Тесла был уверен, что система переменного тока намного лучше, и разработал средства генерирования и передачи переменного тока, которые приобрела компания Вестингауза. Преимущество этой системы заключалось в том, что в магистральную линию поступал ток при очень высоком напряжении и электроэнергия могла передаваться на значительные расстояния без больших потерь. Напряжение затем понижалось до менее опасного уровня перед подачей в дома. Таким образом, требовалось намного меньше электростанций и всего одна линия электропередачи для каждого дома, поскольку с помощью трансформаторов напряжение можно было снижать до любого уровня.
Преимущества системы Тесла/Вестингауза быстро стали очевидными. Эдисон возражал, что переменный ток очень опасен, и устроил целый ряд публичных умерщвлений в подтверждение своих слов. Перед большими группами репортеров бездомную кошку или щенка ставили на лист жести и подключали переменный ток с напряжением 1000 В — результаты были предсказуемыми. Один раз чуть не пострадал даже палач — ударом тока его отбросило в сторону, и он «изогнулся так, словно через него протянули огромный рашпиль». В стремлении добиться еще большего общественного резонанса Эдисон организовал казнь слонихи Топси. Но, на его взгляд, в целях пропаганды лучше всего подошел бы человек. Старина Спарки[41]
Шестого августа 1890 г. в нью-йоркской тюрьме состоялась казнь на электрическом стуле убийцы Уильяма Кеммлера. Электрический стул использовался для приведения в исполнение смертного приговора впервые, и первый блин, как водится, вышел комом. Первый разряд оказался слишком слабым и не привел к остановке дыхания, поэтому ток пришлось включать повторно. Как написала газета The New York Times, «это было ужасное зрелище… намного хуже, чем повешение… настолько страшное, что его невозможно описать словами».
Все началось с того, что власти штата Нью-Йорк решили найти способ приведения в исполнение смертных приговоров, который был бы более гуманным, чем повешение. Один из членов комиссии, созданной для решения этого вопроса, д-р Альфред Саутвик вспомнил, что на его глазах один пьяница мгновенно и, похоже, безболезненно умер, случайно коснувшись оголенного провода. Комиссия сделала вывод о том, что казнь с помощью электричества может быть искомым решением, и 1 января 1889 г. в штате был принят закон, разрешавший использовать «электрический стул» для умерщвления осужденных преступников. Оставалась, правда, небольшая загвоздка — электрического стула еще не существовало.
Закон штата не определил, какой ток следует использовать, переменный или постоянный, и оставил право решить этот вопрос за комитетом. Эдисон развернул активную кампанию за применение переменного тока, полагая, что публика после этого не захочет допускать переменный ток в свои дома. Он нанял Гарольда Брауна и д-ра Фреда Петерсона для разработки электрического стула, а также для демонстрации публичных опытов с умерщвлением собак, телят и лошади с помощью переменного тока, которые получили большой общественный резонанс. Петерсон входил в состав правительственного комитета, который должен был выбрать наилучший способ казни с помощью электрического тока, поэтому не стоит удивляться тому, что именно переменный ток в конечном итоге был выбран для электрического стула и получил клеймо слишком опасного для бытового использования.
Эдисону и Брауну пришлось обходными путями добывать генератор переменного тока, поскольку компания Вестингауза отказалась продать его тюрьме. Вестингауз, видя угрозу своим деловым интересам, активно возражал против казни на электрическом стуле, утверждал, что это жестокое и бесчеловечное наказание, и оплатил подачу Кеммлером протеста против способа приведения приговора в исполнение. Эдисона вызвали в качестве эксперта для дачи показаний в суде штата. Протест Кеммлера был отклонен, и его казнили на электрическом стуле. Ток, однако, оказался недостаточным, чтобы мгновенно убить Кеммлера, и он попросту изжарился. Его смерть была намного мучительнее, чем могла бы быть в случае повешения.
Действие электрического стула основано на том, что ток останавливает сердце или поджаривает мозг. Заключенного привязывают к креслу, а к его коже прикладывают электроды, смоченные электропроводным солевым раствором. Затем подают сильный электрический разряд, который приводит к мгновенной смерти мозга, и серию последующих разрядов, гарантирующих смертельное повреждение других органов. Хотя электрический стул и остается законным средством приведения в исполнение смертных приговоров в ряде штатов США, к нему редко прибегают в наши дни. Смертные приговоры в основном приводят в исполнение с помощью смертельной инъекции.
Эдисон, возможно, и был великим изобретателем и превосходным бизнесменом, но его нельзя назвать человеком без недостатков. Защита электрического стула — не самый красивый факт в его биографии. По иронии судьбы он как-то похвалился, что «никогда не изобретал орудия убийства» и что поддерживает отказ от применения насилия в отношении животных. Также кажется странным, что Эдисона почитают как человека, давшего нам общедоступные электрическое освещение и электроэнергию, учитывая, что в конечном итоге победила система переменного тока. Отдавая честь Эдисону как национальному герою, после его похорон президент Гувер потребовал, чтобы все североамериканцы на минуту выключили электрический свет. В отличие от Эдисона, Тесла, который фактически является изобретателем национальной системы электроснабжения, остается во многом забытым гением. Оглушающее оружие
Многие, думается, не отказались бы от оружия, которое может временно вывести человека из строя, мгновенно остановить его, не причиняя боли или долговременного вреда. Знаменитые фазеры с «оглушающим» режимом, которые фигурируют в киноэпопее «Звездный путь», — один из множества примеров такого выдуманного оружия.
Новейшим реальным электрошоковым пистолетом является тазер. Он стимулирует нервы с такой интенсивностью, что мышцы неконтролируемо сокращаются, и человек падает обычно через две-три секунды. Тазер выстреливает два небольших электрода, которые связаны с пистолетом длинными тонкими проводами. Электроды пробивают одежду, впиваются в кожу и передают электрический ток от пистолета к телу человека. Разряд заставляет мышцы сокращаться, обездвиживая человека до тех пор, пока течет ток. Он также причиняет боль, поскольку ток стимулирует болевые нервные волокна. На самом деле трудно сказать, можно ли вообще создать устройство, которое стимулирует двигательные нервы и обездвиживает и при этом не воздействует на чувствительные нервы и не вызывает боли. Начальник полиции Большого Манчестера после того, как он разрешил испытать тазер на себе в попытке убедить британское правительство в необходимости вооружения полицейских таким пистолетом, сказал: «Я не мог двинуться, боль была отчаянной. Мне не хотелось бы попробовать его на себе еще раз».
Тазеры теперь широко используются полицией для усмирения слишком буйных людей и тех, от кого ожидают активного противодействия. Их применение не совсем однозначно, поскольку известны случаи смерти людей в результате электрошока. Возможно, это объясняется более высокой восприимчивостью к воздействию электрического тока, более низким естественным сопротивлением кожи или тем, что кожа была мокрой. Эмоции и их проявления
Как известно, когда человек сильно взволнован, его бросает в жар и в пот, а ладони становятся влажными. У некоторых даже появляется на лбу испарина. Все это происходит потому, что мозг отвечает на стресс повышением активности потовых желез в коже. Соленая жидкость, которую они выделяют, снижает сопротивление кожи, и это можно легко обнаружить путем наблюдения за тем, насколько легко небольшой электрический ток — настолько небольшой, что человек даже не чувствует его, — проходит через кожу. Сопротивление кожи очень сильно зависит от эмоционального состояния, включая страх, гнев и стресс, и, таким образом, по его изменению можно судить об изменении эмоционального состояния человека. Психоаналитики Карл Юнг и Вильгельм Райх, например, использовали его для оценки эмоционального состояния пациентов.
Измерение сопротивления кожи также лежит в основе действия полиграфа, или детектора лжи, логика которого строится на том, что мы, говоря неправду, начинаем нервничать. Эта система, как и следует ожидать, не лишена недостатков просто потому, что нормальные люди нервничают, когда проходят тест, а закоренелым лгунам все нипочем.
Любопытно, что Церковь сайентологии использует аналогичную технологию в своих «Е-метрах» — устройствах, которые, как утверждается, измеряют «электрические характеристики статического поля, окружающего тело» и определяют психическое состояние субъекта. «Е-метр» стал предметом серьезного расследования, проведенного Администрацией по контролю за продуктами питания и лекарствами США в 1963 г., в связи с опасениями, что Церковь сайентологии занимается лечебной практикой без лицензии, и с тем, что прибору приписывается несуществующая способность излечивать различные физические и психические заболевания. После продолжительного разбирательства, включая судебный процесс, апелляцию и повторный судебный процесс, было вынесено заключение о том, что «Е-метр» можно использовать только для религиозных отправлений и что на нем должна быть надпись, предупреждающая о недопустимости его использования для диагностики, лечения или профилактики каких-либо заболеваний. Это неудивительно, ведь «Е-метр» представляет собой всего лишь прибор для измерения электрического сопротивления кожи. Контроль сознания
Электрические устройства могут использоваться не только для лишения жизни, обездвиживания, пыток и принуждения, они могут применяться и во благо. Иногда, как, например, в случае электросудорожной терапии, их воздействие на человека неоднозначно. Однако электрическая аппаратура постоянно совершенствуется. Если понять характер электрической активности клетки или ткани, то можно обеспечить искусственное стимулирование, которое в точности повторит нормальный импульс и будет способно заменить или скорректировать дефектный сигнал. Кардиостимуляторы позволили тысячам людей вести нормальный образ жизни, а имплантируемые дефибрилляторы помогли еще сотням людей.
Дистанционный контроль мозга человека, возможность заставлять его вести себя определенным образом — все это из области ночных кошмаров, ну и, может быть, мечтаний Пентагона. Тем не менее нет ничего невозможного в контроле поведения другого существа путем стимулирования нужных частей мозга. Хосе Мануэль Родригес Дельгадо[42] был настолько уверен в этой идее, что в 1963 г. вышел на арене для корриды в Кордове навстречу разъяренному быку. Когда бык приблизился к нему, Дельгадо не отступил, а спокойно нажал на кнопку пульта дистанционного управления, который послал сигнал в приемник, связанный с имплантированным в мозг животного электродом. Электрическое стимулирование хвостатого ядра заставило быка остановиться: он застыл всего в паре метров от ученого.
Аналогичным образом стимулирование мозга плодовой мушки электрическим током или путем фотоактивирования светочувствительных ионных каналов может влиять на ее поведение: как было показано в главе 11, это может заставить самку вести себя как самец. Прямое стимулирование электричеством мозга человека способно давать не менее сильные эффекты. Хирурги при удалении опухолей мозга или ткани, инициирующей эпилептические припадки, иногда используют слабый ток, чтобы проверить, не является ли ткань, которую предстоит удалить, жизненно важной для больного. Такое стимулирование может вызывать воспоминания, ощущения и даже чувство наслаждения или страха. Ток правильной силы, приложенный к правильному участку, может оказывать сильное лечебное действие. В некоторых случаях эффект настолько благоприятен, что электроды навсегда оставляют вживленными в мозг больного.
Болезнь Паркинсона — тяжелая патология, при которой у больных развиваются тремор, ригидность мышц и затруднения при ходьбе и речи. Тремор бывает настолько сильным, что у некоторых руки ходят ходуном. Глубокое стимулирование мозга широко применяется в настоящее время для снятия тремора, который не устраняется лекарствами. Электрическому стимулированию подвергают определенные группы нервных клеток, находящихся в глубине мозга, обычно в области так называемого субталамического ядра, которое участвует в управлении двигательной активностью. Используемое для этого устройство сходно по принципу действия с кардиостимулятором. В мозг больного имплантируют электроды, которые соединяют с помощью изолированных проводов с небольшим прибором, находящимся вне головы. В черепе просверливают маленькое отверстие, и через него в мозг вводят электрод. Операция проводится под местной анестезией, и пациент во время нее находится в сознании. Он активно помогает хирургу определить, правильно ли размещен электрод, сообщая о своих ощущениях при включении стимулятора и воздействии электрических импульсов на мозг. После установки электрода в нужное положение, стимулятор размером со спичечную коробку зашивают под кожу в районе ключицы. Стимулятор подает в мозг импульсы обычно с частотой 150 раз в секунду.
Глубокое стимулирование мозга подавляет активность субталамического ядра. Почему именно это происходит, остается спорным вопросом. По одной из гипотез стимулируются тормозящие нейроны, которые выключают чрезмерно активные нервные клетки, по другой — прерываются патологические ритмы мозга. Так или иначе, метод работает и очень эффективно. Больные с неконтролируемой дрожью всего тела приходят в норму сразу же, как только включается устройство. Майкл Холман, журналист из газеты Financial Times, описывает это так: «Проще ничего и быть не могло. Врач, обследовавший меня, нажал на кнопку и отключил работавший от батарейки стимулятор, который был имплантирован в мою грудную клетку. За считаные секунды тремор возобновился и стал усиливаться. Через пару минут меня безнадежно трясло. Еще одно прикосновение к кнопке, и тремора как ни бывало». Искусственное ухо
Электроэнергия уже многие годы используется для питания слуховых аппаратов, которые представляют собой простые усилители, повышающие громкость звука. Однако если чувствительные клетки уха человека повреждены, то он все равно не слышит, каким бы громким ни был звук. Нормальные волосковые клетки в улитке внутреннего уха воспринимают звуковые сигналы и преобразуют их в электрические импульсы, которые поступают в мозг по слуховому нерву. Если у глухого человека сохранилась хотя бы часть слухового нерва, то можно, минуя поврежденные волосковые клетки, стимулировать этот нерв напрямую. Именно это и делают кохлеарные имплантаты.
На сегодняшний день они имеют как внутренние, так и внешние компоненты, первые имплантируют под кожу головы, а вторые носят за ухом. Внешнее устройство размером примерно с небольшой слуховой аппарат состоит из микрофона, речевого процессора и передатчика. Микрофон воспринимает окружающие звуки и преобразует их в электрические сигналы, речевой процессор отделяет фоновый шум, а передатчик посылает сигналы в приемник, установленный недалеко от него, но внутри тела. Приемник передает электрические сигналы к группе крошечных электродов, которые идут вдоль различных участков слухового нерва. Электроды вводят в одну из заполненных жидкостью камер улитки хирургическим путем так, чтобы они располагались достаточно близко к волокнам слухового нерва и обеспечивали их внешнее стимулирование.
Волосковые клетки улитки распределены вдоль нее в соответствии с тонами (частотами), к которым они чувствительны. Те, что реагируют на высокие звуки, находятся в одном конце, а те, что реагируют на низкие звуки, — на другом, во многом подобно клавишам рояля. Мозг различает высоту тона потому, что разные ветви слухового нерва связаны с волосковыми клетками, реагирующими на разные частоты. Если какую-либо ветвь нерва стимулировать искусственно, то мозг будет воспринимать сигнал как ноту определенной высоты. Количество электродов в кохлеарных имплантатах бывает разным, в современных устройствах оно колеблется от 16 до 24. Чем их больше, тем шире диапазон частот, которые человек может слышать. Именно поэтому существующие устройства не могут соперничать с настоящим ухом, которое имеет более 3000 внутренних волосковых клеток и позволяет нам слушать музыкальные композиции.
В настоящее время кохлеарные имплантаты вживляют только совершенно глухим людям, у которых повреждены волосковые клетки. Наилучший результат они дают у взрослых, потерявших слух, и у маленьких детей, родившихся глухими. Существует критический период, когда человек обретает способность говорить, и очень важно, чтобы дети получали кохлеарные имплантаты именно в это время — обычно в возрасте от двух до шести лет. Использование таких имплантатов пока еще очень молодое направление, и существующие устройства не могут восстановить нормальный слух в полной мере: британский политик Джек Эшли как-то заметил, что они звучат словно «хриплый далек[43] с ларингитом». Требуется время и тренировка, чтобы научиться понимать звуки, которые становятся слышными с помощью такого устройства. Особенно трудно воспринимать тональные языки вроде китайского, где важно различать тон. Тем не менее многие люди, которые когда-то были совершенно глухими, теперь могут слышать и даже пользоваться телефоном. Понимание речи на фоне шума, например в заполненном ресторане или баре, остается, однако, проблематичным.
Кохлеарные имплантаты помогают только в том случае, если сохранились хотя бы некоторые волокна слухового нерва, что бывает не всегда у совершенно глухих людей. Чтобы преодолеть эту проблему, были сконструированы электроды для имплантации непосредственно в слуховые центры головного мозга. Хотя это работает еще хуже, чем кохлеарные имплантаты, само направление перспективно и дает совершенно глухим людям надежду обрести хотя бы грубое восприятие звуков. Правда, не все глухие проявляют интерес к таким устройствам. Они смотрят на свой недостаток как на данность и предпочитают полагаться на язык жестов, позволяющий им легко общаться друг с другом. Искусственная рука
Каждое утро Кристиан Кандлбауэр встает, завтракает, забирается в автомобиль и едет на работу. Вроде бы ничего необычного, если бы не одно обстоятельство — Кристиан лишился обеих рук в 17 лет во время несчастного случая. Теперь у него два протеза: один обычный, а другой управляемый мозгом. Нерв, который когда-то управлял потерянными руками, хирургическим путем вывели в грудную клетку, а его разные ветви имплантировали в разные группы мышц. Со временем новые нервные окончания срослись с грудными мышцами так, что теперь, когда Кристиан хочет пошевелить рукой, мозг посылает сигнал в нерв, который возбуждает грудные мышцы. Ничтожно малые электрические импульсы в мышцах поступают в усилитель, расположенный на поверхности грудной клетки, и преобразуются в движения искусственной руки. Протезы, управляемые импульсами мозга, все еще находятся в стадии разработки, и Кристиан — один из первых, кто опробовал их.