Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Понятие электрома выходит за пределы биоэлектрических сигналов, обнаруженных Гальвани и Дюбуа-Реймоном. Благодаря этим сигналам нервная система позволяет нам чувствовать и перемещаться в пространстве; на сегодняшний день эти сигналы уже хорошо изучены в результате обширного корпуса исследований, сформировавших современную нейробиологию. Но за последние двадцать лет начала вырисовываться иная картина, которая все более отчетливо демонстрирует наличие важнейших биоэлектрических сигналов за пределами нервной системы и их важную роль в функционировании других систем тела. Как геном описывает весь генетический материал организма (ДНК с записями “инструкций” для построения тела, основания A, C, T и G для составления кода этих инструкций, а также другие элементы, контролирующие активность генов), так полное описание нашего электрома может отразить все глубинные пути, с помощью которых различные электрические сигналы определяют наши биологические функции.

Карта электрома представляла бы собой уникальную электрическую схему, описывающую буквально все аспекты нашей жизни и смерти. В ней должны учитываться характеристики и размерность наших электрических свойств на уровне органов, клеток и мельчайших компонентов клеток, таких как митохондрии, и даже поведение электрических молекул.

Как было описано в первой части книги, самые ранние сведения об электроме мы получили благодаря активности наших мышц и нервов. Животный дух превратился в нервную проводимость, и в результате ее изучения сформировалась такая научная дисциплина, как неврология. В 1960-е годы результаты исследований в области неврологии (а также в области электрофизиологии, объединившей исследования электриков XVIII века с теоретическими исследованиями физиологов) сложились в формальную дисциплину, которую мы сегодня называем нейробиологией и которая занимается изучением нервной системы животных.

В XX веке были достигнуты громадные успехи в раскрытии закономерностей электрической активности нервной системы. Мы начали понимать код, позволяющий передавать информацию в мозг и из мозга. Как мы увидим в нескольких последующих главах, почти все эти открытия были сделаны благодаря исследованиям нервной системы с помощью металлического электричества. И это помогло понять, что искусственное электричество может – с разной степенью успешности – изменять наше собственное биоэлектричество и, следовательно, наше здоровье, мысли и поведение. Само по себе это уже очень значительное достижение, но к концу столетия мы осознали, что это лишь начало.

Но прежде чем двигаться дальше, нам нужно определить некоторые фундаментальные положения нейробиологии, чтобы ясно понимать, как работает нервная система и почему ученые так активно пытались изучать ее с помощью искусственного электричества. Об этом рассказывает данная глава. Я приглашаю вас отправиться со мной в краткое путешествие в 150-летнюю историю электрофизиологии.

Нервная проводимость для чайников

Понять механизм передачи электрических сигналов внутри тела намного проще, если знать структуру головного мозга, спинного мозга и специализированных клеток, обеспечивающих их коммуникацию. Эти клетки называют нервными клетками, или нейронами. Все эти данные были получены в результате потрясающих открытий, сформировавших так называемую “нейронную доктрину”, за установление которой Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахаль были удостоены Нобелевской премии в 1906 году. Тогда впервые стало понятно, как именно работает нервная система. До тех пор, как следует из рассказа о животном духе, считалось, что нервная система представляет собой единую сеть трубочек, протянутых от мозга по всему телу, которые могли быть заполнены водой или гидравлической жидкостью – и именно поэтому все остальные рассуждения фактически не имели смысла.

Рамон-и-Кахаль и Гольджи поняли (опять-таки в результате долгих разногласий и пререканий), что нервная система состоит из особых, специфических клеток, названных нейронами, которые могут проводить электрические сигналы от мозга к мышцам и обратно.

До тех пор никто не мог себе представить, что нервная система состоит из клеток, потому что нервные клетки не похожи на обычные. Большинство клеток имеют сферическую и немного приплюснутую форму. Но только не нейроны. У нейрона есть три четко различимые части. У него есть тело (и это тело действительно похоже на обычную клетку), но из него во все стороны отходят отростки разной длины. Эти отростки бывают двух типов. Первый тип – дендриты: очень короткие выросты, доставляющие информацию к телу нейрона. Второй тип – аксоны: они могут достигать метра в длину, и их функция заключается в том, чтобы отправлять сообщения другим нейронам или мышцам.

Некоторые из 86 миллиардов нейронов мозга находятся только в мозге, но многие простирают свои отростки в спинной мозг, в кожу, сердце, глаза, уши, нос, рот, внутренние органы, кишечник – иными словами, во все без исключения участки тела, чтобы заставить их двигаться, чувствовать и выполнять разные другие функции.