Профессор Знаев

ПОЧЕМУ НЕЙРОНЫ ДЕЙСТВУЮТ СООБЩА?

Может быть, нам и не стоило бы пытать­ся воспроизвести все способности мозга с по­мощью проводов и схем, сделанных из твер­дых неорганических материалов?

Нельзя ли попробовать вырастить что-либо подобное ней­ронам, то есть изготовить искусственный по происхождению, но схожий с природным по своим возможностям материал? Или, на ху­дой конец, просто извлечь нейрон из орга­низма и включить его в наши схемы как их часть. Говоря по-иному, создать или исполь­зовать изолированно от живой материи от­дельные нервные клетки. Но не тут-то было — воистину и в природе один в поле не воин.

Дело в том, что по мере роста и усложне­ния организма становится все более совершен­ной его нервная система. Растущие нервные клетки не выполняют свои функции каждая сама по себе, независимо от другой. Они со­общаются между собой, устанавливают свя­зи-сигналы, могут обмениваться информаци­ей, то есть работают совместно.

Взгляните на рисунок, где показаны лишь два из многих способов коммуникации нервных клеток. Слева прямоугольничком выделен уча­сток, где происходит так называемый синаптический контакт между аксоном одной клет­ки и отростком-шипиком другой. Интересно, что когда электрические сигналы, добежавшие до нервного окончания, должны быть пере­даны «соседке», в дело вступает уже извест­ная нам химическая сигнализация. От одной клетки к другой перебегают, причем только в одном направлении, вещества, приводящие в действие новую электрическую эстафету, но­вый электрический импульс во второй не­рвной клетке.

Справа выделен участок, на котором по­добным образом происходит коммуникация уже между дендритами, однако здесь обмен информацией, гак сказать, взаимный. Полу­чается, что все нервные клетки объединены между собой разветвленной системой сигна­лизации. Это и позволяет им работать как чему-то целому. Такую особенность подмети­ли создатели современных компьютеров, по­нимая, что их возможности будут многократ­но увеличены, если машины строить на базе нейронных сетей.

Ох и непростая это задача! Ведь в нашем мозгу не менее 10 миллиардов нейронов и бесчисленное количество связей между ними. Более того, нейроны специализируются по своим функциям. Те, что передают сигналы от рецепторов к мозгу, — о них шла речь в прошлом рассказе — порой, например в слу­чае реакции на изменение температуры, мо­гут и не «торопиться». А вот моторные ней­роны, идущие от мозга к мышцам, обязаны действовать, что называется, моментально. Почему природа не создала их одинаковыми по скорости передачи импульсов? Да пото­му, что эволюции пришлось решать задачу с противоречивыми требованиями. Ведь ско­рость зависит от толщины нейрона: чем он больше в поперечном сечении, тем быстрее по нему бежит биоэлектрический импульс. И будь все нейроны в равной степени «сприн­терами», на мышцы и скелет в организме места бы не осталось. В конце концов, по результатам приспособления к окружающей среде и было найдено компромиссное реше­ние, каким должно быть соотношение тон­ких и толстых нервных волокон.

Помните, мы обещали вернуться к лягуш­ке, лапка которой дергалась в опытах Гальва­ни? Вот самое время для этого, поскольку те­перь вам нетрудно будет ответить на вопрос, как заставляло электричество сокращаться ее мышцы? Заодно отметим, что Гальвани про­водил и такие опыты, где действительно имел дело с «животным электричеством», со време­нем был реабилитирован, а подтверждением его правоты стала вся история электробиоло­гии, которая в конце концов и привела к по­ниманию взаимодействия между нейронами.

А открытия, связанные с ними, не пре­кращаются! Так, считалось, что нервные клет­ки не восстанавливаются. Оказалось, что нет, совместными действиями элементы нервной системы реконструируют утраченные системой функции, выделяя вещества, стимулирующие отстраивание разрушенного.

До последнего времени не удавалось зас­тавить нервные клетки делиться и размно­жаться. Но вот уже получены культуры ней­ронов, способные в дальнейшем разрастать­ся, соединяться друг с другом, образуя сети.

Найдены способы воздействия на одну единственную нервную клетку с помощью микроминиатюрных устройств на основе кремния без затрагивания соседних нейро­нов, — а это уже мостик, стыковка между информационными системами живого и ис­кусственного происхождения.

Такого рода достижения и вселяют надеж­ду на создание нейрокомпьютеров, использу­ющих способы обработки информации в жи­вых существах, или, как их еще называют, разумных машин XXI века.