надуваться точно так же, как воздух в шаре делает его жестким и растягивает вещество, из которого состоит оболочка».
Эта гипотеза сохраняла свое значение до тех пор, пока в XVII в. Глиссон не показал, что у работающей мышцы объем меньше, чем у мышцы в покое. «Но в последнее время об этом расширении и вдувании духов перестали говорить, так как они были опровергнуты следующим опытом. Возьмите продолговатую стеклянную трубу надлежащей емкости и формы. Приладьте к ней недалеко от верхнего конца другую, маленькую трубку наподобие воронки. Пусть сильный мускулистый человек целиком всунет в отверстие большей трубки свою обнаженную руку. Завяжите отверстие трубки вокруг руки повязка- ми так, чтобы вода не могла выливаться из нее. Тогда будет видно, что при сокращении мышц уровень воды в воронке понижается, а при расслаблении вновь повышается... Следовательно, мы можем сделать вывод, что волокна сокращаются благодаря присущему им жизненному движению и не нуждаются в притоке духов — ни животных, ни жизненных, которые бы их раздували, а укоротившись, они производят движения, которые приказал им совершить мозг» (Глиссон, «De Ventriculo», 1677, цит. по Фостеру [100]).
Глиссон открыл факты, несовместимые с тогдашними представлениями; но его аргументы были бы убедительнее, если бы он мог предложить какую-нибудь другую удовлетворительную гипотезу. Примерно через девяносто лет, в 1763 г., Александр Монро [172] пишет в учебнике для медиков о наблюдении Глиссона: «На это был дан ответ... что промежутки между мышечными волокнами достаточно велики, чтобы эти волокна, набухая при сокращении мышцы, вмещались в них, не вызывая никакого увеличения ее объема; и что совершенно очевидно, что промежутки между фибриллами заполняются в силу сжатия, которое испытывают во время работы мышцы крупные мышечные сосуды, проходящие в этих промежутках; оно так велико, что гонит кровь по венам с заметным ускорением».
Природе нервного сигнала суждено было оставаться тайной вплоть до открытия электричества.

Теперь уже нервную систему не уподобляют, конечно, гидравлическому устройству, состоящему из резервуаров и узких трубок. В разные времена после Декарта физиологи находили другие, более полезные термины для описания нервной функции; однако и эти понятия они заимствовали по-прежнему из какой-нибудь известной им технической системы связи. Какое-то время такая аналогия выполняла свою роль, т. е. упрощала описание и способствовала познанию, наводя мысль на новые опыты, а затем отбрасывалась ради новых, более совершенных гипотез. Несомненно, описания нервной функции, которые сейчас мы считаем правильными, покажутся смешными снисходительному историку 2067 года. «Ибо,— пишет Фостер (100), — один из уроков истории науки состоит в том, что каждая эпоха стоит на плечах предыдущих. Своим значением каждая эпоха обязана не только себе, но в известной степени — весьма значительно — своим предшественницам. И хотя нашему времени, подобно прежним, есть чем гордиться, однако если бы оно могло читать в будущем, то несомненно увидело бы также много такого, чего следует стыдиться».
Несмотря на такую опасность, долгие годы нервную систему храбро сравнивали по очереди с системой наполненных водой трубок; с телефонной станцией, собранной из неподвижно соединенных проводов и подвижных переключателей; с совокупностью саморегулирующихся систем и, наконец, с созданной человеком универсальной вычислительной машиной. Большая ценность подобных сравнений, разумеется, в том, что они направляют любознательность и наводят на мысль о новых опытах, которые позволили бы проверить, насколько верна каждая такая аналогия. Более того, говоря о сходстве между системой с новыми и удивительными свойствами и системой, которая «понятна», потому что часто встречалась, аналогии помогают увидеть и многие различия этих систем, указав на один-единственный факт их сходства. Но в этом удобном способе классификации фактов есть и своя опасность. История показывает, что наиболее удачные аналогии слишком буквально толкуются их адептами, которых вера побуждает смешивать подобие и тождество. Сходство между нервной системой и телефонной станцией привело некоторых ученых к поискам оператора, к поискам «способа воздействия „воли“ на мозговую кору»  или «местонахождения сознания» [182]. Уолш [223] удачно назвал эту последнюю попытку «анатомированием абстракции».
Несмотря на очевидную опасность аналогии, человек, по-видимому, способен постигать новое только путем создания модели или поисков подобий в окружающем мире. Даже математическая формула представляет собой своего рода модель. Если я утверждаю, что зависимость между скоростью проведения V и диаметром аксона D мякотных нервных волокон выражается уравнением
V — а + bD
(где а и b — константы),то я тем самым провожу параллель между двумя сторонами поведения нерва и, скажем, двумя свойствами чайника, для которого тоже можно отыскать линейную зависимость — скажем, между количеством воды в нем и скоростью ее истечения из носика. Но во всем другом нерв мало похож на чайник.
С другой стороны, я мог бы утверждать, что нервные волокна ведут себя, как фитиль или пороховая дорожка. Правда, этому утверждению недостает точности математического уравнения, но в некоторых отношениях оно для науки более плодотворно. Само по себе уравнение не может указать иного пути для дальнейшего исследования, кроме того, который нужен для проверки степени его справедливости. Утверждение же, что нерв похож на фитиль, может повести к разного рода опытам, имеющим целью исследовать это первоначальное утверждение во всей его широте. Уолш [223] выразил то же самое иначе: «Для слишком многих из нас неправильное представление, будто "наука — это измерение" и не имеет дела ни с чем, кроме метрики, превратилось в судорожную одержимость мысли, и чем больше научная статья похожа на длинный и бескровный караван уравнений, бредущий по пустынным страницам журнала между маленькими редкими оазисами слов, тем больше в ней видят квинтэссенцию науки, хотя нередко никто не может сказать — да и мало кто спрашивает — куда в этом царстве упорядоченного знания направляется караван».

Несмотря на соблазнительное изящество уэлшевского стиля, было бы весьма неразумно принижать значение количественных формулировок для нейрофизиологии. В предыдущих абзацах я хотел только оценить преимущества и недостатки всех аспектов построения моделей. Эти соображения, по-видимому, приводят к двум выводам о пользе математических моделей:

  1. О пригодности или правильности модели можно судить по степени соответствия в поведении пар параметров, выбранных в качестве эквивалентных.
  2. Мерой плодотворности модели может служить число ранее не известных эквивалентных параметров, предсказанных с ее помощью.

Остальная часть этой главы посвящена краткому обзору и обсуждению аналоговых систем, которые были использованы в нашем столетии как удобное средство для обобщения свойств нервной системы.



 
« Немецкая психиатрия   Неопухолевые хирургические заболевания пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки »