Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Чувствующие нейроны, приносящие ощущения и восприятие в мозг, являются частью афферентной системы, сообщающей нам новости об окружающем мире: об изображениях, звуках, запахах, царапинах и ударах, достающихся нашему телу. Их также называют сенсорными нейронами. Двигательные нейроны, сообщающие о наших намерениях различным частям тела, являются элементом эфферентной системы, позволяющей нам реагировать на сигналы, переданные афферентной системой.

Вне зависимости от того, идет ли речь об ощущениях или движениях, соответствующие нейроны переносят информацию в мозг и из мозга за счет электричества – посредством потенциала действия. Именно это легкое отклонение стрелки прибора Дюбуа-Реймон назвал током действия, или нервным импульсом. Термины “нервный импульс”, “потенциал действия” или “спайк” – еще один термин, который вы тоже могли слышать, – обозначают одно и то же: слабый электрический сигнал, переносящий информацию между двумя соседними нервными клетками в мозге или между нервом и мышцей[102]. Получая сообщение, дендрит передает его в тело клетки, где принимается решение о том, следует ли передавать этот сигнал аксону. Если сообщение передается дальше, оно достигает окончания аксона, откуда перескакивает на дендрит соседней клетки. Почти с того самого момента, когда Дюбуа-Реймон и Гельмгольц начали измерять нервные импульсы, люди начали спорить о том, какова природа этих импульсов – химическая она или электрическая. Но когда выяснилось, как сигнал перескакивает с одной клетки на другую, споры едва не переросли в целую войну.

Дело в том, что на конце аксона сигнал вынужден немного затормозить. Здесь имеется крохотный зазор, отделяющий аксон одной клетки от дендрита другой клетки. Этот зазор называется синапсом: его окрестили так в том же году, когда “нейронная доктрина” принесла Нобелевскую своим авторам. Открытие этого промежутка между клетками, которые, как считалось, проводят электрический сигнал, возродило множество сомнений относительно реальности животного электричества и электрической природы нервного импульса. Ведь не может электрический сигнал передаваться через зазор между телеграфными проводами, так как же он может это делать в нервной системе?

В 1921 году были обнаружены химические молекулы, названные нейромедиаторами, которые переплывают через синаптическую щель, и это только усугубило сомнения. Вопрос о природе нервного сигнала очень быстро привел к разногласиям между противостоящими группировками ученых: одни были сторонниками идеи “супа” (химической проводимости), другие – сторонниками идеи “искры” (электрической проводимости)[103]. Этакая “Вестсайдская история” в науке.

В конечном итоге после жестокого сопротивления сторонников идеи “супа” сторонники электрической проводимости одержали верх. Завоевали эту победу два физиолога из Университета Кембриджа – Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, чьи имена, возможно, вызывают легкое шевеление в глубине вашего мозга, конкретно в той его части, которая отвечала за усвоение школьного материала. Они прочно вошли в историю науки тем, что доказали ключевую роль электричества в проведении нервного импульса. Оно положило конец разногласиям между сторонниками идей “супа” и “искры” в 1950-е годы. Их эксперименты впервые показали в мельчайших подробностях, как именно потенциал действия переносится по нейрону с помощью заряженных частиц, без электрических свойств и активности которых ничего бы не происходило.

Эти частицы называют ионами. Ионы – это атомы, несущие положительный или отрицательный заряд. Их полным-полно в жидкой среде, омывающей все клетки нашего тела (этих клеток очень много, и именно поэтому нам все время твердят, что наше тело на 60 % состоит из воды). Ионы, растворенные в так называемой межклеточной жидкости, очень похожи на компоненты морской воды: главным образом это ионы натрия и калия, а также небольшое количество ионов других веществ, таких как кальций, магний и хлор. Точное соотношение их концентраций внутри каждого нейрона и в окружающей его среде является решающим условием для возможности передачи электрического сигнала.