Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Первоначально Шеррингтон сосредоточил усилия на изучении коленного рефлекса и в 1893 г. опубликовал результаты своих исследований^{9}. В этой работе он сделал важное открытие — то, что мы сегодня называем проприоцептивными рефлексами и что играет ключевую роль в реципрокном торможении. Благодаря работам Чарльза Белла к тому моменту было уже известно, что рефлексы, в которых задействованы антагонистические мышцы, испытывают реципрокное торможение. Но Шеррингтон исследовал эти рефлексы более подробно и выяснил, что степень торможения зависит от того, были антагонистические мышцы первоначально напряжены или нет. Напряженные мышцы задней стороны бедра, к примеру, получили бы сильный импульс торможения, тогда как те же мышцы в расслабленном состоянии получили бы слабый импульс того же рода. Очевидно, коленный рефлекс получал не только сигнал от коленного сухожилия, но и информацию о текущем состоянии мышц задней поверхности бедра от расположенных в них сенсорных нервов. Сенсорные нервы, залегающие в мышцах, суставах и сухожилиях, получили известность как проприоцепторы; они обеспечивают центральную нервную систему информацией о внутренних стрессах и напряжениях, которые испытывает любое живое тело.

Таким образом, Шеррингтон продемонстрировал, что каналы связи, задействованные в работе рефлексов, гораздо сложнее, чем считалось ранее. Мы можем в сравнении представить ранние и более продвинутые взгляды на действие рефлексов как разные реакции на пожарную тревогу. В первом варианте сигнал пожарной тревоги был дан и пожарная служба его приняла, но без подробной информации о том, что, собственно, случилось. Шеррингтон же показал, что действие рефлексов гораздо больше похоже на звонок в пожарную службу по соответствующему телефону, при котором звонящий сообщает пожарным много разной информации, прежде чем они решают, какие меры следует предпринять.

В ходе дальнейшего исследования мышц-антагонистов Шеррингтон отметил еще одно необычное явление, которому суждено было сыграть громадную роль в познании нервной системы. У животных с полностью удаленными большими полушариями мозга (децеребрированных животных) мышцы-разгибатели (такие как четырехглавая мышца) сразу становились жестко вытянутыми — вскоре это явление получило название «децеребральная ригидность». Наблюдаемая ригидность натолкнула Шеррингтона на мысль о том, что мышцы, даже находясь в покое, непрерывно испытывают, с одной стороны, возбуждение с подачи одной части центральной нервной системы и, с другой стороны, получают сигналы на торможение от больших полушарий мозга. Это, в свою очередь, привело ученого к выводу о том, что торможение играет в нервной системе и рефлекторных действиях гораздо более существенную роль, чем полагали прежде^{10}. В 1932 г. Шеррингтон стал за это открытие одним из лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. В своей нобелевской лекции он описал это явление:

Таким образом, рефлекс, который на первый взгляд представляется чисто возбудительной реакцией, оказывается при ближайшем рассмотрении смесью возбуждения и торможения. Его сложная природа, которую, как правило, несложно продемонстрировать на рефлексе в простом спинализированном состоянии, еще более очевидна в децеребрированном состоянии^{11}.

В 1906 г. Шеррингтон еще больше укрепил свою репутацию в нейробиологии публикацией книги «Интегративное действе нервной системы» (The Integrative Action of the Nervous System). В ней он изложил первую унифицированную картину того, как работают рефлексы на разных уровнях, начиная с клеток и заканчивая мозгом^{12}. Он предложил концепцию синапса как ключевой точки связи между нервными клетками, а также место, где возбудительные и тормозящие сигналы рефлекса взаимодействуют, определяя общий рефлекторный ответ. При помощи синаптической картины рефлекторных действий и эволюционной теории Шеррингтон объяснил, как и почему возникли основные структуры мозга, такие как мозжечок и большой мозг.

Новаторские взгляды Шеррингтона на рефлекторную и мозговую функцию побудили многих физиологов и нейробиологов к проверке огромного числа высказанных им идей. Одним из этих исследователей был Льюис Вид из Гарвардской медицинской школы, опубликовавший в 1914 г. свои «наблюдения по поводу децеребральной ригидности»^{13}.