Предмет изучения и краткая история развития нейрофизиологии

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Предмет изучения и краткая история развития нейрофизиологии

Физиология (греч. physis - природа) - это наука, изучающая функции организма, его органов и систем, а также механизмы регуляции этих функций. Нейрофизиология - специальный раздел физиологии, изучающий механизмы функционирования нервной системы на различных уровнях ее организации, начиная с субклеточного и клеточного уровней. Достижения этой динамично развивающейся области знаний, наряду с другими нейронауками - нейроанатомией, нейрохимией, физиологией высшей нервной деятельности, психофизиологией – позволяют не только приблизиться к пониманию механизмов сложнейших информационных процессов, лежащих в основе психической деятельности, но и создавать новые эффективные способы устранения «неисправностей» в работе нервной системы. Основные вопросы, рассматриваемые при изучении данной дисциплины – это механизмы возбуждения и торможения, межнейронная передача, закономерности рефлекторной деятельности, закономерности саморегуляции активности мозга и регуляции физиологических функций, физиология сенсорных процессов и т.д.

Нейрофизиология – довольно молодая наука, особенно в сравнении с психологией. Сейчас кажется очевидным, что психика человека - это функция головного мозга. Но так было далеко не всегда. Например, Аристотель в своем знаменитом трактате «О душе» говорит, что душа – это высшая деятельность человеческого тела, неотделимая от него. Низшие части души – «растительная» и «животная» так же подлежат разрушению, как и тело, а существование высшей, «разумной» души не ограничивается длительностью человеческой жизни. При этом мозг как вместилище души в трудах Аристотеля не упоминается, душа «помещается» в сердце. Великий древнегреческий врач Гиппократ (IV в. до н.э.) тоже не сомневался в единстве души и тела, но считал, что психическая индивидуальность определяется пропорциями, в которых смешаны в организме кровь, желтая желчь, черная желчь и слизь. Римский врач Гален во II веке н. э. одним из первых анатомировал мозг человека и животных. Гален считал, что в мозге важную роль играет не само его вещество, а заполненные «пневмой» полости. По его мнению, в мозге находится высший вид пневмы, соответствующий разуму, который является существенным признаком человека, подобно тому, как локомоция (имеющая свою пневму) типична для животных, а рост (также предполагающий особую пневму) – для растений. Органами души Гален считал не только мозг, но также сердце и печень. Каждому из этих органов приписывалась одна из психических функций соответственно разделению частей души, предложенному Платоном: печень – носитель вожделений, сердце – гнева и мужества, мозг – разума. Представления Галена на протяжении всего средневековья определяли научную мысль в Европе.

В XVII веке в связи с промышленной революцией в науку о человеке пришло убеждение, что все можно объяснить с позиций механики. Исключительное значение имело открытие французским ученым Рене Декартом рефлекторного принципа работы нервной системы (хотя понятие рефлекса и описание рефлекторной дуги было введено значительно позже, в начале XIX века, чешским физиологом и врачом Иржи Прохазкой). Декарт считал, что движения животных и человека подобны работе механической машины: под действием «внешнего предмета» на органы чувств натягиваются «нервные нити», идущие внутри «нервных трубок» к мозгу, и открывают клапаны, через которые из полостей мозга выходят в нервы «животные духи», устремляются к мышцам и раздувают их.

В конце XVIII века, благодаря открытию «животного электричества» итальянским врачом Луиджи Гальвани, произошел перелом в представлениях о работе нервной системы. Идеи Гальвани в XIX веке получили развитие в работах немецкого биолога Эмиля Генриха Дюбуа-Реймона, автора молекулярной теории биопотенциалов и основателя научной школы электрофизиологии. Очень важные открытия были сделаны также французским врачом, анатомом и физиологом Мари-Франсуа Биша, который впервые выделил в нервной системе анимальную (животную) и вегетативную (растительную) части.

С начала XIX века усилилось внимание к изучению связи работы мозга и психики человека, хотя до тех пор физиология и психология развивались независимо друг от друга. Австрийский доктор Франц Йозеф Галль утверждал, что особенности психики человека находят свое выражение в строении черепа: разные качества и способности человека «расположены» в определенных участках мозга, и усиленное развитие этих участков сказывается на форме черепа. Его в целом прогрессивные взгляды (душевные качества зависят от организации мозга) легли в основу грубой и несколько примитивной псевдонауки френологии. Френология не выдержала проверку временем, но может считаться праматерью цитоархитектоники, созданной уже в XX столетии трудами немецких неврологов Корбиниана Бродмана и Оскара Фогта. Узкий локализационизм Галля опровергали труды французского врача и физиолога Пьера Флуранса, который исследовал функции полушарий мозга и мозжечка, открыл в продолговатом мозге дыхательный центр (1822), названный им «жизненным узлом». На основании опытов с полным и частичным удалением больших полушарий у птиц Флуранс пришел к заключению, что восприятия раздражений внешнего мира и произвольные движения зависят от больших полушарий головного мозга, а их различные участки взаимозаменяемы и не имеют функциональных отличий. Французский физиолог Франсуа Мажанди положил начало экспериментальному изучению нервной системы. Его положение о переходе нервного импульса по афферентным нервам через спинной мозг на эфферентные нервы получил название закона Белла-Мажанди, который сравнивают по значению для физиологии с открытием Гарвеем кровообращения. Ученик Мажанди Клод Бернар создал представление о гомеостазе, изучил роль НС в регуляции тонуса сосудов и углеводного обмена, исследовал механизм нервно-мышечной передачи. Блестящие экспериментальные работы по физиологии нервной системы принадлежат выдающемуся немецкому ученому Герману Гельмгольцу. Будучи прекрасным знатоком математики и физики, он поставил эти науки на службу физиологии и добился выдающихся результатов. Г.Гельмгольц заложил основы биологической акустики и оптики, сконструировал офтальмоскоп (прибор для осмотра глазного дна), сформулировал трехкомпонентную теорию цветоощущения, измерил теплообразование в мышце и скорость проведения нервного импульса… Даже краткое перечисление результатов научной деятельности этого ученого заняло бы слишком много места.

После создания клеточной теории Теодором Шванном и Маттиасом Шлейденом началось активное изучение функций нервной системы на клеточном уровне. Испанский гистолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль в конце XIX – начале XX века описал нейрон как стуктурно-функциональную единицу нервной системы, и совместно с итальянцем Камилло Гольджи за исследования нервной ткани был удостоен Нобелевской премии (1906 г.). Представление о том, что функции нервной системы следует рассматривать как результат интеграции нейронов, легло в основу классических работ английского физиолога Чарльза Скотта Шеррингтона. Он, а также австрийский физиолог Отто Лёви установили химическую природу передачи возбуждения в синапсах и положили начало изучению медиаторов нервной системы (Нобелевская премия в 1936 году).

Значительный вклад в развитие нейрофизиологии в XIX – XX вв. внесла «русская школа». В физиологии и медицине были распространены идеи нервизма, утверждающие главенство нервной системы в регуляции жизнедеятельности организма как в норме, так и при патологии. Работы С.П. Боткина, И.М.Сеченова, И.П.Павлова, В.М Бехтерева, Н.Е. Введенского, А.А. Ухтомского внесли огромный вклад в изучение закономерностей функционирования нервной системы и физиологических основ психической деятельности. «Отец русской физиологии» Иван Михайлович Сеченов (1829-1905) в своей известной работе «Рефлексы головного мозга» сформулировал основы рефлекторной теории. Его положение, что «все акты сознательной и бессознательной деятельности - суть рефлексы» нашло подтверждение в работах Владимира Михайловича Бехтерева (1857-1927) и в учении Ивана Петрович Павлова (1849-1936). Их труды стали фундаментальной основой современной мировой физиологии и получили развитие в работах учеников и последователей павловской школы. Так, академик Л.А.Орбели создал учение об адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы и внес большой вклад в развитие эволюционной и возрастной физиологии. Академик П.К. Анохин создал учение о функциональных системах организма, в котором изложены современные представления об организации поведения. Существенный вклад в развитие отечественной нейронауки внесли также Э.А. Асратян, А.Б.Коган, К.В.Судаков, Н.П.Бехтерева и многие другие.

В XX веке появление новых методов исследования дало мощный толчок в развитии нейрофизиологии. Появилась возможность исследовать нейроны на субклеточном и молекулярном уровне, изучать биохимические процессы в нервной ткани, получать изображения мозга с помощью новых способов визуализации, измерять внутриклеточные потенциалы, регистрировать электрическую активность отдельных нейронов, различных структур и мозга в целом. Над исследованием мозга работают крупные научные коллективы, объединяющие ученых из разных стран. В результате интенсивного изучения мозга становится все более очевидной бесконечная сложность его организации, появляются новые тайны, разгадка которых станет возможной только в будущем.