Как мы видим? Нейробиология зрительного восприятия

Оказалось, вспоминал Эймс, что некоторые традиционные способы согревания имели серьезные недостатки. Например, если поместить переохладившегося человека в теплую комнату и дать ему стакан бренди, его температура не поднимется, а упадет еще больше. Причина этого парадокса кроется в обычной физике. Даже в очень теплой комнате температура воздуха обычно составляет около 26–27 ℃. При этом температура даже сильно замерзшего человека близка к 35 ℃. Алкоголь расширяет поверхностные кровеносные сосуды, что вызывает приток крови к поверхности кожи, которая соприкасается с более прохладным воздухом (мало кто разогревает комнату до температуры выше 35 ℃). Другими словами, алкоголь стимулирует теплообмен, в результате чего тело замерзшего человека отдает драгоценное тепло окружающей среде, что только усугубляет ситуацию. (Лучший способ – поместить человека под горячий душ.)

После войны Эймс завершил медицинское образование в Колумбийском университете и вернулся в Гарвард, чтобы попробовать себя на исследовательском поприще. Он не сразу занялся нейробиологией, а устроился стажером в лабораторию доктора Бэрда Хейстингса, заведующего кафедрой биологической химии в Гарвардской медицинской школе. Независимый мыслитель, Эймс решил найти способ изолировать нервную ткань для ее изучения. Проще говоря, он хотел вывести мозг за пределы черепной коробки, чтобы его легче было исследовать. Идея была радикальной, и доктор Хейстингс уверенно заявил, что ничего не выйдет, однако Эймс проанализировал метаболизм нейронов и не нашел в нем ничего такого, что помешало бы ему осуществить свою затею.

В те времена в нейробиологии доминировали клинические неврологи, которые были убеждены, что нейроны мозга – чрезвычайно нежны и уязвимы и могут нормально функционировать только в своей привычной среде внутри надежно защищающей их черепной коробки. У медиков были весомые основания так считать. Они знали, что нарушение питания мозга даже на несколько минут ведет к его необратимым повреждениям. При остановке сердца потеря сознания происходит через считаные секунды, и, если не восстановить кровообращение в течение следующих нескольких минут, мозг пациента (и, следовательно, сам пациент) умирает или впадает в вегетативное состояние.

Эймс заинтересовался метаболизмом мозга еще на Аляске. Нейроны действительно требуют очень много энергии – в этом они превосходят практически любую другую ткань организма. Мозг весом всего один – два килограмма потребляет около 20 % общих энергетических ресурсов нашего тела. Вот почему кровоснабжение мозга очень интенсивно; питание его тканей осуществляется через чрезвычайно разветвленную сеть капилляров. Питательные вещества от капилляров к нейронам и продукты клеточной жизнедеятельности в обратном направлении переносятся посредством пассивного транспорта (диффузии). Но диффузия хорошо работает только на очень коротких расстояниях, поэтому мозг опутан частой сетью тончайших капилляров. Студентов-медиков учат тому, что мозговой нейрон может находиться от капилляра на расстоянии не дальше 0,2 мм. Чтобы вам легче было представить: плотность капиллярной сети больше, чем у плетения ткани в обычной простыне.

Эймс задался вопросом, есть ли в нашей центральной нервной системе такое место, где нейроны можно изолировать от окружающих неневральных клеток. В конце концов он нашел такое место – сетчатка. Неспециалисты редко знают о том, что центральная нервная система состоит не только из головного мозга, но и спинного мозга и сетчатки. Эти три структуры имеют сходное эмбриологическое происхождение и образованы из одинаковых видов нейронов и вспомогательных клеток. Все они защищены гематоэнцефалическим барьером – комплексным механизмом, который сохраняет внутри них особую химическую среду, обособленную от остального организма. Большинство нейронов сетчатки и спинного мозга являются полноценными нейронами. Взятые в отдельности нейроны сетчатки (кроме палочек и колбочек) даже для большинства нейробиологов неотличимы от нейронов, находящихся в других частях центральной нервной системы.

Но сетчатка сталкивается с одной проблемой, которой нет у других структур центральной нервной системы: ей нужно воспринимать свет. Если сетчатку пронизать обычной сетью артерий, вен и капилляров, эти сосуды и несомая ими кровь будут преграждать путь свету. В результате мы бы видели мир словно через плотную москитную сетку на окне. Однако эволюция нашла удачный способ решить эту проблему. Сетчатка представляет собой тонкий пласт клеток толщиной обычно не больше 0,3 мм. Благодаря этому бо́льшая его часть находится в пределах досягаемости для диффузии с одной стороны. Сетчатку пронизывает несколько кровеносных сосудов, которые обеспечивают питание самых дальних ее слоев, но основным источником питания служит густая сеть кровеносных сосудов, расположенная снаружи сетчатки в виде сосудистой оболочки.