Синхронизация это один из принципов биологии, акт разделения, коммуникации. Насекомые, также как птицы и рыбы, создают эту хореографию в соответствии с принципом синхронизации, который профессор Стивен Строгац определяет как самоорганизующуюся сложную систему. В соответствии с этим принципом, применяемым в микроскопическом масштабе к обществам разных видов, включая людей, членам группы удается синхронизироваться, потому что каждый индивид знает и заряжается тем, что делают его ближние. Обычно для синхронизации нужно не более четырех-шести участников группы. Стадная синхронизация достигается за счет взаимодействия. Когда определенное количество светлячков синхронизировалось, их совместная и слаженная деятельность выделяется на фоне беспорядочного гула группы, производя сильный эффект на остальных. Нечто подобное мы наблюдаем, например, на футбольном стадионе. Верное, но громкое меньшинство напевает название команды, соседи, переняв его порыв, присоединяются к хору. Когда количество участников достигает критического значения, рост происходит немедленно. Через несколько секунд весь стадион присоединяется к шуму. Этот механизм распространения информации не требует участия абсолютно всех, так как будут последователи или светлячки, которые не присоединятся к хореографии, не нарушая при этом синхронизацию. Кроме того, такие виды выделяются, что заставляет систему развиваться. Однако деятельность группы будет оказывать мощное притяжение, чтобы поглотить как можно больше участников.
Подобно светлячкам или футбольным болельщикам, нейроны синхронизируются, чтобы распространять информацию по всему мозгу. Без такого синхронизированного поведения не было бы ничего, кроме простого объединения нейронов, действующих случайным образом. Нейроны, насекомые и люди стремятся синхронизироваться с существами, которые их окружают, не теряя при этом своей индивидуальности. Мы склонны формировать единицу, но, как ни парадоксально, для ее формирования необходимо, чтобы между составляющими единицы существовала дистанция.
Именно расстояние в одну миллиардную метра ознаменовало рождение нейронауки, а именно 20 нанометров. Это было в начале XX века, примерно в 1905 году, когда дон Сантьяго Рамон-и-Кахаль смог показать, что мозг состоит из нейронов. В то время господствовала ретикулярная теория, предполагавшая, что мозг представляет собой сплошную массу, состоящую из тел клеток и покрытую столь густыми ответвлениями, что они образуют разветвленную сеть, по которой течет информация. Однако наваррский гений настаивал на том, что нейроны и их ответвления расположены очень близко друг к другу, но на самом деле не соприкасаются. Это деревья в сильно разветвленном лесу, но все-таки деревья. Благодаря открытию техники окрашивания нейронов мозга впервые стало возможным наблюдать, что нейроны действительно разделены; в частности, расстояние между ними составляет 20 нанометров. Это расстояние, такое маленькое и в то же время огромное, известно сегодня как синапсы и позволяет нейронам взаимодействовать электрически и химически, обеспечивая распространение исходящего от них электричества. Это фундаментальный принцип обработки информации в мозге. Не столько важен сам нейрон, сказал Дон Сантьяго, сколько его способность давать, получать, делиться. Биология это наука о жизни, потому что она основана на разделении. От тел нейронов отходят два типа отростков, называемых дендритами и аксонами, по которым соответственно принимается и распространяется электрический импульс. Таким образом, когда нейрон достигает определенного уровня электричества и испускает потенциал действия или электрический разряд, он распространяется по аксону, который, в зависимости от его диаметра, проводит нервный импульс, подобно кабелю, со скоростью, которая варьируется от единицы до 100 метров в секунду. Есть нейроны с коротким аксоном, которые обеспечивают связь со своими соседями, и нейроны с длинным аксоном, которые действуют как послы между более отдаленными областями мозга. Упомянутый импульс от передающего нейрона будет получен дендритом принимающего нейрона. Название «дендрит» происходит от греческого слова déndron, дерево, это знание облегчает визуализацию морфологии этой части нейронов. Они являются рецепторными чашечками нервного импульса, которые проводят импульс к телу нейрона, или соме. В детской сказке мы могли бы указать, что нейроны говорят через аксоны и слушают через дендриты. Основой функционирования мозга является этот диалог, обмен.
Рамон-и-Кахаль описал нейроны как «таинственных бабочек души, чьи взмахи крыльев, кто знает, может быть, когда-нибудь раскроют тайну ментального здоровья». Ученый сделал открытие и показал архитектуру мозга благодаря технике, которая позволила визуализировать небольшую часть нейронов, выделяющихся в лиственном нейронном лесу, и только таким образом я могу провести параллель и сказать, что лес состоит из деревьев. Ученый, проводивший «часы в пустынных лесах, лазая по деревьям и пытаясь выяснить направление течения рек», вернулся в свою юность, когда муниципальный совет Валенсии подарил ему микроскоп Zeiss в благодарность за его щедрую клиническую работу во время вспышки холеры и эпидемии туберкулеза 1885 года.
С этим инструментом в руках будущий нобелевский лауреат Рамон-и-Кахаль показал миру, на что похожи деревья, составляющие мозговой лес, и реки, которые его омывают: таким образом он заложил основы гистологии нервной системы.
Дон Сантьяго Рамон-и-Кахаль родился в 1852 году в Петилья-де-Арагон, чуть более чем в 100 км от Сарагосы, в университете которой его отец был профессором анатомии. С любознательным и скорее шутливым, чем игривым, характером в юности он выделялся своими способностями к рисунку. Этот талант определил историю нейроанатомии, использовавшей его рисунки для описания структуры нейронов и нервной системы.
Рамон-и-Кахаль изучал медицину в университете Сарагосы и совмещал учебу с чтением трудов по философии и долгими часами, проводимыми в гимнастическом зале. Проработав какое-то время в Университете Валенсии, он переехал в Мадрид в 1887 году, где познакомился с профессором Луисом Симарро, неврологом, психиатром и психологом, который научил его технике окрашивания, позволившей ученому описать нейронный лес и его деревья. В том же году Рамон-и-Кахаль был назначен профессором медицинского факультета Барселонского университета, где он пережил свой самый плодотворный этап в карьере, добившись международного признания. В 1906 году он был удостоен Нобелевской премии по медицине, которую разделил с Камиллом Гольджи за изобретение метода окрашивания, позволившего Кахалю открыть архитектуру нервной системы. В том же году художник Хоакин Соролья изобразил гения, закутанного в элегантную испанскую накидку, на фоне одного из своих мозговых рисунков. Соролья нарисовал Дона Сантьяго, смотрящего на зрителя, как будто желая выразить то, что нейробиология говорит о нас самих.
Великий оркестр
В математике светлячки и нейроны определяются как осцилляторы. Они испускают электричество прерывисто, с разной скоростью, в виде электрического удара. Каждый из 86 млрд нейронов, составляющих наш мозг, обладает способностью излучать электрический импульс, также называемый возбуждением нейронов, или потенциалом действия, который передается аксоном посылающего нейрона и принимается дендритом принимающего нейрона. Подобно тому, как светлячки какое-то время находятся в темноте, пока не завершится химическая реакция в их брюшках, нейроны проводят время в электрическом безмолвии, пока их нейронное тело не накопит определенный уровень электричества, а затем, подобно светлячкам, испускают разряд, который в случае нейронов проявляется в виде электрического разряда. Подобно светлячкам, нейроны активируются периодически, а не произвольно. Удивительная хореография света, рисуемого светлячками в лесу Пьедра Кантеада[2], также наблюдается на поверхности мозга. Электрические разряды нейронов колеблются, нейроны также являются осцилляторами, поскольку демонстрируют ритмичное поведение. Было идентифицировано пять нейронных ритмов, или способов, где нейроны колеблются или испускают электрические разряды. Они также известны как нейронные языки, так как представляют собой коммуникационный код между нервными клетками. Похоже на азбуку Морзе. Есть быстрые ритмы и другие, медленные, и в норме все они присутствуют одновременно и в самых разных задачах. Говорят, что мозг многоязычен. Чем быстрее темп, тем ниже его диапазон. Таким образом, быстрые ритмы полезны для передачи информации соседним нейронам. И, наоборот, чем медленнее ваш темп, тем больше возможностей пройти дальше.