Автономная нервная система

Нервные волокна можно разделить на два класса, в зависимости от того, иннервируют они органы, подчиняющиеся или не подчиняющиеся произвольному контролю. Органы, о которых мы думаем, что они подчиняются контролю сознания, являются но большей части скелетными мышцами. Именно с помощью произвольного сокращения различных групп мышц мы приводим в движение кости, соединенные между собой суставами, и заодно переносим в пространстве внекостные структуры. Движения конечностями, наклоны туловища, движения нижней челюстью, языком и управление мимикой - все это находится под контролем сознания.

Скелетные мышцы словно футляром одевают все внутренние органы и конечности, поэтому мы способны по желанию двигать всеми частями тела. При поверхностном взгляде может создаться впечатление, что мы способны двигать самим телом, а не мышцами. По этой причине нервы, идущие к скелетным мышцам и от них, называются соматическими нервными волокнами (от греческого слова «сома», что значит «тело»).

Внутри тела, вдали от невооруженного глаза, находятся органы, которые не подчиняются произвольному контролю со стороны сознания в истинном смысле этого слова. Вы можете, например, заставить себя дышать быстрее или глубже, но это трудно, и, как только вы устанете, дыхание вновь перейдет под контроль неосознаваемых механизмов и начнет осуществляться в автоматическом режиме, независимо от вашего сознания, которое вы можете потерять, если будете упорствовать в своих усилиях. Кроме того, вы не можете волевым усилием заставить сердце биться быстрее или медленнее (правда, если вы отличаетесь живым воображением, то можете это сделать, но не прямо, а опосредованно, например внушив себе сильный страх). Другие органы работают даже тогда, когда вы даже не задумываетесь об их существовании. Зрачки глаз сужаются и расширяются, то же самое происходит с различными мелкими сосудами в разных областях тела. Железы могут выделять больше или меньше секрета и так далее.

Те органы, которые не подчиняются произвольному контролю, обычно называются внутренними, или висцеральными. Этот термин, по-видимому, происходит от искаженного латинского слова, означающего «вязкий» или «липкий». Нервные волокна, которые снабжают висцеру, называются висцеральными нервами. Надо думать, что нервные волокна, которые управляют органами под контролем сознания, не могут следовать по организму теми же путями, что нервные волокна, которые управляют какими-либо органами без участия сознания. Последние, если можно так выразиться, замыкают контур, минуя сознание. Для этого в организме должны существовать какие-то особые нервные механизмы.

Так, чувствительные волокна, не важно, соматические или висцеральные, идут от различных органов в центральную нервную систему. Двигательные волокна, которые являются соматическими и, таким образом, управляют произвольными движениями, начинаясь непосредственно в центральной нервной системе, направляются к органам, которые они иннервируют. Висцеральные же нервные волокна не идут непосредственно к органам, которые иннервируют. Я бы сказал, что это нечто новое. Их путь к органам-мишеням делится на два раздельных этапа. Один вид волокон идет из центральной нервной системы к ганглиям (ганглии, если вы помните, - это скопления тел нервных клеток), которые находятся вне центральной нервной системы. Эти волокна первого вида называются преганглионарными волокнами. В ганглиях эти волокна образуют синаптические связи с дендритами около двадцати нервных клеток каждое. Аксоны этих клеток второго вида называются постганглионарными волокнами. Именно эти постаганглионарные волокна направляются к висцеральным органам обычно в составе какого-либо спинального, то есть спинно-мозгового нерва, поскольку эти нервы являются кабелями, которые содержат нервные волокна самых различных типов.

Эти два вида висцеральных волокон, преганглионарные и постганглпопарные, взятые вместе с самими ганглиями, дают нам часть нервной системы, которая управляется автономно, то есть является автономной нервной системой. Главные ганглии, из которых состоит автономная нервная система, образуют цепи ганглиев, расположенных по обе стороны спинного мозга. Они находятся вне позвоночника, образуя по обе его стороны две цепочки, похожие на бусы, не находясь внутри серого вещества спинного мозга или в составе задних корешков спинного мозга.

Эти две цепи ганглиев, расположенных вне позвоночного столба, напоминают пару бус, причем их нити представляют собой последовательность из 22 или 23 объемных образований, сформированных скоплениями тел нервных клеток. Нижние концы обеих цепочек встречаются и продолжаются дальше в виде одной нити. Эти цепочки ганглиев называют иногда симпатическими стволами¹.

¹ Словом «симпатический» в прошлом пользовались для описания автономной нервной системы, потому что, согласно древним теориям, считалось, что деятельность внутренних органов регулируется симпатически. Слово «симпатия» происходит из греческого языка и означает «сострадание». Действие может быть продиктовано не только внешними силами, но также и внутренним импульсом сочувствия к страданиям другого. Так же и орган может действовать не в силу внешней необходимости, но в силу «сострадания» другому органу и в интересах всего организма. В настоящее время, как я укажу ниже, термином «симпатический» обозначается один из отделов автономной нервной системы.

Отнюдь не все ганглии симпатической нервной системы располагаются в симпатических стволах. Случается так, что нервное волокно проходит сквозь симпатический ствол, не образуя синапсов в ганглии, и направляется к ганглию, расположенному впереди позвоночника. Такие ганглии называются превертебральными (предпозвоночными), или коллатеральными, ганглиями.

Спланхнические нервы («спланхна» - «внутренности», греч.) начинаются вместе со спинномозговыми нервами грудного отдела спинного мозга. Их преганглионарные волокна заканчиваются в массе узлов (сплетении), расположенном непосредственно позади желудка. Это сплетение называется спланхническим и представляет собой самое крупное скопление нервных клеток за пределами центральной нервной системы. Действительно, иногда это скопление называют абдоминальным мозгом (по-латыни «абдомен» означает «живот»). Тем, кто занимался боксом, это сплетение лучше известно как солнечное сплетение. Слово «солнечный», вероятно, применено к этому сплетению потому, что оно напоминает крупное округлое тело, из которого, подобно лучам, исходят нервные стволы. Согласно другой теории, «солнечным» это сплетение называется потому, что тот, кто получает удар в это место, испытывает такую боль, что для него на время меркнет солнечный свет.

В некоторых случаях ганглии, отделяющие преганглпопарные волокна от постганглиопариых, расположены внутри органов, к которым направляются нервы. В этом случае преганглионарное волокно проходит весь путь до иннервируемого органа, в то время как длина постганглионарного волокна составляет обычно всего несколько миллиметров.

Те волокна автономной нервной системы, которые берут свое начало в спинно-мозговых сегментах от первого грудного до второго или третьего поясничного (то есть в середине спинного мозга), составляют в совокупности симпатический отдел автономной нервной системы. Поскольку эти нервы берут свое начало в поясничном и грудном отделах, то эту часть называют также пояснично-грудным отделом автономной (вегетативной) нервной системы. Те же волокна, которые берут начало выше и ниже волокон симпатического отдела, называют, в совокупности, парасимпатическим отделом автономной нервной системы, или кранио-сакральным отделом (от латинских слов cranium - «череп» и sacrum - «крестец»).

Разница между этими двумя отделами автономной нервной системы заключается не только в месте их происхождения. Например, эти отделы различаются по своему строению. Преганглиопарные волокна симпатической нервной системы закапчиваются либо в симпатическом стволе, либо в превертебральных ганглиях, так что эти волокна относительно коротки. Постганглионарные волокна, которые должны пройти путь до периферических органов, отличаются относительно большой длиной. Напротив, волокна парасимпатической нервной системы, выходя из спинного мозга, идут не прерываясь до органов-мишеней. В результате преганглионарные волокна очень длинны, а постганглионарные - коротки.

Точно так же эти два отдела автономной нервной системы оказывают на организм противоположные действия. Симпатический отдел представлен во внутренних органах более широко, но есть органы, которые одновременно получают как симпатическую, так и парасимпатическую иннервацию. Когда такое происходит, то каждый из этих двух нервов противодействует эффекту другого. Так, симпатические волокна ускоряют ритм сердечных сокращений, расширяют зрачки, увеличивают просвет бронхов и подавляют активность гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта. Напротив, парасимпатические нервы замедляют ритм сердечных сокращений, сужают зрачки и бронхи и стимулируют повышенную активность гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта. Симпатическая нервная система сужает кровеносные сосуды в одних местах (например, в коже и внутренних органах) и расширяет в других (например, в сердце и скелетных мышцах). Напротив, парасимпатическая нервная система там, где она присутствует, расширяет первые сосуды и сужает вторые.

Два отдела автономной нервной системы различаются между собой и по биохимическим характеристикам. Все нервные окончания, не относящиеся к автономной нервной системе, выделяют ацетилхолин, когда к ним приходит нервный импульс. Это верно также и в отношении преганглионарных нервных волокон автономной нервной системы, но есть отклонение от обычной нормы в постаганглионарных нервных окончаниях. Постганглионарные нервные окончания парасимпатической нервной системы секретируют ацетилхолин, а нервные окончания постганглионарных симпатических волокон - нет. Они секретируют вещество, которое до открытия его химической структуры называли симпатином. Со временем было обнаружено, что симпатии - это не что иное, как норэпинефрин (еще его называют норадреналином), вещество, очень похожее на эпинефрин (адреналин), который мы обсуждали в главе 2. Те нервные окончания, которые секретируют ацетилхолин, называют холинергическими нервами, а те, которые секретируют норадреналин, - адренергическими нервами.

Секреция норадреиалина в нервных окончаниях симпатической нервной системы вполне логична, так как симпатическая нервная система готовит организм к экстремальным ситуациям, так же как гормон адреналин. Симпатическая стимуляция ускоряет ритм сердечных сокращений и расширяет кровеносные сосуды сердца и скелетных мышц, чтобы мышцы могли сокращаться с большей силой и скоростью. Симпатическая нервная система стимулирует расширение бронхов, чтобы легкие могли вдохнуть больше воздуха, а организм получить больше кислорода. Симпатическая нервная система выключает кровоснабжение кишечника и желудка, угнетает перистальтические сокращения их гладкой мускулатуры и уменьшает кровоснабжение кожи. Пищеварение может подождать, когда кровь нужна в другом, более важном месте. Симпатическая нервная система поддерживает функцию почек, ускоряет высвобождение в кровь глюкозы и даже стимулирует умственную деятельность. Симпатическая нервная система делает то же самое, что и адреналин, да и чего можно ожидать от соединения, которое является практически близнецом адреналина?

Действительно, этот пример показывает, что химическая и электрическая системы регуляции функций организма не являются независимыми, так как мозговое вещество надпочечников можно стимулировать симпатическими волокнами, в ответ на стимуляцию которыми надпочечник секретирует адреналин, так что его эффект добавляется к эффектам симпатической нервной системы, что помогает проведению импульсов по симпатическим нервам. Симпатическая нервная система также стимулирует секрецию АКТГ гипофизом, что, в свою очередь, стимулирует секрецию кортикостероидов корой надпочечников. Эти же гормоны необходимы организму при стрессе. Напротив, парасимпатический отдел выводит организм из состояния готовности, когда экстремальная ситуация разрешается.

Симпатическая нервная система и мозговое вещество надпочечников также не являются жизненно необходимыми частями организма, если не считать того, что при их отсутствии воздействие стрессовых ситуаций может оказаться смертельным, так как организм потеряет возможность адекватно отвечать на стресс и экстремальные состояния. Тем не менее, можно, не ожидая смертельного исхода, удалить мозговое вещество надпочечников и пересечь симпатические нервные пути. Более того, если обеспечить такому организму тепличные условия существования, то он даже не будет испытывать заметных неудобств.

Глава 10

ОЩУЩЕНИЯ И ВОСПРИЯТИЕ

ТАКТИЛЬНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ

(прикосновение)

После того как я описал структуру и строение нервной системы, настало время подумать, как же работает эта система. Очень легко видеть, что для того, чтобы нервная система могла управлять действиями организма с пользой для последнего, она должна постоянно оценивать детали окружающей среды. Бесполезно быстро опускать голову, если ей не грозит столкновение с каким-то предметом. С другой стороны, очень опасно не сделать этого, если такая угроза существует.

Для того чтобы иметь представление о состоянии окружающей среды, надо ее ощущать или воспринимать. Организм ощущает окружающую среду путем взаимодействия специализированных нервных окончаний с теми или иными факторами среды. Взаимодействие интерпретируется центральной нервной системой способами, которые отличаются друг от друга в зависимости от природы воспринимающих нервных окончаний. Каждая форма взаимодействия и интерпретации выделяется в виде особого вида сенсорного (чувственного) восприятия.

В обыденной речи мы обычно различаем пять чувств - зрение, слух, вкус, обоняние и тактильную чувствительность, или ощущение прикосновения. Мы располагаем отдельными органами, каждый из которых отвечает за один из видов восприятия. Образы мы воспринимаем с помощью глаз, слуховые стимулы с помощью ушей, запахи достигают нашего сознания через нос, вкус мы ощущаем языком. Эти ощущения мы можем сгруппировать в один класс и назвать специализированными ощущениями, так как каждое из них требует участия особого (то есть специального) органа.

Для восприятия тактильных ощущений не требуется никакого особого органа. Нервные окончания, воспринимающие прикосновения, рассеяны по всей поверхности тела. Осязание - это пример общего ощущения.

Мы довольно плохо дифференцируем ощущения, восприятие которых не требует участия специальных органов, и поэтому говорим о прикосновении как о единственном ощущении, которое мы воспринимаем кожей. Например, мы часто говорим, что какой-то предмет «горяч на ощупь», хотя в действительности прикосновение и воздействие температуры воспринимаются разными нервными окончаниями. Способность воспринимать прикосновение, давление, жар, холод и боль объединяется общим термином - кожная чувствительность, так как нервные окончания, которыми мы воспринимаем эти раздражения, находятся в коже. Эти нервные окончания называются также экстероцепторами (от латинского слова «экстра», что означает «снаружи»). Экстероцепция существует также внутри организма, так как окончания, расположенные в стенке желудочно-кишечного тракта, по сути, являются экстероцепторами, поскольку этот тракт сообщается с окружающей средой посредством рта и заднего прохода. Можно было бы считать ощущения, возникающие в результате раздражения этих окончаний, разновидностью внешней чувствительности, но ее выделяют в особый вид, называемый интероцепцией (от латинского слова «интра» - «внутри»), или висцеральной чувствительностью.

Наконец, существуют нервные окончания, передающие сигналы от органов самого тела - от мышц, сухожилий, связок суставов и тому подобного. Такая чувствительность называется проприоцептивной («проприус» па латинском языке означает «собственный»). Мы меньше всего осознаем именно проприоцептивную чувствительность, воспринимая результаты ее работы как нечто само собой разумеющееся. Проприоцептивную чувствительность реализуют специфические нервные окончания, находящиеся в различных органах. Для наглядности можно упомянуть о нервных окончаниях, расположенных в мышцах, в так называемых специализированных мышечных волокнах. При растяжении или сокращении этих волокон в нервных окончаниях возникают импульсы, которые передаются по нервам в спинной мозг, а потом, по восходящим трактам, в ствол головного мозга. Чем больше степень растяжения или сокращения волокна, тем больше порождается импульсов в единицу времени. Другие нервные окончания реагируют на давление в ступнях при стоянии или в ягодичных мышцах при сидении. Есть и другие разновидности нервных окончаний, реагирующих на степень напряжения в связках, на угол взаимного расположения костей, соединенных в суставах, и так далее.

Нижние отделы мозга обрабатывают поступающие сигналы от всех частей тела и используют эту информацию для координации и организации движений мышц, призванных сохранять равновесие, менять неудобное положение тела и приспосабливаться к внешним условиям. Хотя обычная работа организма по координации движений во время стояния, сидения, ходьбы или бега ускользает от нашего сознания, определенные ощущения иногда достигают коры большого мозга, и благодаря им мы в любой момент времени отдаем себе отчет в относительном положении частей нашего тела. Мы, не глядя, точно знаем, где и как расположен наш локоть или большой палец ноги, и с закрытыми глазами можем прикоснуться к любой названной нам части тела. Если кто-то согнет нашу руку в локте, мы точно знаем, в какое положение переведена наша конечность, и для этого нам не надо на нее смотреть. Для того чтобы это делать, нам необходимо постоянно интерпретировать бесчисленные сочетания нервных импульсов, поступающих в мозг от растянутых или изогнутых мышц, связок и сухожилий.

Различные проприоцептивные восприятия иногда объединяются общим названием позиционного чувства, или чувства положения. Часто это чувство называется кинестетическим (от греческих слов, обозначающих «чувство движения»). Неизвестно, в какой степени это чувство зависит от взаимодействия сил, развиваемых мышцами, с силой гравитации. Этот вопрос стал особенно актуальным для биологов в последнее время, в связи с развитием космонавтики. Во время длительных космических полетов космонавты долгое время пребывают в состоянии невесомости, когда проприоцептивная чувствительность лишена сигналов о привычном воздействии гравитации.

Что же касается экстероцептивной чувствительности, воспринимающей такие модальности, как прикосновение, давление, жар, холод и боль, то она опосредуется нервными импульсами, которые генерируются в нервных окончаниях определенного типа для каждого вида чувствительности. Для восприятия всех видов раздражителей, кроме болевых, нервные окончания обладают определенными структурами, которые называются по именам ученых, впервые описавших эти структуры.

Так, тактильные рецепторы (то есть структуры, воспринимающие прикосновения) часто заканчиваются тельцами Мейсснера, которые были описаны немецким анатомом Георгом Мейсснером в 1853 году. Рецепторы, воспринимающие холод, называются колбочками Краузе, по имени впервые описавшего в 1860 году эти структуры немецкого анатома Вильгельма Краузе. Тепловые рецепторы называются концевыми органами Руффини, по имени итальянского анатома Анджело Руффини, который описал их в 1898 году. Рецепторы давления называются тельцами Пачини, по имени итальянского анатома Филиппо Пачини, который описал их в 1830 году. Каждый из этих рецепторов легко отличить от прочих рецепторов по его морфологическому строению. (Однако болевые рецепторы представляют собой просто оголенные окончания нервных волокон, лишенных каких-либо структурных особенностей.)

Специализированные нервные окончания каждого типа приспособлены для восприятия только одного вида раздражения. Легкое прикосновение к коже в непосредственной близости от тактильного рецептора вызовет возникновение импульса в нем, но не вызовет никакой реакции в других рецепторах. Если же к коже прикоснуться теплым предметом, то на это отреагирует тепловой рецептор, а прочие не ответят никакой реакцией. В каждом случае нервные импульсы сами по себе идентичны в любом из этих нервов (действительно, импульсы идентичны во всех нервах), но их интерпретация в центральной нервной системе зависит от того, какой именно нерв передал тот или иной импульс. Например, импульс от теплового рецептора вызовет ощущение тепла вне зависимости от природы стимула. При стимуляции других рецепторов возникают также специфические ощущения, характерные только для данного вида рецепторов и не зависящие от природы стимула.

(Это верно и для специализированных органов чувств. Общеизвестен факт, что когда человек получает удар в глаз, то из него «сыплются искры», то есть головной мозг интерпретирует как свет любое раздражение зрительного нерва. Резкое надавливание на глаз также вызовет ощущение света. То же самое происходит при стимуляции языка слабым электрическим током. У человека при таком раздражении появляется некое вкусовое ощущение.)

Кожные рецепторы расположены не в каждом участке кожи, и там, где присутствует рецептор какого-либо типа, могут отсутствовать рецепторы других типов. Кожу можно картировать по различным видам чувствительности. Если мы воспользуемся тонким волоском, чтобы прикасаться к различным участкам кожи, то обнаружим, что в некоторых местах человек воспринимает прикосновение, а в некоторых - нет. Затратив еще немного труда, мы можем подобным же образом картировать кожу по тепловой и холодовой чувствительности. Промежутки между рецепторами невелики, и поэтому в обыденной жизни мы практически всегда отвечаем на стимулы, которые раздражают нашу кожу. Всего в коже расположены 200 000 нервных окончаний, реагирующих на температуру, полмиллиона рецепторов, реагирующих на прикосновение и давление, и около трех миллионов болевых рецепторов.

Как и следует ожидать, тактильные рецепторы наиболее густо расположены в языке и в кончиках пальцев, то есть в тех местах, которые самой природой предназначены для исследования свойств окружающего мира. Язык и кончики пальцев лишены волосяного покрова, но в других участках кожи тактильные рецепторы связаны с волосами. Волосы - мертвые структуры, полностью лишенные чувствительности, но все мы хорошо знаем, что человек ощущает любое, даже легчайшее прикосновение к волосам. Очевидный парадокс объясняется очень просто, если мы поймем, что при прикосновении к волосу он сгибается и, как рычаг, оказывает давление на расположенный рядом с ним участок кожи. Таким образом, происходит стимуляция тактильных рецепторов, расположенных в непосредственной близости от корня волоса.

Это очень полезное свойство, так как оно позволяет нам чувствовать прикосновение без прямого контакта кожи с инородным предметом. Ночью мы можем определить местонахождение неодушевленного предмета (который мы не можем увидеть, услышать или учуять), если коснемся его нашими волосами. (Существует еще способность к эхолокации, которую мы вскоре будем обсуждать.)

Некоторые ночные животные доводят до совершенства свою «волосяную чувствительность». Самый знакомый пример - семейство кошачьих, к которым относятся известные всем домашние кошки. У этих животных есть усы, которые зоологи называют вибриссами. Это длинные волосы, они касаются предметов на довольно большом удалении от поверхности тела. Волосы довольно жесткие, поэтому физическое воздействие передается к коже без затухания, то есть с минимальными потерями. Вибриссы расположены вблизи пасти, где концентрация тактильных рецепторов очень высока. Таким образом омертвевшие структуры, нечувствительные сами по себе, стали чрезвычайно тонкими органами восприятия тактильных стимулов.

Если прикосновение становится более интенсивным, то оно начинает стимулировать тельца Пачини в нервных окончаниях, воспринимающих давление. В отличие от тактильных рецепторов, расположенных на поверхности кожи, органы восприятия давления локализованы в подкожных тканях. Между этими нервными окончаниями и окружающей средой находится довольно толстый слой ткани, и воздействие должно быть сильнее, чтобы преодолеть смягчающее воздействие этой предохраняющей подушки.

С другой стороны, если прикосновение длится достаточно долго, то нервные окончания тактильных рецепторов становятся все менее и менее чувствительными и, в конце концов, перестают реагировать на прикосновение. То есть вы осознаете прикосновение в самом его начале, но если его интенсивность остается неизменной, то ощущение прикосновения исчезает. Это разумное решение, потому что в противном случае мы постоянно ощущали бы прикосновение к коже одежды и множества других предметов, и эти ощущения загрузили бы наш головной мозг массой ненужной и бесполезной информации. В этом отношении подобным образом ведут себя и температурные рецепторы. Например, вода в ванне кажется нам очень горячей, когда мы ложимся в нее, но потом, по мере того как мы «привыкаем» к ней, она становится приятно теплой. Точно так же холодная озерная вода становится приятно прохладной через некоторое время после того, как мы в нее ныряем. Активирующая ретикулярная формация блокирует поток импульсов, которые несут бесполезную или незначимую информацию, освобождая головной мозг для более важных и насущных дел.

Для того чтобы ощущение прикосновения воспринималось длительно, необходимо, чтобы его характеристики постоянно менялись во времени и чтобы в него все время вовлекались новые рецепторы. Таким образом, прикосновение превращается в щекотку или ласку. Таламус способен до некоторой степени локализовать такие ощущения, но для точного определения места прикосновения в игру должна включиться кора большого мозга. Такое тонкое различение выполняется в сенсорной области коры. Так, когда нам на кожу садится комар, точный удар следует немедленно, даже без взгляда па несчастное насекомое. Точность пространственного различения варьируется в зависимости от места на коже. Мы воспринимаем как раздельные прикосновения к двум точкам на языке, удаленным друг от друга на расстояние 1,1 мм. Для того чтобы два прикосновения воспринимались как раздельные, расстояние между стимулируемыми точками на пальцах должно быть не менее 2,3 мм. В носу такое расстояние достигает 6,6мм. Однако стоит сравнить эти данные с данными, полученными для кожи спины. Там два прикосновения воспринимаются как раздельные, если расстояние между ними превышает 67 мм.

При интерпретации ощущений центральная нервная система не просто дифференцирует один тип ощущений от другого или одно место раздражения от другого. Она также определяет интенсивность раздражения. Например, мы легко определяем, какой из двух предметов тяжелее, если возьмем по одному в каждую руку, даже если эти предметы похожи по объему и форме. Более тяжелый предмет сильнее давит на кожу, сильнее возбуждает рецепторы давления, которые в ответ разряжаются более частыми залпами импульсов. Мы можем также взвесить эти предметы, поочередно перемещая их вверх и вниз. Более тяжелый предмет требует большего мышечного усилия для преодоления силы тяжести при движениях одной и той же амплитуды, и наше проприоцептивное чувство скажет нам, какая из рук развивает большее усилие при поднятии своего предмета. (То же самое касается и других чувств. Мы различаем степень тепла или холода, интенсивности боли, яркости света, громкости звука и силы запаха или вкуса.)

Очевидно, что существует некий порог различения. Если один предмет весит 9 унций, а другой 18, то мы легко определим эту разницу даже с закрытыми глазами, просто взвесив эти предметы на ладонях рук. Если один предмет весит 9 унций, а другой 10, то нам придется «покачать» предметы на руках, но в конце концов верный ответ будет все же найден. Однако если один предмет весит 9 унций, а другой 9,5 унций, то определить разницу, скорее всего, не удастся. Человек будет колебаться, и его ответ может с равной долей вероятности оказаться как верным, так и ошибочным. Способность различать силу стимулов лежит не в абсолютной их разнице, а в относительной. Роль в различении предметов весом 9 и 10 унций соответственно играет разница в 10 %, а не абсолютная разница в одну унцию. Например, мы не сможем определить разницу между предметами весом в 90 и 91 унцию, хотя разница в весе составляет ту же самую одну унцию. Зато мы легко уловим разницу между предметами весом 90 и 100 унций. Однако нам будет довольно просто определить разницу между весами предметов, если один из них весит одну унцию, а другой одну унцию с четвертью, хотя разница между этими величинами намного меньше одной унции.

По-иному то же самое можно сказать так: организм оценивает разницу в интенсивности любых сенсорных стимулов по логарифмической шкале. Этот закон называется законом Вебера - Фехнера, по именам двух немецких ученых - Эрнста Генриха Вебера и Густава Теодора Фехнера, которые его открыли. Функционируя таким образом, органы чувств способны обработать больший диапазон интенсивностей стимулов, чем это было бы возможно при линейном их восприятии. Предположим, например, что какое-то нервное окончание может при максимальном воздействии разряжаться в двадцать раз чаще, чем при минимальном. (При уровне раздражения выше максимального наступает повреждение нерва, а при уровне ниже минимального ответ попросту отсутствует.) Если бы нервное окончание реагировало на раздражение по линейной шкале, то максимальный стимул мог бы быть всего в двадцать раз сильнее минимального. При использовании же логарифмической шкалы - даже если взять 2 за основание логарифма - максимальная частота разрядов с нервного окончания будет достигнута, если максимальный стимул будет в два в двадцатой степени раз выше, чем минимальный. Это число приблизительно равно миллиону.

Именно благодаря тому, что нервная система работает согласно закону Вебера -Фехнера, мы способны слышать гром и шорох листвы, видеть солнце и едва заметные звезды.

БОЛЬ

Боль - это чувство, которое мы ощущаем, когда какой-либо аспект окружающей среды становится опасным для какой-либо части тела. Это воздействие не обязательно должно быть экстремальным, чтобы вызвать боль - достаточно царапины, по, естественно, чем сильнее воздействие, тем сильнее боль. Какое-либо воздействие может обычно не вызывать боли, но причиняет ее, если сила воздействия становится слишком большой и может стать причиной повреждения ткани. Например, это может быть слишком сильное воздействие, чрезвычайно высокая или, наоборот, низкая температура, или слишком громкий звук, как и слишком яркий свет. Эти модальности восприятия могут вызвать боль, если их интенсивность выходит за некоторые рамки.

От всех остальных видов кожной чувствительности боль отличается тем, что к ней меньше всего адаптируются. К боли очень трудно привыкнуть. Каждый знает, что, например, зубная боль может продолжаться, продолжаться и продолжаться. Такое положение имеет разумное обоснование, поскольку боль не просто сообщает нервной системе какую-то информацию, она взывает о помощи, если помощь возможна. Если бы боль со временем исчезала, как ощущение нежного прикосновения, то заболевание, вызывающее боль, с большой долей вероятности может усугубиться и вызвать необратимые повреждения, а может быть, и смерть.

Однако для таких случаев, когда причину боли невозможно устранить, человек, естественно, начал искать средство уменьшить боль как таковую, чтобы страдалец мог, по крайней мере, умереть без сильных мучений. Или, если боль сопровождает попытку вылечить какое-либо заболевание, как это, например, бывает при удалении зуба или при хирургической операции, то боль по возможности надо уменьшить или полностью устранить.

Еще первобытный человек на заре истории открыл, что экстракты различных растений (для примера можно назвать опийный мак и коноплю) подавляют боль. Эти вещества оказывают наркотический («притупляющий», греч.) или анальгетический («обезболивающий», греч.) эффект и до сих пор применяются в медицинской практике. Самым распространенным анальгетиком до сих пор является морфин, производное опия, несмотря на то что к нему может развиться болезненное пристрастие, невзирая на введение в практику множества синтетических обезболивающих препаратов. Мягким анальгетиком является и ацетилсалициловая кислота, больше известная под своим торговым названием аспирин.

В 1884 году американец австрийского происхождения офтальмолог Карл Коллер ввел в медицинскую практику кокаин для обезболивания ограниченных участков кожи и обезболивания хирургических глазных операций. (Свойства этого соединения исследовал в свое время другой австриец, Зигмунд Фрейд, который впоследствии прославился па другом поприще.) Кокаин - это экстракт листьев южноамериканского растения коки. Туземцы жевали эти листья для уменьшения боли, снятия усталости и даже для утоления голода. (Такое облегчение было, конечно, иллюзорным, поскольку не устраняло причин этих состояний.) Химики упорно искали соединения, которые, не уступая кокаину в обезболивающем действии или даже превосходя его, не обладали бы в то же время его многочисленными нежелательными побочными эффектами. Самым лучшим из таких соединений оказался прокаин, или, если использовать более распространенное название, новокаин.

Для того чтобы выполнять большие хирургические операции и сделать их более гуманными, надо было найти способ сделать человека нечувствительным к боли и операционной травме. Первый шаг в этом направлении сделал английский химик Хэмфри Дэви в 1799 году, когда он открыл газ - закись азота - и обнаружил, что вдыхание его делает человека нечувствительным к боли. Дэви предложил делать операции под ингаляциями вновь открытого газа. Со временем закись азота действительно стали использовать стоматологи, в практике которых закись азота получила более распространенное наименование «веселящего газа». Однако операции под общим обезболиванием, то есть при выключенной болевой чувствительности, стали впервые выполняться только в 40-х годах XIX века. При этом для обезболивания начали применять не закись азота, а пары эфира и хлороформа. Из этих двух веществ эфир оказался более безопасным, и он до сих пор является основным средством для наркоза. (Точнее, являлся во время написания книги. - Примеч. пер.)

В развитие метода внесли вклад многие, но первым был американский зубной врач Вильям Мор-тон, который в сентябре 1846 года успешно применил эфир в практике, а месяц спустя продемонстрировал его действие широкой врачебной аудитории во время операции, выполненной в Массачусетском генеральном госпитале в Бостоне. Американский врач Оливер Уэнделл Холмс (больше известный как поэт и эссеист) назвал воздействие эфира и хлороформа на организм анестезией (от греческого слова «бесчувствие»).