Что такое нервный импульс определение по биологии

Никто не станет спорить, что величайшим достижением природы является человеческий головной мозг. Нервные импульсы, бегущие по нервным волокнам, – квинтэссенция нашей сущности. Работа сердца, желудка, мышц и духовный мир – все это находится в руках нервного импульса. Что такое нервный импульс, как он возникает и куда пропадает, рассмотрим в этой статье.

Нейрон как структурная единица системы

Эволюция нервной системы позвоночных и человека шла по пути возникновения сложной информационной сети, процессы в которой основываются на реакциях химического характера. Важнейший компонент этой системы – специализированные клетки нейроны. Они состоят из тела с ядром и важными органеллами. От нейрона отходят отростки двух видов – несколько коротких и разветвленных дендритов и один длинный аксон. Дендриты – приемники сигналов от сенсорных рецепторов или других нейронов, а аксон передает сигналы в нервной сети. Для понимания передачи нервных импульсов важно знать о миелиновой оболочке вокруг аксона. Это специфические клетки, они образуют оболочку аксона, но не сплошную, а с перерывами (перетяжки Ранвье).

Трансмембранный градиент

Все живые клетки, и нейроны в том числе, имеют электрическую полярность, которая возникает в результате работы калий-натриевых насосов мембраны. Внутренняя ее поверхность имеет отрицательный заряд по отношению к внешней. Возникает электрохимический градиент, равный нулю, и устанавливается динамическое равновесие. Потенциал покоя (разность потенциалов внутри и снаружи мембраны) составляет 70 мВ.

Как возникает нервный импульс

При воздействии раздражителя на нервное волокно мембранный потенциал в этом месте резко нарушается. В начале возникновения возбуждения проницаемость мембраны для ионов калия возрастает, и они стремятся в клетку. За 0,001 секунды внутренняя поверхность нейронной мембраны оказывается положительно заряженной. Вот что такое нервный импульс – это кратковременная перезарядка нейрона или потенциал действия, равный 50-170 мВ. Возникает так называемая волна потенциала действия, которая распространяется по аксону, как поток ионов калия. Волна деполяризует участки аксона, и потенциал действия движется вместе с ней.

Передача на участке аксон – другой нейрон

После достижения окончания аксона возникает необходимость передачи нервного импульса одному или нескольким аксонам. И тут нужен другой механизм, отличный от волны потенциала действия. Окончание аксона – синапс, место контакта с синаптической щелью и пресинаптическими мешочками аксона. Потенциал действия в этом случае активирует высвобождение нейромедиаторов из пресинаптических мешочков в синаптическую щель. Нейромедиаторы вступают во взаимодействие с мембраной низлежащих нейронов, вызывая в них нарушение ионного равновесия. И история с натрий-калиевым насосом повторяется уже в другом нейроне. Выполнив свою функцию, нейромедиаторы либо диффундируют, либо захватываются обратно в пресинаптические мешочки. В этой ситуации на вопрос, что такое нервный импульс, ответ будет такой: передача возбуждения посредством химических агентов (нейромедиаторов).

Миелин и скорость импульса

В перетяжках миелиновых оболочек, которые как муфта обворачивают аксон, ионный ток легко вытекает в среду и обратно. При этом мембрана раздражается и образуется потенциал действия. Таким образом, нервный импульс движется по аксону скачками, вызывая образование потенциала действия только в перехватах Ранвье. Именно это скачкообразное течение потенциала действия многократно увеличивает скорость нервного импульса. Например, в толстых миелинизированных волокнах скорость импульса достигает величин в 70-120 м/сек, в то время как в тонких нервных волокнах без миелиновой оболочки скорость импульса - меньше 2 м/сек.

Гальваника и нервный импульс

В полужидкой коллоидной протоплазме ток гальванический – его переносят атомы, имеющие электрический заряд (ионы). Но гальванический ток не может распространяться на довольно большие расстояния, а нервный импульс может. Почему? Ответ прост. Когда волна потенциала действия проходит по аксону, то он образует внутри нейрона гальванический элемент. В нерве, как в любом гальваническом элементе, есть положительный полюс (наружная сторона мембраны) и отрицательный полюс (внутренняя сторона мембраны). Любое воздействие извне нарушает равновесие этих полюсов, проницаемость конкретного участка мембраны меняется, инициируется изменение проницаемости на соседнем участке. Все, импульс пошел дальше по длине аксона. А начальный участок, с которого возбуждение началось, уже восстановил свою целостность, нашел свой нулевой градиент и готов снова запускать потенциал действия в нейроне.

Нейрон не просто проводник

Нейроны – это живые клетки, а их протоплазма устроена даже более сложно, чем в клетках других тканей. Кроме физических процессов, связанных с инициацией и проведением нервного импульса, в нейроне идут сложные процессы обмена веществ. Экспериментально установлено, что, когда по нейрону проходит нервный импульс, температура в нем повышается (пусть и на миллионные доли градуса). А это значит только одно – все процессы обмена в нем ускоряются и идут более интенсивно.

Нервные импульсы однотипны

Главное свойство нейрона – способность вырабатывает нервный импульс и быстро проводить его. Информация о качестве и силе раздражения закодирована в изменениях частоты прохождения нервных импульсов к нейронам и от них. Частота эта варьируется в пределах от 1 до 200 в секунду. Этот код частот предполагает различные периоды следования импульсов, объединение их в группы с разным их числом и характером движения. Именно это и регистрирует энцефалограмма – сложную пространственную и временную сумму нервных импульсов мозга, ритмическую электрическую его активность.

Нейрон выбирает

Вот мы и дали ответ на вопрос, что такое нервный импульс. Вы очень удивитесь, но вся нервная ткань в организме человека весит чуть больше килограмма. Но в то же время это миллиарды нейронов, тесно связанных в единую систему. Человечество узнало так много о работе нейронов и всей системы, и в то же время мы не знаем почти ничего. Мы узнали алфавит, но пока с трудом составляем даже простые слова. Будем надеяться, что со временем наука сможет выявить те закономерности, которые расшифруют диалог наших мозговых центров, который и делает биологический объект Homo Sapiens человеком.

Нервный импульс (лат. nervus нерв; лат. impulsus удар, толчок) — волна возбуждения, распространяющаяся по нервному волокну; единица распространяющегося возбуждения.

Нервный импульс обеспечивает передачу информации от рецепторов к нервным центрам и от них к исполнительным органам — скелетной мускулатуре, гладким мышцам внутренних органов и сосудов, железам внутренней и внешней секреции и т. д.

Распространение Нервных импульсов отождествляется с проведением потенциалов действия (см. Биоэлектрические потенциалы). Возникновение возбуждения может быть результатом раздражения (см.), напр, воздействие света на зрительный рецептор, звука на слуховой рецептор, или процессов, протекающих в тканях (спонтанное возникновение Н. и.). В этих случаях Н. и. обеспечивают согласованную работу органов при протекании какого-либо физиологического процесса (напр., в процессе дыхания Н. и. вызывают сокращение скелетных мышц и диафрагмы, результатом чего являются вдох и выдох, и т. д.).

В живых организмах передача информации может осуществляться и гуморальным путем, посредством выброса в русло крови гормонов, медиаторов и т. п. Однако преимущество информации, передаваемой при помощи Н. и., состоит в том, что она более целенаправленна, передается быстро и может быть точнее закодирована, чем сигналы, посылаемые гуморальной системой.

Факт, что нервные стволы являются путем, по к-рому передаются влияния от мозга к мышцам и в обратном направлении, был известен еще в эпоху античности. В средние века и вплоть до середины 17 в. считалось, что по нервам распространяется некая субстанция, подобная жидкости или пламени. Идея о электрической природе Н. и. возникла в 18 в. Первые исследования электрических явлений в живых тканях, связанных с возникновением и распространением возбуждения, были осуществлены Л. Гальвани. Г. Гельмгольц показал, что скорость распространения Н. и., к-рую ранее считали близкой к скорости света, имеет конечное значение и может быть точно измерена. Германн (L. Hermann) ввел в физиологию понятие потенциала действия. Объяснение механизма возникновения и проведения возбуждения стало возможным после создания С. Аррениусом теории электролитической диссоциации. В соответствии с этой теорией Бернштейн (J. Bernstein) предположил, что возникновение и проведение Н. и. обусловлено перемещением ионов между нервным волокном и окружающей средой. Англ. исследователи А. Ходжкин, Б. Катц и Э. Хаксли детально исследовали трансмембранные ионные токи, лежащие в основе развития потенциала действия. Позже стали интенсивно изучаться механизмы работы ионных каналов, по к-рым происходит обмен ионами между аксоном и окружающей средой, и механизмы, обеспечивающие способность нервных волокон проводить ряды Н. и. разного ритма и продолжительности.

Н. и. распространяется за счет местных токов, возникающих между возбужденным и невозбужденным участками нервного волокна. Ток, выходящий из волокна наружу в покоящемся участке, служит раздражителем. Наступающая после возбуждения в данном участке нервного волокна рефрактерность обусловливает поступательное движение Н. и.

Количественно соотношения разных фаз развития потенциала действия можно охарактеризовать, сопоставляя их по амплитуде и длительности во времени. Так, напр., для миелиновых нервных волокон группы А млекопитающих диаметр волокна находится в пределах 1—22 мк, скорость проведения — 5—120 м/сек, длительность и амплитуда высоковольтной части (пика, или спайка) — 0,4—0,5 мсек и 100—120 мв соответственно, следовой негативный потенциал — 12—20 мсек (3—5% от амплитуды спайка), следовой позитивный потенциал — 40—60 мсек (0,2% от амплитуды спайка).

Возможности передачи разнообразной информации расширяются за счет повышения скорости развития потенциала действия, скорости распространения, а также за счет повышения лабильности (см.) — т. е. способности возбудимого образования воспроизводить в единицу времени высокие ритмы возбуждения.

Возникновение Н. и. в нервных клетках (см.) или рецепторах (см.) связано с деполяризацией мембраны, т. е. со снижением величины электрического потенциала на мембране (потенциала покоя, или мембранного потенциала). Если величина мембранного потенциала снижается на 10—20% (пороговый критический уровень), то местный процесс переходит в распространяющийся — возникает потенциал действия (см. Возбуждение).

Конкретные особенности распространения Н. и. связаны со строением нервных волокон (см.). Сердцевина волокна (аксоплазма) обладает низким сопротивлением и, соответственно, хорошей проводимостью, а окружающая аксоплазму плазматическая мембрана — большим сопротивлением. Особенно велико электрическое сопротивление наружного слоя у миелинизированных волокон, у к-рых свободны от толстой миелиновой оболочки только перехваты Ранвье. В безмиелиновых волокнах Н. и. движется непрерывно, а в миелиновых — скачкообразно (сальтаторное проведение).

Различают декрементное и бездекрементное распространение волны возбуждения. Декрементное проведение, т. е. проведение возбуждения с угасанием, наблюдается в безмиелиновых волокнах. В таких волокнах скорость проведения Н. и. невелика и по мере отдаления от места раздражения раздражающее действие местных токов постепенно уменьшается вплоть до полного угасания. Декрементное проведение свойственно волокнам, иннервирующим внутренние органы, обладающие низкой функц, подвижностью. Без декрементное проведение характерно для миелиновых и тех безмиелиновых волокон, к-рые передают сигналы к органам, обладающим высокой реактивностью (напр., сердечной мышце). При бездекрементном проведении Н. и. проходит весь путь от места раздражения до места реализации информации без затухания.

Передача Н. и. с нервного волокна на мышечное или какой-либо другой эффектор осуществляется через синапсы (см.). У позвоночных животных в подавляющем большинстве случаев передача возбуждения на эффектор происходит при помощи выделения ацетилхолина (нервно-мышечные синапсы скелетной мускулатуры, синаптические соединения в сердце и др.). Для таких синапсов характерно строго одностороннее проведение импульса и наличие временной задержки передачи возбуждения.

В синапсах, в синаптической щели которых сопротивление электрическому току благодаря большой площади контактирующих поверхностей мало, происходит электрическая передача возбуждения. В них нет синаптической задержки проведения и возможно двустороннее проведение. Такие синапсы свойственны беспозвоночным животным.

Регистрация Н. и. нашла широкое применение в биол, исследованиях и клин, практике. Для регистрации используют шлейфные и чаще катодные осциллографы (см. Осциллография). При помощи микроэлектродной техники (см. Микроэлектродный метод исследования) регистрируют Н. и. в одиночных возбудимых образованиях — нейронах и аксонах. Возможности исследования механизма возникновения и распространения Н. и. значительно расширились после разработки метода фиксации потенциала. Этим методом были получены основные данные о ионных токах (см. Биоэлектрические потенциалы).

Нарушение проведения Н. и. происходит при повреждении нервных стволов, напр, при механических травмах, сдавливании в результате разрастания опухоли или при воспалительных процессах. Такие нарушения проведения Н. и. зачастую бывают необратимы. Следствием прекращения иннервации могут быть тяжелые функциональные и трофические расстройства (напр., атрофия скелетных мышц конечностей после прекращения поступления Н. и. вследствие необратимой травмы нервного ствола). Обратимое прекращение проведения Н. и. может быть вызвано специально, в терапевтических целях. Напр., с помощью анестезирующих средств блокируют импульсацию, идущую от болевых рецепторов в ц. н. с. Обратимое прекращение проведения Н. и. вызывает и новокаиновая блокада. Временное прекращение передачи Н. и. по нервным проводникам наблюдается и во время общего наркоза.

Библиография: Бpеже М. А. Электрическая активность нервной системы, пер. с англ., М., 1979; Жуков Е. К. Очерки по нервно-мышечной физиологии, Л., 1969; Коннели К. Восстановительные процессы и обмен веществ в нерве, в кн.: Совр, пробл. биофизики, пер. с англ., под ред. Г. М. Франка и А. Г. Пасынского, т. 2, с. 211, М., 1961; Костюк П. Г. Физиология центральной нервной системы, Киев, 1977; Латманизова Л. В. Очерк физиологии возбуждения, М., 1972; Общая физиология нервной системы, под ред. П. Г. Костюка, Л., 1979; Тасаки И. Нервное возбуждение, пер. с англ., М., 1971; Ходжкин А. Нервный импульс, пер. с англ., М., 1965; Ходоров Б. И. Общая физиология возбудимых мембран, М., 1975.

Нервный 1 — нервозный
слабонервный
нервический
Словарь синонимов

Нервный 2 — нервозный
лихорадочный
нервический
Словарь синонимов

Импульс — импульса, м. (латин. impulsus - толчок). 1. Побудительный мотив, причина, вызывающая совершение каких-н. действий (книжн.). У него не было никаких импульсов к продолжению творческой.
Толковый словарь Ушакова

Нервный Прил. — 1. Соотносящийся по знач. с сущ.: нерв, связанный с ним. 2. Вызванный заболеванием нервов, возникший на почве расстройства деятельности нервной системы. // Вызванный раздражением.
Толковый словарь Ефремовой

Импульс — -а; м. [лат. impulsus]
1. Побудительный момент, толчок, вызывающий какое-л. действие. Электрический и. (электр., радио; кратковременное изменение электрического напряжения.
Толковый словарь Кузнецова

Нервный — -ая, -ое; -вен, -вна́ и -вна, -вно.
1. только полн. к Нерв (1 зн.). Н-ые центры, волокна, окончания. Н-ая клетка, ткань. Н-ая организация, энергия. Н-ые импульсы.
2. только полн.
Толковый словарь Кузнецова

Импульс Роста Доходов — Модель увеличивающейся скорости роста доходов на акцию (earnings per share) за определенный период времени, что обычно вызывает рост цен на акции. Например, компания, доходы.
Экономический словарь

Гипофиз Нервный — см. Нейрогипофиз.
Большой медицинский словарь

Нервный Импульс — , электрический сигнал, распространяющийся по АКСОНАМ нервных клеток. Нервные импульсы передают информацию по всей НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ. Во время передачи импульса ионы.
Научно-технический энциклопедический словарь

Импульс Антидромный — (греч. anti против + dromos бег, направление) И., распространяющийся по аксону в направлении к телу нейрона.
Большой медицинский словарь

Импульс Возбуждения — (лат. impulsus толчок, побуждение) волна распространяющегося возбуждения, биоэлектрическим проявлением которой является потенциал действия.
Большой медицинский словарь

Импульс Выскакивающий — (син. И. выскальзывающий) И. возбуждения миокарда, исходящий из очагов автоматизма сердца низшего порядка при временном уменьшении частоты импульсации очагов высшего порядка.
Большой медицинский словарь

Импульс Выскальзывающий — см. Импульс выскакивающий.
Большой медицинский словарь

Импульс Желудочковый — И. возбуждения миокарда, возникающий в гетеротопном очаге автоматизма, расположенном в одном из желудочков сердца.
Большой медицинский словарь

Импульс Захваченный — И. возбуждения миокарда из номотопного очага автоматизма, совпадающий по времени с окончанием периода рефрактерности гетеротопного очага автоматизма и вследствие.
Большой медицинский словарь

Импульс Нервный — И., распространяющийся по нервному волокну.
Большой медицинский словарь

Нервный Валик — (crista neuralis, LNE; син.: медуллярный валик, мозговой валик, нейральный гребень, нервный гребешок) утолщенный край нервного желобка у зародышей позвоночных; из Н. в. развиваются нервные ганглии.
Большой медицинский словарь

Нервный Гребешок — (crista neuralis, LNE) см. Нервный валик.
Большой медицинский словарь

Нервный Желобок — (sulcus neuralis, LNE; син.: медуллярный желобок, нервная бороздка) продольное вдавление нервной пластинки.
Большой медицинский словарь

Нервный Канал — (canalis neuralis, LNE) просвет нервной трубки.
Большой медицинский словарь

Нервный Корешок — (radix, JNA) пучок нервных волокон, выходящий из головного или спинного мозга; образует периферические нервы.
Большой медицинский словарь

Нервный Полюс — (polus nervosus, LNH) часть аксомышечного синапса, представленная нервным окончанием.
Большой медицинский словарь

Нервный Ростовой Фактор — см. фактор роста нервной ткани.
Большой медицинский словарь

Нервный Узел — (ganglion) см. Ганглий.
Большой медицинский словарь

Импульс — в физике: 1) мера механического движения (то же - что количестводвижения). ом обладают все формы материи, в т. ч. электромагнитныеи гравитационные поля;..2) импульс силы.
Большой энциклопедический словарь

Импульс Нервный — волна возбуждения, распространяющаяся по нервномуволокну. Возникает при раздражении нервных клеток (нейронов). Передаетсигналы от периферических чувствительных нервных.
Большой энциклопедический словарь

Световой Импульс — количественная характеристика импульсного светового потока, измеряемая общим количеством энергии, падающим за период вспышки на 1 см2 поверхности, перпендикулярной.
Большой медицинский словарь

Синусовый Импульс — импульс возбуждения миокарда, возникающий в синусно-предсердном узле.
Большой медицинский словарь

Нервный Импульс — волна возбуждения, распространяющаяся по нервномуволокну, в ответ на раздражение нейронов. Обеспечивает передачу информацииот рецепторов в центральную нервную систему.
Большой энциклопедический словарь

Нервный Узел — то же, что ганглий.
Большой энциклопедический словарь

Кандидат биологических наук Л. Чайлахян, научный сотрудник Института биофизики АН СССР

Мозг человека, без сомнения, высшее достижение природы.

Велика и заманчива цель, но неимоверно сложен объект исследования. Шутка сказать, этот килограмм ткани представляет собой сложнейшую систему связи десятков миллиардов нервных клеток.

Однако первый существенный шаг к познанию работы мозга уже сделан. Может быть, он один из самых легких, но он чрезвычайно важен для всего дальнейшего.

Я имею в виду исследование механизма передачи нервных импульсов — сигналов, бегущих по нервам, как по проводам. Именно эти сигналы являются той азбукой мозга, с помощью которой органы чувств посылают в центральную нервную систему сведения-депеши о событиях во внешнем мире. Нервными импульсами зашифровывает мозг свои приказы мышцам и различным внутренним органам. Наконец, на языке этих сигналов говорят между собой отдельные нервные клетки и нервные центры.

В проблеме изучения механизма нервного импульса и его распространения можно выделить два основных вопроса: природа проведения нервного импульса или возбуждения в пределах одной клетки — по волокну и механизм передачи нервного импульса от клетки к клетке — через синапсы.

Какова природа сигналов, передающихся от клетки к клетка по нервным волокнам?

Этой проблемой человек интересовался уже давно, Декарт предполагал, что распространение сигнала связано с переливанием жидкости по нервам, как по трубкам. Ньютон думал, что это чисто механический процесс. Когда появилась электромагнитная теория, ученые решили, что нервный импульс аналогичен движению тока по проводнику со скоростью, близкой к скорости распространения электромагнитных колебаний. Наконец, с развитием биохимии появилась точка зрения, что движение нервного импульса — это распространение вдоль по нервному волокну особой биохимической реакции.

И всё же ни одно из этих представлений не оправдалось.

В настоящее время природа нервного импульса раскрыта: это удивительно тонкий электрохимический процесс, в основе которого лежит перемещение ионов через оболочку клетки.

Большой вклад в раскрытие этой природы внесли работы трех ученых: Алана Ходжкина, профессора биофизики Кембриджского университета; Эндрью Хаксли, профессора физиологии Лондонского университета, и Джона Экклса, профессора физиологии австралийского университета в Канберре. Им присуждена Нобелевская премия в области медицины за 1963 год,

Впервые предположение об электрохимической природе нервного импульса высказал известный немецкий физиолог Бернштейн в начале нашего столетия.

К началу двадцатого века было довольно многое известно о нервном возбуждении. Ученые уже знали, что нервное волокно можно возбудить электрическим током, причем возбуждение всегда возникает под катодом — под минусом. Было известно, что возбужденная область нерва заряжается отрицательно по отношению к невозбужденному участку. Было установлено, что нервный импульс в каждой точке длится всего 0,001—0,002 секунды, что величина возбуждения не зависит от силы раздражения, как громкость звонка в нашей квартире не зависит от того, как сильно мы нажимаем на кнопку. Наконец, ученые установили, что носителями электрического тока в живых тканях являются ионы; причем внутри клетки основной электролит — соли калия, а в тканевой жидкости — соли натрия. Внутри большинства клеток концентрация ионов калия в 30—50 раз больше, чем в крови и в межклеточной жидкости, омывающей клетки.

И вот на основании всех этих данных Бернштейн предположил, что оболочка нервных и мышечных клеток представляет собой особую полупроницаемую мембрану. Она проницаема только для ионов К + ; для всех остальных ионов, в том числе и для находящихся внутри клетки отрицательно заряженных анионов, путь закрыт. Ясно, что калий по законам диффузии будет стремиться выйти из клетки, в клетке возникает избыток анионов, и по обе стороны мембраны появится разность потенциалов: снаружи — плюс (избыток катионов), внутри — минус (избыток анионов). Эта разность потенциалов получила название потенциала покоя. Таким образом, в покое, в невозбужденном состоянии внутренняя часть клетки всегда заряжена отрицательно по сравнению с наружным раствором.

Бернштейн предположил, что в момент возбуждения нервного волокна происходят структурные изменения поверхностной мембраны, ее поры как бы увеличиваются, и она становится проницаемой для всех ионов. При этом, естественно, разность потенциалов исчезает. Это и вызывает нервный сигнал.

Мембранная теория Бернштейма быстро завоевала признание и просуществовала свыше 40 лет, вплоть до середины нашего столетия.

Но уже в конце 30-х годов теория Бернштейна встретилась с непреодолимыми противоречиями. Сильный удар ей был нанесен в 1939 году тонкими экспериментами Ходжкина и Хаксли. Эти ученые впервые измерили абсолютные величины мембранного потенциала нервного волокна в покое и при возбуждении. Оказалось, что при возбуждении мембранный потенциал не просто уменьшался до нуля, а переходил через ноль на несколько десятков милливольт. То есть внутренняя часть волокна из отрицательной становилась положительной.

Но мало ниспровергнуть теорию, надо заменить ее другой: наука не терпит вакуума. И Ходжкин, Хаксли, Катц в 1949—1953 годах предлагают новую теорию. Она получает название натриевой.

Здесь читатель вправе удивиться: до сих пор о натрии не было речи. В этом все и дело. Ученые установили с помощью меченых атомов, что в передаче нервного импульса замешаны не только ионы калия и анионы, но и ионы натрия и хлора.

В организме достаточно ионов натрия и хлора, все знают, что кровь соленая на вкус. Причем натрия в межклеточной жидкости в 5—10 раз больше, чем внутри нервного волокна.

Что же это может означать? Ученые предположили, что при возбуждении в первый момент резко увеличивается проницаемость мембраны только для натрия. Проницаемость становится в десятки раз больше, чем для ионов калия. А так как натрия снаружи в 5—10 рез больше, чем внутри, то он будет стремиться войти в нервное волокно. И тогда внутренняя часть волокна станет положительной.

А через какое-то время — после возбуждения — равновесие восстанавливается: мембрана начинает пропускать и ионы калия. И они выходят наружу. Тем самым они компенсируют тот положительный заряд, который был внесен внутрь волокна ионами натрия.

Совсем нелегко было прийти к таким представлениям. И вот почему: диаметр иона натрия в растворе раза в полтора больше диаметра ионов калия и хлора. И совершенно непонятно, каким образом больший по размеру ион проходит там, где не может пройти меньший.

Нужно было решительно изменить взгляд на механизм перехода ионов через мембраны. Ясно, что только рассуждениями о порах в мембране здесь не обойтись. И тогда была высказана идея, что ионы могут пересекать мембрану совершенно другим способом, с помощью тайных до поры до времени союзников — особых органических молекул-переносчиков, спрятанных в самой мембране. С помощью такой молекулы ионы могут пересекать мембрану в любом месте, а не только через поры. Причем эти молекулы-такси хорошо различают своих пассажиров, они не путают ионы натрия с ионами калия.

Интересно, что нервные волокна тратят на свою основную работу — проведение нервных импульсов — всего около 15 минут в сутки. Однако готовы к этому волокна в любую секунду: все элементы нервного волокна работают без перерыва — 24 часа в сутки. Нервные волокна в этом смысле подобны самолетам-перехватчикам, у которых непрерывно работают моторы для мгновенного вылета, однако сам вылет может состояться лишь раз в несколько месяцев.

Мы познакомились сейчас с первой половиной таинственного акта прохождения нервного импульса — вдоль одного волокна. А как же передается возбуждение от клетки к клетке, через места стыков — синапсы. Этот вопрос был исследован в блестящих опытах третьего нобелевского лауреата, Джона Экклса.

Возбуждение не может непосредственно перейти с нервных окончаний одной клетки на тело или дендриты другой клетки. Практически весь ток вытекает через синаптическую щель в наружную жидкость, и в соседнюю клетку через синапс попадает ничтожная его доля, неспособная вызвать возбуждение. Таким образом, в области синапсов электрическая непрерывность в распространении нервного импульса нарушается. Здесь, на стыке двух клеток, в силу вступает совершенно другой механизм.

Когда возбуждение подходит к окончанию клетки, к месту синапса, в межклеточную жидкость выделяются физиологически активные вещества — медиаторы, или посредники. Они становятся связующим звеном в передаче информации от клетки к клетке. Медиатор химически взаимодействует со второй нервной клеткой, изменяет ионную проницаемость ее мембраны — как бы пробивает брешь, в которую устремляются многие ионы, в том числе и ионы натрия.

Итак, благодаря работам Ходжкина, Хаксли и Экклса важнейшие состояния нервной клетки — возбуждение и торможение — можно описать в терминах ионных процессов, в терминах структурно-химических перестроек поверхностных мембран. На основании этих работ уже можно делать предположения о возможных механизмах кратковременной и долговременной памяти, о пластических свойствах нервной ткани. Однако это разговор о механизмах в пределах одной или нескольких клеток. Это лишь, азбука мозга. По-видимому, следующий этап, возможно, гораздо более трудный, — вскрытие законов, по которым строится координирующая деятельность тысяч нервных клеток, распознание языка, на котором говорят между собой нервные центры.

Мы сейчас в познании работы мозга находимся на уровне ребенка, который узнал буквы алфавита, но не умеет связывать их в слова. Однако недалеко время, когда ученые с помощью кода — элементарных биохимических актов, происходящих в нервной клетке, прочтут увлекательнейший диалог между нервными центрами мозга.

Детальное описание иллюстраций