Для следующего животного мы уменьшили дозу нем-1 бутала до 10 миллиграммов на килограмм веса в надежде, что это поможет нам выяснить истинную причину гибели первого дельфина. При таком наркозе дельфин мог еще видеть нас, следить за нами глазами, подпрыгивал, когда его внезапно начинали гладить по "подбородку", и закрывал глаза, когда перед ним быстро махали рукой. Единственное изменение состояло в том, что постепенно у него нарушалась нормальная связь между вдохом и выдохом.
Обычно дыхательный цикл начинается с выдоха, за которым сразу же следует вдох. При дозе 10,3 миллиграмма нембутала на килограмм веса мы заметили, что воздух из легких выходил не через дыхало, а через рот и что если весь воздух выходил из легких животного, то оно вообще переставало дышать, не будучи в состоянии начать с вдоха.
В то время мы еще не умели определить, откуда идет воздух, который, как мы видели, выходил через рот, - действительно ли из легких или из желудка. В какой-то момент мы почувствовали запах рыбы, что как будто свидетельствовало в пользу второй возможности.
При дозе нембутала 10,3 миллиграмма на килограмм веса дыхание у животного тоже в конечном счете прекратилось.
Необходимо помнить, конечно, что животное было извлечено из воды, что тяжесть его собственного веса давила на его легкие и что самый тип дыхания, которое еще могло при этом поддерживаться в течение определенного времени, становился механически регулярным, что (как мы установили позже) совершенно противоесте ственно для дельфинов. По-видимому, остановка дыхания и выход воздуха через рот вызывались двумя причинами: расслаблением мышечного кольца вокруг гор тани (носоглоточного сфинктера, см. Приложение 1) и повышением давления воздуха в легких из-за упомянутого сдавливания легких, чего не бывает в воде.
Чтобы научиться оживлять дельфинов, нам прежде всего следовало тщательно изучить строение их дыхательных путей. С этой целью мы провели два вскрытия на трупе дельфина, который нам удалось раздобыть в Балтиморе, и на первом погибшем у нас животном. Были рассмотрены три возможных способа введения животному трубки от респиратора: через дыхало, что трудно осуществимо из-за костной перегородки, которая делит дыхало пополам несколько ниже его на ружного края; через рот, для чего требовалось вытянуть гортань из носоглоточного сфинктера и ввести через нее в трахею трубку от респиратора, и, наконец, через наружный разрез трахеи (путем трахеотомии). Мы быстро убедились, что трахея чрезвычайно коротка и очень широка, а это крайне затрудняет введение в нее со стороны шеи и укрепление достаточно большой трубки без сколько-нибудь серьезных повреждений.
Второй способ (через рот) казался единственно возможным.
Надо было также тщательно подобрать диаметр трубки, так как трубка должна плотно входить в гортань. Это выяснилось, когда мы попробовали оживить одного дельфина, после того как у него остановилось дыхание. Двое сильных мужчин раскрыли ему рот с помощью веревочных петель, надетых на верхнюю и нижнюю челюсти; третий вставил в рот деревянный брусок, который не давал челюстям сомкнуться, а д-р Маунткасл, засунув руку в горло животного и оттянув одним пальцем хрящи гортани, ввел в гортань трубку, соединенную с респиратором.
Трубка оказалась слишком узкой, и мы быстро обнаружили утечку воздуха. Пришлось перепробовать еще несколько вариантов; в конце концов мы остановились на пластмассовой трубке диаметром 2,8 сантиметра, которая плотно входила в гортань и трахею. Теперь можно было начать попытки оживить дельфина при помощи искусственного дыхания.
Правда, канитель с трубками заняла слишком много времени и оживить это животное так и не удалось. Но зато следующее животное мы все-таки спасли и сумели поддерживать в нем жизнь в течение всего наркоза до тех пор, пока у него не восстановилось нормальное дыхание.
Мы пустили этого дельфина после операции обратно в бассейн, чтобы посмотреть, сможет ли он плавать, так как опасались, что его мозг поврежден в результате аноксии (кислородного голодания). Видимо, мозг действительно пострадал, потому что животное, пытаясь плыть, все время заваливалось на правый бок. Именно при работе с этим дельфином мы впервые услышали и записали на магнитофонную пленку сигнал бедствия, а также засняли на кинопленку все, что произошло в дальнейшем.
Дельфин, выпущенный в бассейн, в котором находились два других дельфина, издал очень короткий, пронзительный, высокий свист, состоящий из двух фаз - возрастающей и убывающей по высоте. Этот звук трудно было расслышать, находясь на воздухе, но я услышал его через гидрофон; к счастью, в это время я вел магнитофонную запись и киносъемку.
Сигнал бедствия моментально возымел свое действие. Два других дельфина быстро подплыли к дельфину, подавшему этот сигнал, и, нырнув под него, вытолкнули его на поверхность, так чтобы он мог дышать. Он, однако, сделал лишь один вдох и вновь погрузился в воду. После этого между тремя животными произошел быстрый обмен звуками, напоминавшими щебетание и свист.
Затем два здоровых дельфина подплыли к пострадавшему с правой стороны и, подставляя по очереди свои тела для опоры, помогли ему плыть в правильном положении (не заваливаясь на правый бок), так что на этот раз он сам смог подняться на поверхность, чтобы набрать в легкие воздух. Так они "опекали" его в течение некоторого времени. Мы, однако, еще слишком мало знали о подобных вещах и не рискнули положиться только на помощь других дельфинов.
Войдя в бассейн и погрузив нашего дельфина на носилки, мы попытались проделать с ним то, что обычно делают с утопленииками для того, чтобы их оживить. Мы попробовали, например, вылить воду из его легких через дыхало, наклонив для этого голову животного под углом 45°. Мы все еще считали, что у этих животных воздухоносные пути перекрещиваются с путями прохождения пищи. Однако все наши попытки не дали желаемых результатов, и тогда, зная, что мозг этого животного безнадежно поврежден, мы решили пожертвовать им, чтобы по крайней мере изучить анатомию его мозга.
Перед нами постепенно вырисовывалась картина странного существования и странной физиологии, к из учению которой мы совсем не были подготовлены. Быстрая гибель животных от наркоза страшно угнетала нас. Каждая смерть была для нас новым испытанием.
Однако мы при этом учились оберегать животных от гибели, постепенно устраняя свои основные методические ошибки.
Вначале у нас мелькнула мысль, что, может быть, нембутал представляет собой специфический яд для дельфинов. Поэтому мы попробовали применить паральдегид - самый безопасный из всех известных нам наркотических препаратов, который оказывает наименьшее влияние на дыхание человека. Он настолько безвреден, что применяется при белой горячке, чтобы снять явления возбуждения, наступающие у алкоголиков, когда их лишают спиртного.
Мы испытали паральдегид на одном из дельфинов, введя его внутрибрюшинно в дозе, меньшей, чем соответствующая доза для человека. И снова дыхание живот ного нарушилось.
Однако, пока животное еще дышало (после введения паральдегида), нам удалось сделать важное наблюдение, которое позволило нам лучше понять строение воздухоносных путей дельфина. Мы обнаружили, что изо рта животного выходит какой-то газ, который пахнет то паральдегидом, то рыбой. Газ, пах нувший паральдегидом, выходил из легких и попадал в полость рта, пройдя между гортанью и носоглоточным сфинктером. Увеличив дозу паральдегида, мы заметили, что при этом возросло и количество газа, выходившего через рот, пока наконец из легких не вышел весь воздух. Мы нашли, таким образом, "метку", позволявшую точно установить, когда газ выходит из желудка, а когда - из легких. Наружный клапан дыхала никогда не выходит из строя так быстро или так легко, как лежащий в глу бине носоглоточный сфинктер.
Все эти наблюдения помогли разработать метод оживления наркотизированных животных, который, несомненно, можно еще больше усовершенствовать. Мы измерили давление воздуха в трахее у живого ненарко тизированного дельфина. Оказалось, что ненаркотизированному животному можно легко ввести в трахею иглу через кожу без всякого сопротивления с его стороны. Когда животное не находится в воде, давление воздуха в трахее на 20 миллиметров ртутного столба выше давления окружающего воздуха. Когда животное погружено в воду, это давление также примерно на 20 миллиметров ртутного столба превышает гидростатическое давление воды на уровне середины тела животного.
Это и есть то предельное давление, под которым респиратор должен нагнетать воздух в легкие животного, извлеченного из воды. По достижении этой величины введение воздуха следует прекратить, чтобы не переполнять легкие. В конце концов я разработал такой метод исследования мозга дельфинов, который исключал необ ходимость в общем наркозе, и мы прекратили дальнейшую работу по совершенствованию респиратора. Хотя автоматический респиратор так и не был создан, данные, которые мы получили, могут оказаться чрезвычайно полезными в будущем, если возникнет необходимость в какой-либо операции (например, на желудке) у одного из этих животных.
Когда выяснилось, что и паральдегид не безопасен Для дельфинов, в нашей группе едва не вспыхнул бунт. Мысль о гибели животных не давала нам покоя. Правда, сотрудники Маринлэнда вели себя очень благородно и по мере возможности скрывали свое возмущение по поводу того, как мы обращаемся с их друзьями. И только дрессировщик Андре Коуэн, управляющий Билл Роллестон, куратор Ф. Дж. Вуд и, наконец, братья Нортон и Том Баскины - владельцы местного ресторана и мотеЛя - настойчиво, хотя и мягко твердили нам, что дельФины - животные необычайно умные, игривые, дружески расположенные к людям и что так с ними обращаться нельзя. Вуд, впрочем, соглашался предоставить нам возможность продолжать наши исследования, если мы того пожелаем, однако он чувствовал, что гибель пяти животных должна была бы послужить нам достаточно серьезным уроком. Я совершенно уверен, что ему не хотелось продолжать жертвы во имя науки, пока мы не подытожим то, что нам уже удалось узнать. Все мы были очень опечалены и оправдывали себя лишь сознанием того, что если опыт удастся, то его уже больше не придется повторять.
В конце концов мы поняли, что не сможем получить никаких нейрофизиологических данных и что нам придется удовольствоваться пятью препаратами целого мозга для нейроанатомического изучения. Правда, эти препараты были гораздо лучше, чем все то, что удавалось получить ранее для изучения коры мозга и таламуса (другой части переднего мозга). Чтобы обеспечить хорошую фиксацию, мы произвели под глубоким наркозом перфузию формалином через аорту (основной кровеносный сосуд, идущий от сердца).
При последующем изучении полученных препаратов (позднее д-р Кругер и д-р Розе исследовали их вновь уже в Университете Джонса Гопкинса) мы установили, что у взрослого животного мозг очень велик и сложен и что он увеличивается в размерах с увеличением длины тела (см. табл. 4 в Приложении 2). Мозг был настолько велик, что для пропитывания его целлоидином (предварительная обработка, необходимая для приготовления срезов) понадобился целый год. Мы смогли определить вес мозга точнее, чем это делалось прежде, и обнаружили, что у животных длиной от 2 до 2,5 метра его вес колеблется в пределах 1175–1707 граммов.
Анализ, произведенный после заливки и окраски препаратов, показал, что плотность клеток в коре у дельфина почти такая же, как у человека. Кроме того, этот анализ показал, что у дельфинов имеются те же таламические ядра, что и у приматов, в том числе и у человека, и что они сравнимы с человеческими по размеру [21].
Мы установили также, что перфузия мозга под наркозом через аорту бывает успешной только в том случае, если производить ее крайне быстро. Перфузия через сонные артерии невозможна, так как жидкость вытекает через "чудесную сеть" (особая сеть артерий и вен), которую перерезают при вскрытии.
Наши собственные наблюдения подтвердили долголетние наблюдения сотрудников Маринлэнда, уверявших, что дельфины не нападают на человека, даже если он причиняет им боль. Это кажется порой странным, потому что дельфины нападают, например, на акул и убивают их, а также дерутся друг с другом в брачный период. Физически дельфины достаточно сильны, чтобы оторвать или откусить человеку руку или ногу или чтобы отбить ему внутренности внезапным сильным ударом. Однако не известно ни одного случая, когда бы эти животные нанесли человеку травму, даже если этот человек плохо с ними обращается.
Все наблюдения и выводы, сделанные нами в 1955 году, имели неоценимое значение для нашей дальнейшей работы с дельфинами. Именно первые две недели, проведенные в
Маринлэнде, и вдохновили меня на то, чтобы в последующие годы тратить все больше и больше времени, сил и средств на изучение этих поистине замечательных существ.
ГЛАВА IV
Новые методы исследования
Во время экспедиции 1955 года мы многое узнали о дельфинах. М-р Вуд составил целую коллекцию звуков, которые эти животные издают в неволе. Мы прослушали магнитофонные записи и прочли его статью о различных дельфиньих звуках [60]. Пользуясь его гидрофоном, мы смогли услышать эти звуки непосредственно в тот момент, когда дельфины их издавали.
Мы наблюдали дрессированных животных, знакомились с программой дрессировки и просмотрели представления для публики; "режиссером" их был Андре Коуэн. Мы поняли, что все дрессировщики и все сотрудники Морской студии относятся к дельфинам с глубокой симпатией. Им претила наша работа - ведь мы убивали этих дружелюбных животных, и мы чувствовали, что они осуждают наши методы, тем не менее их чрезвычайно интересовали наши исследования. Придя к заключению, что никакие опыты на мозге живых дельфинов невозможны без разработки совершенно новых методов, мы временно занялись общими наблюдениями за поведением этих животных.
Летом 1956 года на острове Нонамессет близ ВудсХола я снова встретился с Уильямом Шевиллом и Барбарой Лоуренс. Они получили дельфина в Морской студии и переправили его самолетом на остров. Там его поместили в маленький бассейн и изучали его голосовые реакции и его чувствительность к высоким звукам под водой.
Все были крайне удивлены, когда выяснилось, что дельфин воспринимает звуки с частотой более 140 килогерц, - для человека такие звуковые колебания, безусловно, лежат в диапазоне ультразвука. Шевилл и Лоу ренс установили также, что звук, подобный "скрипу двери", который нередко отмечали в Маринлэнде, представляет собой нечто сходное с сигналом сонара: дельфины посылают звуковые колебания, затем "принимают" отраженное эхо и таким образом обнаруживают различные предметы, и особенно рыбу, в мутной воде или ночью. Эти опыты убедили меня, что у дельфинов имеется весьма действенная акустическая система, которая позволяет им опознавать различные предметы. Прора ботав со своим дельфином около двух месяцев, Шевилл и Лоуренс выпустили его на свободу.
Поездка на остров Нонамессет побудила меня провести опыты на мозге дельфинов, причем я решил не прибегать к наркозу. Я вернулся в Маринлэнд с кое-какими мыслями о том, каким образом следует осуществить эти опыты. Проверяя методику на обезьянах, я обнаружил, что она очень проста и дает желаемые результаты.
Обезьяну привязывали и вбивали ей в череп кусочек иглы для подкожных инъекций ("направляющий канал"), причем игла входила в полость черепа, но не проникала в мозг.
Изолированный и экранированный ме таллический электрод с зачищенным кончиком вводили через маленькое отверстие в коже по направляющему каналу в мозг. Глубину погружения электрода регулировали маленьким манипулятором, расположенным на внешнем конце направляющего канала. Таким методом можно было в самых различных условиях регистрировать электрические потенциалы в участках мозга, расположенных на разной глубине, и возбуждать активность клеток мозга, пропуская через эти маленькие электроды электрический ток; он позволяет также вводить химические вещества в малых количествах через тонкие иглы в любую область мозга.
Я использовал этот метод, пытаясь обучить обезьяну голосовым сигналам, выражающим ожидание и просьбу. Ограниченное в своих движениях животное, после того как в определенные участки мозга ввели электроды, начинало лаять. Эти звуки через микрофон включали электрическую цепь, и в конечном счете на систему поощрения в мозге обезьяны с небольшой задержкой наносилась серия электрических раздражений. Другими словами, если обезьяна лаяла, то через определенный промежуток времени у нее возникало кратковременное ощущение удовольствия. Ранее мы обнаружили, что обезьяну можно легко обучить нажимать на ключ, чтобы вызвать раздражение мозга в определенном месте. Ей приходилось по вкусу это раздражение, и она нажимала на ключ трижды в секунду на протяжении 16 часов в день. Однако, когда мы перешли к звуковым реакциям. я убедился, что обезьяна, хотя и стремилась издавать звуки, так и не смогла взять в толк, что за этим последует вознаграждение; даже сотни ежедневных проб на протяжении шести месяцев не вызвали у нее такого рода понимания. Мы сделали вывод, что у обезьяны с большим трудом можно вызвать произвольные звуковые реакции; вообще звуковая реакция у обезьян - это лишь одно из выражений эмоциональной реакции (воркование - при требовании пищи, лай - в случае, если животное разгневано, крик - если ему причиняют боль и т. д.).
Была составлена подробная карта расположения в мозге обезьян точек, при раздражении которых возникают различные эффекты, например движение мышц и изменение мотиваций.
Системы поощрения и наказания были также изучены и нанесены на карту [27].
Прежде на кошках и крысах, а теперь на обезьянах мы показали, что животное можно приучить к простой операции - тянуть за рычаг, чтобы вызвать раздражение током определенных участков своего же собственного мозга. Если такому животному с вживленными в соответствующее место мозга электродами дать выключатель, то в конце концов оно само станет замыкать контакт, чтобы вызвать серию электрических раздражений мозга. Если расположить электроды в других участках мозга, то животное делает все возможное, чтобы избежать раздражения этих областей или уклониться от него; например, оно нажимает на выключатель, чтобы прекратить раздражение. Ставя опыты с обезьянами, мы разработали методы, которые позволили нащупать порог эффекта "автостопа" и изучить эффект реакции "автостарта". Результаты, имеющие значение для работы с дельфинами, изложены ниже [27].