4.2.2 История исследований электрической активности мозга

Впрочем, и до открытий Гольджи, Рамона-и-Кахаля и их коллег нейроанатомам было известно, что клетки серого вещества связаны между собой нервными волокнами. Отталкиваясь от знания об электрической природе нервных импульсов, было весьма естественно предположить, что электрическая активность будет наблюдаться и в полушариях мозга. Однако в то время это предположение не удавалось подтвердить, потому что множество десинхронизированных потенциалов с разными полярностями производят очень слабый совокупный потенциал, который было трудно обнаружить доступными в то время измерительными устройствами. Несмотря на это, фон Марксову удалось показать, что периферическая стимуляция сенсорных органов способна вызывать небольшие колебания электрического потенциала в областях поверхности коры головного мозга, отвечающих за проекцию соответствующих чувств.

К сожалению, исследования фон Марксова были прерваны из-за его трагической смерти в 1891 г. В юности, работая в качестве ассистента известного патологоанатома Карла фон Рокитанского, фон Марксов в процессе препарирования трупа поранил большой палец правой руки. Заражение привело к ампутации пальца, и всю последующую жизнь фон Марксов страдал от хронических болей, которые утолял при помощи инъекций морфина и героина. Зигмунд Фрейд, близкий друг фон Марксова, в конце XIX в. изучал медицинские свойства кокаина и был убеждён, что кокаин может быть использован не только в качестве средства, вызывающего эйфорию, афродизиака и болеутоляющего средства, но также и для лечения морфинизма. Он порекомендовал его фон Марксову, который принял совет друга. Увы, кокаин лишь усугубил состояние учёного. Опустошённый болью, зависимостью и болезнью, он снова начал принимать морфин. В итоге здоровье фон Марксова не выдержало, и он скончался 22 октября 1891 г. в возрасте 45 лет^, .

На мир нейробиологии сильно повлияло ещё одно открытие 1870-х гг. В совместном исследовании 1870 г. Густав Фрич и Эдуард Гитциг продемонстрировали возможность электрической стимуляции коры головного мозга. Фрича побудило к исследованиям необычное наблюдение: в ходе Австро-прусско-датской войны (в 1864 г.) он наблюдал сокращения мышц пациента во время перевязки открытой раны головного мозга. Работы Фрича и Гитцига были продолжены Дэвидом Ферье и Джеральдом Йео в 1880 г., которые выполняли электрическую стимуляцию головного мозга обезьян, а также пациента во время операции по поводу опухоли головного мозга.

Исследования электрической активности мозга на границе XIX и XX вв. активно велись и на территории Российской империи. Их начал Василий Данилевский — ему исполнилось всего 25 лет, когда он защитил написанную в Харьковском университете диссертацию, озаглавленную «Исследования по физиологии мозга». Эта работа была основана на электростимуляции, а также на изучении спонтанной электрической активности мозга животных.

Данилевский проводил исследования на мозге собак. Независимо от Катона он обнаружил изменения электрических потенциалов в мозге в ответ на воздействие звуковых раздражителей и при электрическом раздражении седалищного нерва. Данилевский также отмечал, что у собаки наблюдались «самостоятельные или спонтанные токи мозга», хотя животному не предъявлялось никаких внешних раздражений. Слуховые стимулы вызывали отрицательное или положительное колебание в задних областях полушарий, а раздражение кожных нервов — в передних. Аналогичные реакции в коре мозга наступали и при раздражении ветвей блуждающего нерва током, а также если обонятельные рецепторы собаки подвергались воздействию различных запахов (аммиака, амилнитрита, жареного мяса).

Данилевский писал: «Процессы возбуждения, возникающие в большом мозге под непосредственным влиянием внешних чувственных раздражений, сопровождаются характерными электродвигательными явлениями. Поэтому мы вправе признать, как наиболее вероятную, гипотезу, что физиологическая функциональная деятельность нервных мозговых (и других) клеточек также тесно связана с проявлением электрической реакции, как это уже признано для нервного волокна. Таким образом, изучение электрических явлений в головном мозге даёт возможность исследовать те объективные материальные процессы, которые представляют собой субстрат для субъективных психических явлений»^, .

После защиты диссертации Данилевский стажируется за границей — в лабораториях немецкого физиолога Карла Людвига и французского физика и физиолога Жака Арсена Д’Арсонваля, одного из основателей биофизики. В зрелом и позднем возрасте фокус исследований Данилевского смещается в сторону эндокринологии. По его инициативе в 1919 г. Харьковским медицинским обществом основано первое в советской республике учреждение эндокринологического профиля — Органотерапевтический институт. Четыре года спустя именно в этом учреждении было налажено первое в СССР производство инсулина^, .

Эстафету Данилевского в области исследования электрической активности мозга подхватили три российских физиолога: Николай Введенский, Павел Ростовцев (при рождении Кауфман, во время Первой мировой войны ввиду антинемецких настроений сменил фамилию на Ростовцев) и Владимир Правдич-Неминский.

Николай Введенский, ученик Сеченова (создателя российской физиологической научной школы), в 1884 г. защитил магистерскую диссертацию по теме «Телефонические исследования над электрическими явлениями в мышечных и нервных аппаратах». В этой работе рассматривается среди прочего использование телефона (как устройства, способного преобразовать электрические импульсы в звуковые колебания) для регистрации нервных импульсов в обнажённом мозге лягушек, кроликов и собак. Именно таким образом Введенскому удалось подтвердить результаты своего учителя, которые тот получил ранее, применяя гальванометр.

Рис. 76. Обложка книги Н. Е. Введенского

Ростовцев (Кауфман) выдвинул гипотезу, что эпилептический приступ должен быть связан с аномальными электрическими разрядами, и занялся изучением эффектов корковой электростимуляции.

Правдич-Неминский регистрировал электрическую активность мозга животных при помощи струнного гальванометра. Его записи, выполненные в 1912 г. и опубликованные годом позже в журнале Zentralblatt für Physiologie, являются первыми в истории электроэнцефалограммами (сам учёный использовал термин «электроцереброграмма»), то есть графическими представлениями электрической активности головного мозга. Правдич-Неминский записывал сигналы из мозга, твёрдой мозговой оболочки и с поверхности черепа собаки, он описал ритм частотой от 12 до 14 колебаний в секунду в нормальных условиях и отметил его замедление при асфиксии.

Рис. 77. Пример «электроцереброграммы» из работы Правдича-Неминского

Потом Наполеон Цыбульский, который был учителем ранее упомянутого Адольфа Бека в Кракове и всемирно известным лидером в области общей физиологии, используя гальванометр с присоединённым к нему фотографическим устройством, получил электроэнцефалограмму собаки в момент эпилептического припадка, вызванного электростимуляцией. Приоритет же в получении первой человеческой электроэнцефалограммы принадлежит немецкому нейропсихиатру Хансу Бергеру.

Бергер не был ведущим специалистом ни в неврологии, ни в психиатрии. Без его новаторской работы в области электроэнцефалографии имя его, скорее всего, было бы забыто. Биографические очерки изображают Бергера чрезвычайно дотошным и добросовестным человеком, несколько отстранённым при общении с пациентами, строгим руководителем отделения, трудолюбивым профессором, anima candida [чистой душой], не испытывавшей никакого интереса к факультетским интригам и распрям, почти никогда не посещавшим ежегодные собрания Немецкого психоневрологического общества. Электроэнцефалографическая работа Бергера велась в небольшой и очень примитивной лаборатории.

Начало исследованиям Бергера положил случай. Молодой Ханс изначально не собирался идти по стопам отца и становиться доктором. Получив аттестат зрелости в 1892 г., Бергер вначале поступил на математический факультет Берлинского университета, планируя стать астрономом. Однако юношу быстро постигло разочарование жизнью в большом городе. Чтобы сменить обстановку, Бергер принимает решение поступить на службу в кавалерию, предвкушая год катания на лошади на свежем воздухе.

Во время прохождения службы с Бергером приключился неприятный случай. Однажды во время учений его лошадь внезапно встала на дыбы, и Ханс, не удержавшись, упал на землю, оказавшись на пути упряжки лошадей, тащивших пушку. К счастью, в последний момент лошадей удалось остановить и Ханс смог избежать серьёзных травм. Через некоторое время Бергер впервые в жизни получил телеграмму от отца — старшей сестре Ханса приснился сон о том, что её любимый брат упал с лошади и сломал ногу, причём она увидела этот сон примерно в то же время, когда с Бергером приключился злополучный инцидент!

Молодой офицер решил, что совпадение в данном случае невозможно и дело не могло обойтись без телепатии^, .

Уволившись с военной службы, Бергер начал изучать медицину. Желая найти естественно-научное объяснение произошедшему с ним случаю, Ханс мечтал открыть физиологические основы «психической энергии» и установить взаимосвязь между процессами в мозге и психикой человека.

Успешно окончив университет Йены (Герцогский Саксонский университет, Großherzogliche Herzoglich-Sächsische Gesamtuniversität, ныне — Йенский университет имени Фридриха Шиллера) в 1897 г., Бергер начал работу под руководством Отто Людвига Бинсвангера, который возглавлял кафедру психиатрии и неврологии в университете Йены и заведовал клиникой при университете. В 1901 г. Бергер стал приват-доцентом, в 1906-м — экстраординарным профессором, а в 1912-м — главным врачом клиники. Во время Первой мировой он служил военным нейропсихиатром, а после возвращения в Йену в 1919 г. в конце концов сменил ушедшего на пенсию Бинсвангера на посту главы кафедры.

В 1924 г. Бергер перешёл от опытов с животными к первым опытам над людьми. Будучи знаком с работами Катона, Бека, Правдича-Неминского и других своих предшественников, он предполагал, что электромагнитные волны, генерируемые человеческим мозгом, могут быть волнами телепатии. Поскольку в то время телепатия уже считалась оккультным предметом, эксперименты Бергера проводились в полуподпольных условиях в лаборатории, расположенной в небольшом здании на территории клиники.

На первом этапе исследований ввиду недостаточной чувствительности применяемой в те времена техники Бергер отдавал предпочтение пациентам с повреждениями черепа (их было несложно найти в достаточном количестве в послевоенной Германии). С 1902 по 1910 г. Бергер изучал электрическую активность головного мозга собак с помощью капиллярного электрометра Липпмана, но результаты исследований оказались неудовлетворительными.

Необходимо сказать несколько слов об оборудовании того времени, поскольку без этого будут не до конца понятны трудности, возникавшие в работе учёных. Капиллярный электрометр появился в 1875 г. после того, как Габриэль Липпман обнаружил, что капля ртути на кислоте изменяет свою форму при пропускании через неё даже очень слабого электрического тока. Другому исследователю, Этьен-Жюлю Маре, пришла в голову блестящая идея поместить небольшое количество кислоты и ртути в тонкую трубку. Пропуская через трубку луч яркого света, Маре смог регистрировать даже небольшие движения на поверхности ртути — и фиксировать их при помощи камеры. В 1876 г. Маре с гордостью объявил членам Парижской академии наук, что они с Липпманом смогли записать на плёнку сердцебиение лягушки и черепахи. Способность капиллярного электрометра регистрировать работу сердечной мышцы побудила других исследователей опробовать устройство на нервных импульсах. В 1888 г. два выдающихся английских учёных Фрэнсис Готч и Виктор Горслей (Хорсли) продемонстрировали, что капиллярный электрометр может обнаруживать электрические изменения в периферических нервах и спинном мозге.

При помощи капиллярного электрометра Готч в 1899 г. обнаружил явление, получившее название «рефракторного периода». Он заметил, что нервные импульсы не могут следовать один за другим без паузы — между разрядами должен быть небольшой интервал времени. Несмотря на этот успех, чувствительности капиллярного электрометра явно не хватало для точного измерения величины и продолжительности нервного импульса, а также интервалов между последовательными импульсами. Искажения были связаны, в частности, с тем, что ртуть продолжала двигаться по инерции уже после прекращения действия раздражителя.

В начале XX в. у нейрофизиологов появился более чувствительный инструмент — струнный гальванометр. Это устройство было детищем Виллема Эйнтховена, заведующего кафедрой физиологии в Лейденском университете в Нидерландах. В основу прибора было положено следующее наблюдение: небольшой меняющийся ток может заставить очень тонкую проволоку («струну») вибрировать, если она находится в сильном магнитном поле. Изготовление первого струнного гальванометра заняло несколько лет и было завершено в 1901 г. Прибор весил несколько тонн, занимал целую комнату, а для электромагнита пришлось создать систему водяного охлаждения. Однако гальванометр работал достаточно точно, чтобы обеспечить потребности кардиологии того времени. Таким образом, Эйнтховен фактически стал основоположником электрокардиографии, а в 1924 г. за своё изобретение и открытия в области сердечных ритмов он был удостоен Нобелевской премии.

Теперь, имея перед мысленным взором картину техники, с которой приходилось работать нейрофизиологам в начале XX в., можно вернуться к деятельности Бергера. С 1910 г. он переключается на использование струнных гальванометров: сначала работает с конструкцией Эйнтховена, а затем с различными версиями гальванометра Эдельмана, в которых в целях повышения чувствительности прибора серебряные электроды вводились под кожу головы испытуемого.

6 июля 1924 г. небольшой струнный гальванометр Эдельмана показал колебания, предположительно исходящие от мозга, — так была получена первая электроэнцефалограмма человека. Первые человеческие электроэнцефалограммы представляли собой записи активности мозга самого Бергера, его сына Клауса и пациентов с различными повреждениями черепа. В 1925 г. Бергер пришёл к выводу, что дефекты черепа необязательно являются преимуществом при получении записи (из-за утолщения твёрдой мозговой оболочки, послеоперационных спаек и т. д.) и что записи могут быть сделаны столь же хорошо (или даже лучше) и без повреждения кожи головы.

С 1926 г. Бергер начинает использовать более мощный гальванометр Сименса с двойной катушкой (обладавший огромной по тем временам чувствительностью — 130 мкВ/см), что позволяет учёному окончательно отказаться от введения электродов под кожу и перейти к использованию электродов из серебряной фольги, прикреплённых к голове при помощи резинового бандажа.

В первом докладе Бергера 1929 г. продемонстрированы электроэнцефалограммы людей, выполненные как при помощи игольчатых электродов, так и неинвазивным методом. Записи были сделаны на фотобумаге и имели продолжительность от одной до трёх минут.

Рис. 78. Пример электроэнцефалограммы из доклада Бергера

Между 1926 и 1929 гг. Бергер получил хорошие записи альфа-волн. Ранние данные часто были несовершенными, и в 1928 г. Бергер всё ещё сомневался в достоверности своих наблюдений. Первый отчёт 1929 г. показывает существование альфа-ритма и реакцию альфа-блокировки, а также описание меньших бета-волн. В отчёте Бергер указывает на недостатки работ предшественников и демонстрирует исключительную скрупулёзность в деле отсеивания посторонних источников сигнала^, .

Более поздние отчёты Бергера, выходившие в 1930-е гг., содержали настоящие жемчужины: исследования флуктуаций сознания, первые электроэнцефалограммы, выполненные во время сна, исследование влияния гипоксии (кислородного голодания) на мозг человека, исследование различных мозговых расстройств и даже догадки о наличии пароксизмальных разрядов при эпилептических приступах.

В конце 1930-х гг. у Бергера развивается серьёзная депрессия, которая приводит к самоубийству учёного 1 июня 1941 г. По мнению некоторых биографов Бергера, одной из причин этого — помимо затяжного заболевания, похожего по симптомам на грипп, — могло стать соперничество с группой учёных из Института исследований мозга в Берлине, которой руководил Алоис Корнмюллер. У последнего предположительно были связи в правительственных учреждениях в Берлине, и тревожный и мнительный Бергер боялся, что его открытия будут отобраны более агрессивными коллегами. Другие исследователи часто приводят в качестве главного источника депрессии Бергера его неважные отношения с нацистским режимом, указывая, например, в качестве довода перевод его на должность заслуженного профессора [Professor Emeritus] в 1938 г. Однако последние исследования говорят о том, что отношения Бергера с нацистами, возможно, не были столь уж плохими^, .

В своей книге «Душа» (Psyche), написанной за год до смерти, Бергер вновь обращается к проблеме экстрасенсорного восприятия, оценивая способность электроволновой модели объяснить этот феномен и приходя к неизбежному выводу о том, что электромагнитная экстрасенсорика вряд ли возможна. Электромагнитные волны, испускаемые мозгом, слишком слабы для того, чтобы преодолевать сколь-нибудь значимое расстояние по воздуху. Таким образом, результатом многолетних исследований Бергера стало крушение его первоначальных надежд. Однако он, будучи добросовестным исследователем, не стал предаваться самообману. Подобно средневековым алхимикам, получившим ценные для науки результаты в попытках достичь иллюзорной цели, Бергер обогатил современную науку и медицину ценными знаниями и инструментами.

Loading comments...