Кто — кого?

Нельзя заставить загореться электрическую лампочку, стуча по ней молотком, как нельзя забить гвоздь в доску, прикладывая к нему электрическое напряжение. Глаз человека подвергается воздействию света, звука и запаха, а реагирует только на свет.

И еще один факт, касающийся деятельности нервной системы, хорошо известен и изучен, а именно: информация, собранная органами чувств человека, передается в центральную нервную систему в форме электрических сигналов, и в такой же форме мозг осуществляет управление всеми мышцами тела, всеми его движениями.

Отростки нервной клетки обладают свойством проводить электричество, а главный отросток — аксон — даже внешним видом напоминает электрический провод, хотя он «изготовлен» из такого, казалось бы, мало подходящего для этих целей материала, как растворы солей.

За пределами центральной нервной системы аксоны покрыты специальной жировой оболочкой и собраны в пучки, которые называют нервами. Таким образом, каждый нерв состоит из большого числа отдельных проводов и этим сильно напоминает телеграфный кабель.

Живой телеграф

Помните опыты с лягушечьей лапкой, которые проводил Луиджи Гальвани и которые вызвали ожесточенные споры его с Алессандро Вольта? Шестьдесят лет спустя после этих опытов, то есть в середине прошлого столетия, было доказано, что живые нервные и мышечные клетки обладают электрическим зарядом и могут генерировать электрический ток. Развилась целая отрасль биофизики — электрофизиология, изучающая биоэлектрические процессы, протекающие в живых тканях.

В более поздних опытах ученым удалось выделить единичное нервное волокно и во всех подробностях изучить его свойства как проводника биоэлектричества.

Оказалось, что если приложить к подводящим электродам короткий электрический импульс, то измерительный прибор ничего не покажет до тех пор, пока величина импульса не достигнет определенного — «порогового» — значения. Когда «порог» будет превзойден, вдоль по нерву пробежит электрический сигнал длительностью в несколько тысячных долей секунды. Скорость движения этого сигнала зависит от толщины волокна и может достигать 100–150 метров в секунду.

При дальнейшем увеличении возбуждения размер и форма биоэлектрического сигнала не меняются. Нервное волокно проводит сигнал по принципу «все или ничего».

Если к подводящим электродам последовательно прикладывать ряд импульсов, то нервное волокно будет их проводить в форме одинаковых сигналов при условии, что время между подачей очередных импульсов не будет меньше одной-двух тысячных долей секунды. Если попытаться уменьшить интервал между импульсами, то на второй импульс реакции не будет: нервному волокну нужно некоторое время, в течение которого оно восстановит свои проводящие свойства.

Итак, точно установлено, что передача информации по нервной сети осуществляется стандартными однотипными сигналами. Единичное волокно может проводить по 300 сигналов в секунду; если секундный промежуток разделить на 300 интервалов, то в пределах каждого интервала возможны два состояния: «есть сигнал», «нет сигнала». Можно сказать, что по нервному волокну информация передается в двоичном коде, а максимальную пропускную, способность нервного волокна можно оценить величиной в 300 бит.

Почему природа избрала такой элементарный «невыразительный» способ передачи информации в форме стандартных электрических импульсов? Почему бы ей, например, не использовать телефонный способ передачи информации, такой богатый интонациями, способный сохранить чувственную окраску сообщения, выразительные повышения и понижения тона, многозначительные паузы?

Говоря словами радиотехники, почему природа использовала частотную, а не амплитудную модуляцию сигнала?

Нервное волокно, как это ни странно, очень плохо проводит электричество. Его сопротивление току достигает 25 мегом на 1 миллиметр. Обычный телеграфный провод имеет такое сопротивление на длине достаточной, чтобы пересечь целый континент. Естественно, при таком большом омическом сопротивлении сигнал, бегущий по нерву, очень быстро ослабляется.

Как долго бился Морзе, пытаясь увеличить дальность передачи телеграфных сигналов! Он нашел решение этой задачи, придумав специальное устройство — реле, способное усилить простой сигнал — посылку тока. Ни он и никто из его современников не знали, что это изобретение было оригинально лишь с точки зрения конструктивного выполнения, а что касается идеи реле, то она, как и двоичный код, была использована природой миллионы лет назад, на ранних стадиях развития животных.