5. Неврологія Взаємодія нейронів

Немає більше важливого принципу для сучасної психології й для цієї книги, чим цей: Все психологічне є одночасно й біологічним. Кожна ваша ідея, кожен настрій, кожний порив є біологічна подія. Ви - це тіло. Ви думаєте, почуваєте й дієте за допомогою тіла. Ви пов'язані з світом через тіло (спробуйте сміятися, плакати або любити без нього). Ваше тіло (гени, мозок, його хімічний склад, внутрішні органи, зовнішній вигляд) - це ви. Без тіла ви ніхто. Хоча нам зручніше говорити окремо про біологічний і про психологічний вплив на поведінку, давайте не буде забувати: думати, почувати або діяти без тіла - те ж саме, що бігти без ніг.

Наприкінці сторіччя увага вчених прикута до самих дивних частин нашого тіла - мозку, нервовій системі і їхньому генетичному коду. Кінцева мета мозку - зрозуміти самого себе. Як мозок організує спілкування із самим собою? Яким чином спадковість визначає мозкові структури, а досвід - змінює їх? Як його складові частини обробляють інформацію, необхідну, щоб баскетболіст закинув м'яч, поет заримував слова, а закоханий запам'ятав перший поцілунок?

Щоб оцінити порушення, що охопило "двадцятиліття мозку", потрібно звернути увагу на дійсний бум, що відбувся в нашому розумінні процесу впливу мозку на розум. Хоча древній філософ Платон правильно розташував розум у півкулях мозку (його ідея зробленої форми), Аристотель думав, що розум криється в серці, що, як насос, накачує тіло теплом і енергією. Нехай серце залишається символом любові для Дня Святого Валентина, але наука вже давно обійшла філософію в цьому питанні. Ми закохуємося не серцем, а розумом.

На тимчасовій шкалі людського існування останні 150 років - усього кілька митей. Але тільки недавно початок формуватися наукове розуміння взаємозв'язку мозок - розум. Багато часу пройшло з початку XVIII сторіччя, коли німецький вчений-медик Франц Галль створив науку френологію - цю злощасну теорію, відповідно до якої горбки на черепі свідчать про наші розумові здатності й риси характеру. Один час у Британії було 29 френологічних об’єднань, а френологи приїжджали в Північну Америку, щоб читати лекції по френології (Hunt, 1993).

Біопсихологія

Галузь психології, що вивчає зв'язку між біологією й поведінку (деякі біопсихологи називають себе неврологами-біхевіористами, невро-психологами, генетиками-біхевіористами, психофізіологами або біопсихологами).

Нейрон

Нервова клітка, основний будівельний блок нервової системи.

Дендрит

Розгалужені відростки нейрона, які одержують сигнали й передають імпульс клітці.

Аксон

Довгастий відросток нейрона

З розгалуженими кінцевими волокнами, від яких сигнали посилають до інших нейронів або до м'язів і залоз.

Міелінова оболонка

Шар жирових кліток, які сегментарно охоплюють волокна багатьох нейронів. Завдяки їм швидкість передачі нервових імпульсів різко зростає

Потенціал дії

Нервовий імпульс - короткий електричний розряд, що проходить через аксон. Він породжується проникненням позитивно заряджених атомів через канал у мембрані аксона всередину його з наступним виходом через нього назовні.

Незважаючи на свою помилковість, френологія звертала увагу на те, що різні ділянки кори головного мозку мають специфічні функції. Через століття люди зрозуміли, що тіла складаються із клітин, серед яких є нервові клітини, що проводять електрику й спілкуються одна з іншою, посилаючи при цьому хімічні сигнали через маленький проміжок, що їх розділяє, і що специфічні ділянки мозку служать для виконання специфічних функцій (хоча й не таких, які мав на увазі Галль). На основі інформації, що обробляється в різних сигналах мозку, ми будуємо свій досвід образів, звуків, значень і спогадів, болю й страсті.

Сьогодні ми живемо в такий час, коли наукові відкриття в сфері взаємодії біології й поводження з'являються з незвичайною швидкістю.

У цій книзі ви знайдете свідчення того, що вся наша поведінка й розумові процеси обумовлені біологічно. Вивчаючи взаємозв'язок між біологічною діяльністю й психологічними явищами, біопсихологи по-новому трактують сон і мрії, депресію й шизофренію, голод і секс. От чому ми починаємо вивчення психології з її біологічних корінь.

НЕПРАВИЛЬНА ТЕОРІЯ

Незважаючи на те що спочатку теорія Галля була зустрінута прихильно, все-таки горбки на черепі нічого не говорять про те, як функціонує мозок. Проте деякі припущення виявилися правильними. Різні ділянки мозку контролюють різні аспекти поведінки.

"Хвала тобі тілесна електрика"

Уолт Уитмен "Діти Адама" (1855)

Інформаційна система тіла складається з мільйонів взаємозалежних клітин, названих нейронами. Щоб оцінити думки й дії, пам'ять і настрій, ми повинні, насамперед, зрозуміти, як нейрони функціонують і взаємодіють.

Кожний з нас це система, що складається з підсистем, які, у свою чергу, складаються із ще менших підсистем. Клітини спеціальним чином організуються, щоб формувати органи тіла: шлунок, серце, мозок, які відповідно формують більше складні системи травлення, кровообігу й переробки інформації і є частинами ще більшої системи - вашої особистості, що знов-таки - складова частина родини, співтовариства людей і нації. Щоб глибше зрозуміти поведінку, ми повинні знати, як функціонують і взаємодіють біологічні, психологічні й соціальні системи. Ми - це біопсихосоціальні системи. У цій главі книги ми почнемо із дрібних часток і дійдемо до мозку, а в наступних главах мова йтиме про те, як навколишнє середовище й культура взаємодіють із нашими біологічними даними. На всіх рівнях психологи простежують процес обробки інформації - яким чином ми одержуємо її, як організуємо, інтерпретуємо, зберігаємо й використовуємо.

Великою вдачею для вчених є той факт, що інформаційні системи людей і тварин мають багато загального у своєму функціонуванні. Настільки багато, що ви не змогли б відрізнити невеликі зразки мозкової тканини людини від мозкової тканини мавпи. Така подібність дозволяє дослідникам вивчати щодо простих тварин, наприклад, кальмарів і морських слизней, щоб простежити за роботою їхніх нейронних систем, а також мозку ссавців, щоб зрозуміти будову власного мозку. Людський мозок має, звичайно, більше складний пристрій, але функціонує на таких же принципах, що й мозок тварин.

НЕЙРОНИ

Нервова інформаційна система нашого тіла — це дуже складний пристрій, що складається, однак, із простих блоків. Такими будівельними блоками є нейрони, або нервові клітини. Кожний нейрон складається з тіла клітини й одного або декількох нервових волокон (мал. 2.1). Волокна бувають двох типів: дендрити одержують інформацію, а аксони передають її іншим нейронам, м'язам і залозам. На відміну від коротких дендритів, аксони можуть бути або короткими, або тягтися через тіло на кілька сантиметрів. Тіло клітин й аксон моторного нейрона можна зрівняти з баскетбольним м'ячем, прив'язаним до мотузки довжиною в 8 кілометрів. Шар жирових клітин, названий міеліновою оболонкою. Ізолює волокна деяких нейронів. Оболонка допомагає прискорювати їхні імпульси. Важливу функцію міелінової оболонки можна простежити на прикладі захворювання склерозом, коли вона руйнується, і в результаті цього сповільнюється передача імпульсів м'язам, що приводить до втрати контролю над ними.

1. Стимуляція нейрона викликає короткий електричний розряд, названий потенціалом дії.

2. Деполяризація генерує ще один потенціал дій на наступній ділянці аксона. Канали на сусідній ділянці зараз відкриті, і більшість позитивно заряджених іонів проникають усередину, а в цей час позитивно заряджені іони на попередній ділянці аксона виходять назовні

3. У міру того як потенціали дії швидко просувається уздовж аксона, перша ділянка вже повністю перезаряджається

Залежно від типу волокна нервовий імпульс переміщається зі швидкістю, що коливається від уповільненої (4 кілометри на годину) до зверх швидкості (400 і більше кілометрів на годину). Але навіть і ця швидкість у три рази менша, ніж швидкість проходження електричного струму по провіднику. Цей факт допомагає пояснити, чому, на відміну від майже миттєвої реакції сучасного комп'ютера, вам може знадобитися чверть секунди або більше, щоб відреагувати на раптову подію наприклад, несподівана поява дитини, що перебігає дорогу перед бампером вашого автомобіля.

Нейрон генерує імпульс, під впливом тиску, тепла, світла, а також хімічних сигналів від сусідніх нейронів. Імпульс, що називається потенціалами дії. - це короткий електричний розряд, що проходить по аксоні, і його проходження можна зрівняти з падаючими один за одним кісточками доміно, зібраними в одну лінію. Подібно тому, як батареї виробляють електрику в результаті хімічних процесів, що відбуваються в них, нервовий електричний імпульс виникає також у результаті хімічних процесів. Вироблення електричного імпульсу як результату хімічних процесів припускає обмін атомів з електричним зарядом, названих іонами. Рідке внутрішнє середовище аксона, що "відпочиває", містить в основному негативно заряджені іони, а рідина зовні мембрани аксона - позитивно заряджені іони. Ця негативна зсередини й позитивна зовні поляризація, названа потенціалом відпочинку, можлива тому, що мембрана клітини впускає іони селективно: у неї є вхід, через який не можуть проникнути позитивно заряджені іони. Коли нейрон вистрілює імпульс, на першій ділянці аксона відкривається канал, і позитивно заряджені іони проникають усередину через нього (мал. 2.2). У результаті цього відбувається деполяризація тієї ділянки аксона, що змушує відкриватися наступний канал, а потім наступний і т. д. - подібно падаючим один за одним кісточкам доміно, складеним в одну лінію. Під час паузи відпочинку (рефракторний період) нейрон викачує позитивно заряджені атоми назовні. Потім він готовий знову вистрілювати імпульс. Важко собі уявити, що цей електрохімічний процес повторюється 100 разів у секунду. Але це лише перше з безлічі чудес. Нейрон - це маленьке пристосування, що приймає рішення, одержує сигнали від сотень, а може й тисяч інших нейронів своїми дендритами й тілами. Деякі із цих сигналів є збудливими, вони як би заводять нейронний прискорювач. Інші з них — гальмуючі, вони немов тиснуть на гальма. Сума сигналів утворить імпульс, коли збудливі сигнали мінус гальмуючі перевищують якийсь припустимий рівень інтенсивності, що називається порогом. Якщо збудливі сигнали перевищують поріг, нейрон передає електричний імпульс по аксоні (потенціал дії), що своїми закінченнями взаємодіє із сотнями й тисячами інших нейронів, а також з м'язами й залозами.

Однак перевищення стимулом даного порога не дає збільшення інтенсивності імпульсу. (Реакція нейронів - це реакція за принципом: всі або нічого; нейрони, як гвинтівка: або стріляє, або немає.) Не впливає на швидкість імпульсу також і інтенсивність подразника. Яким же чином ми визначаємо інтенсивність стимулу? Як відрізнити легкий дотик від сильного рукостискання? Хоча сильний стимул не може згенерувати найсильніший або найшвидший імпульс у нейроні (сильне натискання курка не змусить кулю летіти швидше), він може змусити частіше "стріляти" імпульсами більшої кількість нейронів.

ЯК ВЗАЄМОДІЮТЬ НЕЙРОНИ?

Нейрони переплітаються так хитромудро, що навіть під мікроскопом важко розглянути, де закінчується один нейрон і починається інший. Сотню років тому багато вчених вважали, що розгалужені аксони однієї клітини з'єднуються з дендритами іншої в нескінченні волокна. Але британський фізіолог сер Чарльз Шерінгтон (Sherrington, 1857-1952) помітив, що нервові імпульси займають більше часу для своїх переміщень по рефлекторному шляху, чим вони повинні були б займати. Шерінгтон прийшов до висновку, що на шляху передачі імпульсу повинне бути перешкода.

1. Електричні імпульси (потенціал дії) ідуть від одного нейрона до іншого через малюсінький проміжок, відомий як синапс.

2. Коли потенціал дії досягає закінчення аксона, він стимулює виділення молекул нейротрансміттера із синапичних пухирців. Ці молекули перетинають синаптичний проміжок і попадають на рецепторні ділянки сприймаючого нейрона. А це дозволяє іонам (вони не показані на малюнку) проникати в сприймаючий нейрон і або стимулювати, або гальмувати розвиток нового потенціалу дії.

Зараз ми вже знаємо, що закінчення аксона кожного з нейронів і справді відділені від сприймаючого нейрона маленьким проміжком — тонше мільйонної частини сантиметра. Шерінгтон назвав цей процес з'єднання нейронів синапсом, а проміжок — синаптичним проміжком, або щілиною. А Нобелівському лауреатові, іспанському невроанатому Сантьяго Рамон-і-Кахалю (Ramon & Cajal, 1832-1934) це злиття нейронів „поцілунок протоплазми", як він їх назвав, - здалися одним із чудес світу. Але яким чином перший імпульс здійснює „поцілунок протоплазми"? Яким чином він переборює маленький синаптичний проміжок? Відповідь на це питання є одним з найважливіших відкриттів нашого століття.

Дуже делікатним способом шишкоподібні утворення на закінченнях аксона впускають у синаптичний проміжок (мал. 2.3) хімічних посланців, називаних нейротрансміттерами або медіаторами. За секунди молекули нейротрансміттерів переборюють проміжок і попадають на рецепторні ділянки сприймаючого нейрона з такою точністю, з який ключ попадає в замок. На якусь мить медіатор відкриває малюсінькі „ворота" на приймаючій стороні. Це дозволяє йому проникати в сприймаючий нейрон - підтримуючи тим самим його готовність „вистрілювати імпульс" або заважати йому.

Поріг

Рівень стимуляції, необхідний для генерації нервового імпульсу.

Синапс (SIN-aps)

З'єднання між закінченнями аксона, що посилає сигнал, і дендритом, що його одержує, маленький проміжок між аксоном і сприймаючим нейроном. називається синаптичним проміжком або щілиною.

Нейротрансміттери (медіатори)

хімічні посланники, які проходить через синаптичні проміжки між нейронами. Від нейрона, який його виробляє, нейротрансміттер через синаптичний проміжок попадає на рецепторні ділянки сприймаючого нейрона й стимулює або загальмовує генерацію нервового імпульсу.

Ацетилхолін (ach)

медіатор, що серед інших функцій виконує функцію скорочення м'яза.

Більшість нейронів мають відносно постійну швидкість утворення імпульсів, що або зростає, або зменшується залежно від інших нейронів і хімічних речовин, які впливають на їхню чутливість. Коротше кажучи, нейрон - демократ по природі: якщо він одержує більше збудливих сигналів, чим гальмуючих, клітка „вистрілює" імпульси частіше й з більшою легкістю. Тоді більше електричних імпульсів проходить по аксону, звільняючи більшу кількість нейротрансміттерів, які через синаптичні проміжки проникають в інші нейрони.

ЯК НЕЙРОТРАНСМІТТЕРИ (МЕДІАТОРИ) ВПЛИВАЮТЬ НА НАС?

Відкриття 75 різних медіаторів ставить кілька питань. Чи концентруються окремі нейротрансміттери тільки в спеціально відведені для них місцях? Який їхній вплив? Чи можна підсилити або послабити цей вплив за допомогою наркотичних засобів або зміни їжі? Чи може така зміна впливати на наш настрій, пам'ять або розумові здатності?

У наступних главах пояснюється роль медіаторів при депресії й ейфорії, голоді й мисленні, наркотичній залежності й терапії. А зараз давайте подивимося, як нейротрансміттери впливають на рух і емоції. Нам уже відомо, що на кожному окремому шляху нейронів у мозку можуть бути задіяні тільки один або два медіатори, і всі вони по-своєму впливають на поводження й емоції. Один з найбільш вивчених нейротрансміттерів — ацетилхолін (Ach) — є посланником при кожному з'єднанні моторного нейрона з м'язами.

Сильні мікроскопи можуть настільки збільшувати тонкі середовища препаратів тканини, що можна легко помітити пухирці, які містять і виділяють молекули Ach. Коли Ach досягає кліток м'язів, м'язи скорочуються.

Якщо ж передача Ach заблокована, м'язи не можуть скорочуватися. Кураре - отрута, якою індіанці Південної Америки просочують кінці своїх мисливських стріл, захоплює й блокує рецепторні ділянки Ach, роблячи нейротрансміттер нездатним впливати на м'язи. Попадаючи в тварину, така стріла паралізує її. Ботулін - отрута, що розвивається в погано закупорених банках, також викликає параліч блокуванням виділення Ach-нейроном. І навпаки, отрута чорного павука-ткача викликає синаптичний приплив Ach. І результат - страшні м'язові судороги, конвульсії й навіть смерть.

Эндорфіни

Цікаве відкриття в області вивчення медіаторів зробили Кандас Перт і Соломон Снайдер. Приєднавши до морфіну (наркотичного препарату, що поліпшує настрій і полегшує біль) радіоактивний індикатор, вони ввели його в головний мозок тварини, щоб спостерігати, як саме він діє (Pert & Snyder, 1973). Перт і Снайдер з'ясували, що морфін сприймається рецепторами в областях, відповідальних за почуття болю й настрій. Важко зрозуміти, чому мозок містить ці „опіати", якщо не припустити, що в нього є свої наркотичні речовини, які виробляються природнім чином. Навіщо мозку хімічний замок, якби в нього не було свого ключа? Незабаром вчені підтвердили, що мозок і справді має кілька типів нейротрансміттерів, схожих на морфін. Їх назвали эндорфінами — скорочене від ендогенний, що означає - внутрішнє походження, і морфін. Ці натуральні наркотичні речовини виділяються як реакція на біль і навантаження (Farrell & other, 1982; Lagerweij & others, 1984). Вони допомагають зрозуміти багато позитивних почуттів, наприклад, „тріумф бігуна", болезаспокійливий ефект акупунктури, а також байдужність до болю в деяких калік. От що писав Давид Лівінгстон у своїх „Місіонерських подорожах":

„Я почув рик. Здригнувшись і повернувши голову, я побачив лева, що стрибнув на мене. Він схопив мене за плече, і ми полетіли на землю. Він страшно ричав у саме вухо, він тряс мене, як собака пацюка. Шок викликав байдужність, я почував щось начебто того, що почуває миша після перших струсів котом. На мене напала якась сонливість, не було ні болю, ні жаху, хоча розумом я розумів, що відбувається. Мабуть, цей стан з'являється у всіх тварин, яких убивають хижаки, і якщо це так, то сам милостивий Бог полегшує нам наші страждання перед смертю".

Як наркотики впливають на медіатори?

Эндорфин

морфін внутрішнього походження нейротрансмитгер із властивостями наркотику, що знижує біль і викликає почуття задоволеності.

Якщо эндорфіни зменшують біль і поліпшують настрій, то чому б тоді незаповнити мозок штучними наркотичними речовинами, стимулюючи тим самим його власну „фабрику гарного настрою"? Але справа в тому, що якщо мозок запаморочити наркотичними препаратами, такими, наприклад, як героїн і морфін, то він перестає виробляти натуральні наркотичні речовини. Якщо потім перестати вводити наркотик, то мозок виявиться позбавленим власних наркотичних речовин. І для наркомана наступає болісний період „ломки", що триває до того часу, поки мозок або знову не почне виробляти свій наркотик, або не одержить його ззовні. Як ми побачимо з подальших розділів книги, наркотики, які впливають на наш настрій - від алкогольних напоїв до кокаїну, - мають одну загальну властивість: їхній вплив уповільнено. Ми дорого платимо за придушення вироблення натуральних нейротрансміттерів самим організмом.

Втішною новиною є те, що таке знання дає можливість створювати нові терапевтичні препарати, у тому числі ті, які використаються при лікуванні шизофренії. Агоністи досягають такої мети шляхом імітації того або іншого медіатора (мал. 2.4 Ь). Агоніст - це молекула наркотичної речовини „досить схожа на нейротрансміттер", щоб імітувати його вплив. Вона може, наприклад, викликати на якийсь час: „підйом", підсилюючи звичайне відчуття задоволеності (як після прийняття дози наркотику). Антагоністи діють шляхом блокування того або іншого нейротрансміттера (мал. 2,4 с). Антагоніст - це молекула наркотичної речовини, схожа на натуральний медіатор, що займає його рецепторну ділянку й блокує його вплив, але не в такій мірі, щоб стимулювати рецептор.

Агоністи, антагоністи

Ця молекула медіатора має структуру, що точно відповідає рецепторній ділянці на сприймаючому нейроні подібно тому, як ключ відповідає замку

Ця молекула агоніста досить схожа по своїй структурі на молекулу медіатора, щоб імітувати такий же ефект на сприймаючому нейроні. Морфін, наприклад, імітує дію эндорфінів шляхом стимуляції рецепторів на тих ділянках мозку, які відповідають за настрій і відчуття болю

Ця молекула антагоніста настільки схожа на молекулу натурального медіатора, що може займати рецепторні ділянки, а також блокувати їхній вплив, але не в такій мірі, щоб стимулювати рецептор. Прикладом може служити отрута, що викликає параліч блокуванням рецепторів Ach, які регулюють роботу м'язів.

Деякіякі отрути, і зміїний у тому числі, паралізують, блокуючи ацетилхолінові рецептори, які надають руху м'яза. Інші препарати не є ні агоністами, ні антагоністами, але вони заважають розладу у виробленні медіаторів або їхньої повторної абсорбції.

Створення нового наркотичного препарату - досить складний процес: не всі хімічні речовини можуть прослизнути через бар'єр, яким мозок обгороджує себе від небажаних хімічних речовин, які циркулюють у крові. Наприклад, учені виявили, що конвульсії хвороби Паркінсона викликаються відмиранням нервових кліток, які виробляють нейротрансміттер, названий допаміном.

Але введення хворому допаміна в готовому виді не допомогло, тому що препарат не зміг перебороти бар'єр у крові мозку. А от L-допа, сировина яку мозок може перетворити в допамін, змогла пройти через бар'єр. Коли хворим увели L-допу, їхні здорові нейрони, що виробляють допамін, стали виробляти його ще більше, сприяючи поновленню контролю над м'язами.

Нервова система людини складається з більйонів окремих клітин, названих нейронами. Нейрон одержує сигнали від інших нейронів через відгалуження дендритів і клітин, поєднує ці сигнали в клітині й передає електричний імпульс (потенціал дії) по аксону. Коли ці сигнали досягають кінцевих волокон аксона, вони стимулюють вихід хімічних посланників, названих нейротрансміттерами або медіаторами. Ці молекули передають свої збудливі або гальмуючі імпульси, коли перетинають синаптичний проміжок між нейронами й попадають на рецепторні ділянки сусідніх нейронів.

Вчені вивчають нейротрансміттери, щоб з'ясувати їхню роль у поводженні й емоціях. Одні речовини (агоністи) імітують окремі медіатори, інші (антагоністи) блокують їх.

КЛЮЧОВІ ТЕРМІНИ Й ПОНЯТТЯ: біопсихологія, нейрон, дендрит, аксон, міелінова оболонка, потенціал дії, поріг, синапс, нейротрансміттери (медіатори), апетилхолін (Achl. Эндорфін).