В 1944 г. появляются работы Нобелевского лауреата Г. Гассера – пионера в области электропередачи сигнала между нервными клетками. Его ученик, Г. Грундфест, директор нейрофизического института Колумбийского университета, вместе с биохимиком Д. Нахманзоном изучили биохимические изменения, происходящие при прохождении сигнала через нервную клетку, которая начала рассматриваться не только как проводник информационных потоков, но и как биологическая конструкция, ставшая ключом к пониманию функций мозга. Благодаря изучению нервной клетки появилось первое представление о биологических причинах возникновения, например, произвольного движения, внимания, памяти, процесса обучения.
Итак, в начале XX столетия были выдвинуты три теории биологии нервной клетки, являющихся главными в понимании функций мозга и до сегодняшнего дня:
Первая – теория о нейронах, определяющая нервную клетку (нейрон) как основной строительный элемент сигнальной системы мозга.
Вторая – теория об ионах, описывающая передачу информации внутри нервной клетки, механизм возникновения электрического сигнала внутри нее и последующее его распространение на значительные расстояния.
Третья – химическая теория, описывающая передачу сигнала между окончаниями нервных клеток – синапсами посредством химического трансмиттера, воспроизводимого ими. Соседняя клетка узнает этот сигнал и реагирует специфической молекулой – рецептором, находящимся на внешней поверхности клеточной мембраны.
В ОТЛИЧИЕ ОТ МНОГИХ ДРУГИХ КЛЕТОК, ИМЕЮЩИХ ПРОСТЫЕ ОЧЕРТАНИЯ, ФОРМА НЕРВНЫХ КЛЕТОК ИМЕЕТ СЛОЖНУЮ КОНФИГУРАЦИЮ С ЧРЕЗВЫЧАЙНО НЕЖНЫМИ ПРОДОЛЖЕНИЯМИ, КОТОРЫЕ ПРИМЕРНО В 100 РАЗ ТОНЬШЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ВОЛОСА.
В 90-х годах XIX-го столетия испанский нейроанатом С. Кахаль заложил основы современных исследований нервной системы в области нейронов. До Кахаля биологи не уделяли достаточного внимания форме нервных клеток. В отличие от многих других клеток, имеющих простые очертания, форма нервных клеток имеет сложную конфигурацию с чрезвычайно нежными продолжениями, которые примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Биологи не знали, являются ли они окончаниями нервных клеток. Многие, включая известного итальянского анатома К. Гольджи, считали, что нервные клетки не имеют внешней мембраны, и цитоплазма одной клетки непосредственно соединена с цитоплазмой другой, создавая непрерывную, тесно связанную сеть, наподобие паутины, в которой сигналы распространяются одновременно во все стороны. Поэтому за основу нервной системы Гольджи принимал беспрепятственно коммуницирующую нервную сеть, а не отдельную клетку[4]
.Кахаль, оставив мечту стать художником, посвятил себя общей анатомии, а затем анатомии мозга. Наблюдая статическую, мертвую клетку, он, благодаря своему врожденному таланту художника и воображению, наделял ее свойствами живой. Известный английский физиолог Ч. Шеррингтон писал о Кахале: «Он описывал картины, которые видел под микроскопом так, словно они оживали, начинали чувствовать, двигаться, надеяться и умирать, как и мы. Это было поистине изумительно, хотя изучаемые препараты были либо мертвыми, либо зафиксированными». Кахаль ищет более совершенные методы, позволяющие идентифицировать нервные клетки во всем их множестве. Во-первых, Кахаль исследовал мозг не взрослых, а новорожденных животных. Так как количество нервных клеток в их мозге значительно меньше, они упакованы еще не так тесно, и их продолжения очень коротки, то ученый хотел увидеть в «клеточном лесу» мозга отдельные ростки новых клеток. Во-вторых, он использовал специальные индикаторные краски на основе серебра, разработанные им самим. Обосновывая свои новые методики, Кахаль рассуждал: «Почему бы нам не изучать молодой лес, поскольку старый, разросшийся непрогляден и непроходим? На ранней стадии развития еще относительно маленькие нервные клетки в любом интервале вырастают полностью, и даже изначальные разветвленные окончания будут видны достаточно четко». Таким образом, ему удалось проследить процессы развития нервной клетки – нейрона, определить ее конструкцию и составные части: клеточное ядро, аксон и множество нежных дендритов. Суммируя и анализируя свои наблюдения, Кахаль сформулировал четыре принципа учения о нейронах и разработал теорию нейронных конструкций, до настоящего времени определяющую понимание функций серого вещества головного мозга.
1. Нейрон является основной структурной и функциональной составляющей мозга, как его основной строительной ячейкой, так и элементарным переносчиком сигнала.
2. Окончание аксона одного нейрона устанавливает контакт с дендритами другого нейрона только в специальных местах – синапсах, лежащих между двумя нейронами и разделенных синаптическим зазором. Окончание аксона одной нервной клетки, которое Кахаль называл «пресинаптическим окончанием», подходит совсем близко к дендритам другой нервной клетки, но не касается их, как бы пытаясь «прошептать нечто тайное, доверительное».