Просто осязание

Задумываясь об электрических сигналах, мы представляем импульсы в наших ноутбуках или смартфонах, движущиеся со скоростью, не многим меньшей скорости света, около 1076651136 км в час. Передача электрических импульсов в нервной системе гораздо более медленный процесс. Аксоны, несущие информацию от механорецепторов кожи, могут передавать импульсы со скоростью около 241 км в час. На такое способны некоторые из наиболее быстрых аксонов в нервной системе, но они все еще более чем в 4 млн раз медленнее сигналов в электронных устройствах.

Представьте, что огромный великан лежит в мировом океане. Голова его находится в Балтиморе, а ноги болтаются в водах у Кейптауна, Южная Африка. Если в понедельник в полдень он коснется большим пальцем ноги водорослей, активировав свои механорецепторы, то не почувствует ничего до полудня среды, когда сигнал достигнет неокортекса его мозга, и он не сможет дергать ногой до субботнего утра. Ключевой момент в том, что электрическим сигналам, идущим от кожи в мозг, требуется время, а импульсам из отдаленных частей тела, таких, как пальцы ног, требуется больше времени, чем из более близких мест, например, лица.

Мы представляем нейроны, как и другие клетки, микроскопическими по размеру. В некотором смысле это так: клеточные тела сенсорных нейронов в ганглиях дорсального корешка имеют диаметр от 0,01 до 0,05 мм. Самое большое из этих клеточных тел имеет примерно тот же диаметр, что и человеческий волос. Однако поразительно, насколько длинным должен быть сенсорный нейрон, чтобы передавать импульсы.

Давайте рассмотрим аксон механосенсорного нейрона, который иннервирует пятку. Он идет от пятки вверх по ноге в таз и проходит через дорсальный корешковый ганглий, чтобы войти в спинной мозг у первого крестцового спинного нерва. Затем он будет продолжать подниматься вверх по спинному мозгу, оканчиваясь синапсом в области ствола головного мозга, называемой грацильным ядром. У человека этот нейрон имеет длину около 152 м. Представьте, какой он у жирафа. Эти нейроны – самые длинные клетки в организме.

Однако они не конечная точка для тактильных сигналов, а лишь первая остановка на этом пути. Аксоны нейронов грацильного ядра поднимаются дальше, пересекая противоположную сторону мозга, и передают свои импульсы на другую обрабатывающую станцию в области, называемой таламусом, которая, в свою очередь, отправляет свои аксоны в кору – обширную структуру на поверхности мозга. Область, в которой оканчиваются эти аксоны из таламуса, называется первичной соматосенсорной корой («первичной», потому что это первая из нескольких областей коры, которая получает сенсорную информацию). Эта область расположена в полосе сразу за центральной бороздой, которая разделяет мозг на переднюю и заднюю части. Поскольку аксоны, несущие сенсорную информацию, пересекают середину тела тела до того, как достигают коры, правая сторона коры реагирует на сенсорную информацию с левой стороны тела, и наоборот.

В конце 1930-х годов Уайлдер Пенфилд, Герберт Джаспер и их коллеги из Монреальского неврологического института начали использовать электроды для локальной стимуляции мозга эпилептиков во время операции. Эта процедура помогала идентифицировать точную область мозга, вызвавшую припадки у пациентов, так называемый эпилептический очаг, чтобы его можно было удалить с минимальным повреждением для соседних здоровых тканей. В мозге нет конкретного источника эпилепсии, поэтому составление карты эпилептического очага необходимо было делать индивидуально для каждого пациента. Для этой процедуры голову пациента выбривали и стабилизировали, а затем использовали скальпель. После этого Пенфилд миниатюрной пилой отрезал круговой лоскут кости диаметром около теннисного мяча (позже его возвращали на место).

Поскольку в ткани головного мозга не ощущается боли и нет механосенсоров, эту процедуру можно проводить под местной анестезией, чтобы обезболить кожу головы, кости и оболочку мозга, оставляя пациента в сознании. У Пенфилда был ручной стимулирующий электрод – устройство, размером и формой напоминавшее электрическую зубную щетку с металлической иглой на рабочем конце и проводом, прикрепленным к противоположной стороне. Он был подключен к аппарату, обеспечивающему слабые удары током для искусственной активации нейронов на кончике электрода.