Еще один пример: если к коже прикоснуться холодным предметом, то рефлекторная дуга, проходящая через серое вещество спинного мозга и на этот раз состоящая из нескольких нейронов, активирует мышцы волосяных мешочков, вызывая знакомое нам явление «гусиной кожи». Сходная нейронная цепь вызывает сужение кровеносных капилляров, лежащих под самой кожей в месте прикосновения холодного предмета, благодаря чему степень охлаждения крови уменьшается.
В организме человека существует, вероятно, несколько тысяч рефлекторных дуг. Некоторые из них столь же просты, как и описанные выше; другие управляют несколькими взаимосвязанными реакциями на действующие раздражители. Природа использует эти местные соединения коротких нейронных пеней для осуществления автоматических действий во всех тех случаях, когда для защиты организма достаточно простой реакции. Такие рефлексы не требуют точного управления мышцами — именно поэтому они могут осуществляться за счет связей между местными группами нейронов, без участия сложных вычислительных и управляющих функций головного мозга.
1Это одно из тех «схематизированных» утверждений, о которых мы говорили в гл. 1. В действительности каждое звено нейронной цепи состоит из многих из многих параллельных волокон.
Осцилляторы в нервной системе
В нервной системе низших животных можно найти много примеров нейронных цепей, вырабатывающих периодические выходные сигналы для регулирования ритмических функций организма. Иногда колебательная цепь находится поблизости от мышц, приводимых ею в действие, иногда в головном мозгу. Это, по-видимому, определяется в основном «удобством размещения» различных нервных устройств.
Интересный пример нейронной колебательной цепи мы находим у омара. Цепь состоит здесь из 9 нейронов 1, соединенных в кольцо, и генерирует периодические электрические импульсы, управляющие сокращением сердца. В этом случае природа упростила проблему соединений, поместив кольцо нейронов прямо в сердце. Эту нейронную колебательную цепь можно, не повреждая, выделить из только что убитого омара и присоединить к электронным измерительным приборам; верные своему долгу нейроны будут продолжать генерировать импульсы с частотой около 60 в минуту в течение многих часов после того как омар, ради которого они выполняли эту жизненно важную функцию, был убит и, может быть, даже съеден исследователем, проводящим эксперимент.
Рыбы, ориентирующиеся при плавании путем измерения напряженности электрического поля (см. гл. 1), используют одиночную колебательную цепь для синхронизации разрядов специализированных нейронов, создающих электрические токи в воде. Например, электрические органы Eigenmannia днем и ночью производят разряды с постоянной частотой около 350 в секунду. На эту частоту не влияет ни возбуждение, ни присутствие пищи или других рыб,
1В данном случае действительно имеется всего только 9 нервных клеток!
но она несколько варьирует в зависимости от температуры. Сходный механизм имеется у ската Torpedo, но он дает всего лишь 100 разрядов в секунду.
Пение цикады определяется осциллятором, находящимся в головном мозгу насекомого. Здесь в цепь введено новое усовершенствование — генератор нижней гармоники. Частота центрального механизма составляет 200 импульсов в секунду, тогда как нейронное устройство в мышцах звукопроизводящего аппарата стимулирует их всего лишь 100 раз в секунду.
У многих низших животных нейронные осцилляторы обусловливают ритмы, связанные с хождением, плаванием или полетом. Брюшные ножки речного рака, крылья саранчи и мускулатура дождевого червя, с помощью которой он ползает, управляются из центра. Локомоторные мышцы можно парализовать, перерезав их нервные связи, но колебательные цепи в головном мозгу будут по-прежнему посылать синхронизирующие импульсы к концам перерезанных нервов.