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.
В настоящее время большинство протезов рук с электроприводом управляются электрическими сигналами мышц культи, и человек с таким протезом должен знать, сокращение каких мышц необходимо для управления рукой, и вызывать их сокращение сознательно. Обычно такие протезы могут совершать за раз только одно движение, например разжать пальцы или повернуть кисть. Кроме того, они действуют медленно и не подходят людям, полностью потерявшим руку или ногу. Более совершенные протезы конечностей, вроде того, что у Кристиана, совершают значительно более сложные движения и управляются интуитивно — как сказал один инвалид, «я просто хочу пошевелить ладонью или предплечьем, и они начинают двигаться». Но даже эти, более сложные протезы имеют серьезный недостаток — у них нет сенсорной обратной связи, показывающей, например, какую силу надо приложить, чтобы поднять предмет. Если схватить яйцо с силой, необходимой, чтобы поднять тяжелый кувшин, оно разобьется. Бионические руки, помимо прочего, дороги и требуют регулярной замены через несколько лет в результате износа. Это означает, что нужны более совершенные протезы. Как это часто бывает с исследованиями в области медицины, стимулом становится война, и большое число молодых американцев, лишившихся конечностей во время боевых действий в Ираке и Афганистане, заставило увеличить вложения в разработку новых технологий протезирования.
Если помечтать, то хотелось бы найти способ имитирования нормальной электрической активности нервов мышц наших ног, дающий парализованным возможность ходить. Это просто сказать, но чрезвычайно трудно сделать, поскольку ходьба — очень сложная задача. Мало того, что искусственные электрические сигналы должны иметь правильный характер и правильную частоту для разных мышц, нужно еще, чтобы движения постоянно корректировались с помощью обратной связи от конечностей. Глубоко в наших мышцах находятся сенсоры, так называемые мышечные веретена, которые определяют положение конечностей и степень сокращения мышц. Информация, поступающая от них, требуется не только для того, чтобы мы правильно ходили, но и чтобы справлялись с такими трудностями, как неровности почвы или ступени. Таким образом, система обратной связи просто необходима, иначе искусственное устройство не будет посылать правильные электрические сигналы мышцам. Назад в будущее
Использование электротерапевтической аппаратуры является сегодня обычным делом. Глубокое стимулирование мозга буквально преобразило жизнь людей, которых раньше тремор полностью выбивал из нормальной колеи, а возможность его применения для лечения тяжелой депрессии в настоящее время исследуется. Кардиостимуляторы позволили многим вернуться к обычному образу жизни. Слуховые аппараты усовершенствовались и открыли новые возможности. Протезы конечностей становятся все более сложными. Устройства, позволяющие слепым видеть, а парализованным ходить, пока еще только разрабатываются, и до массового выпуска им еще очень далеко, однако нет причин полагать, что они так никогда и не появятся.
Прогресс вряд ли остановится на этом. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) уже позволяет отличать ответы человека на вопросы, где требуется сказать «да» или «нет». В будущем более глубокая интерпретация томограмм мозга, возможно, позволит людям с «синдромом изоляции» общаться с другими более свободно. Можно ли будет читать чужие мысли — это другой вопрос. Современная фМРТ-аппаратура массивна, громоздка, а ее разрешение во времени ограничено, и как много можно узнать по полученным сигналам, пока что неясно. И все же не стоит забывать, что если первые электрокардиографы занимали две комнаты, то сегодня портативный ЭКГ-аппарат стал обычным.
Если кардиостимуляторы, глубокое стимулирование мозга и фМРТ удивления не вызывают, то идея подключения мозга к компьютеру ошеломляет. В некотором смысле многие из нас уже взаимодействуют с ноутбуками и смартфонами, хотя и через глаза и кончики пальцев, а не напрямую с мозгом. Но чем старше я становлюсь, тем больше меня привлекает идея прямого взаимодействия. Как здорово было бы получать доступ к собственной памяти по желанию. На эту мысль меня натолкнула встреча с бывшим учеником, который ходил ко мне на занятия 20 лет назад и чье имя я никак не могла вспомнить. Поиск информации во Всемирной паутине под действием одной лишь мысли. Пугает, впрочем, перспектива соединения мозга проводами с компьютером. Иными словами, все упирается в характер подключения. Однако при условии, что соединение будет включаться и выключаться по желанию и что любая информация, загруженная в персональный накопитель (например, в мозг), будет находиться в безопасности и под нашим собственным контролем, думается, многие из нас в конечном итоге поддадутся соблазну. Мысль все же быстрее, чем набор текста на клавиатуре или чтение.
Однако история, рассказанная Мэри Шелли, глубоко сидит в наших головах, и сначала нам надо преодолеть страх перед неизвестным, перед монстрами вроде того, что был создан Франкенштейном. Нам нужно также определить подходы к регулированию использования такой технологии, которое не позволит ущемлять права бедных. Помимо прочего, подобное радикальное видоизменение нашего мозга не должно быть внешне заметным (поскольку люди предпочитают не выделяться из толпы), а соответствующие приспособления должны легко сниматься по желанию. Мы уже привыкли к некоторым устройствам, расширяющим возможности наших органов чувств, например к микроскопам, телескопам и приборам ночного видения, но их можно оставить на столе в конце рабочего дня. Также существуют калькуляторы и компьютеры, которые очень помогают нам, а Интернет служит внешней коллективной памятью со значительно большей емкостью и скоростью поиска, чем у нашего мозга и библиотек. Да что там говорить, многие из нас уже редко находятся в режиме офлайн, и первой реакцией на ставящий в тупик вопрос является желание запросить ответ в Google. Возможно, некоторые предпочтут и дальше взаимодействовать с такими электронными помощниками через свои органы чувств — пальцы, глаза и уши, — а не путем непосредственной связи с мозгом. Однако я лично хотела бы получить устройство, которое позволяло бы без усилий сохранять и отыскивать мои личные воспоминания. Думаю, его очень оценили бы люди, страдающие от потери памяти в результате таких расстройств, как болезнь Альцгеймера.
Конечно, искусственная память, подключаемая непосредственно к мозгу, пока что всего лишь научная фантастика. Но не следует забывать, что у научной фантастики есть свойство раньше или позже превращаться в реальность. Столетие назад мало кто думал, что механической рукой можно управлять силой мысли или что разъяренного быка можно остановить сигналом, передаваемым прямо в мозг. Не исключено, что в следующие 100 лет появится и искусственная память. Наверняка сказать невозможно, но я уверена, что ключом к успеху будет глубокое понимание того, как наш организм использует электричество, как воспоминания откладываются в памяти, как они хранятся и вызываются электрическими цепями в нашем мозге.
Примечания О теле электрическом я пою
Примечания О теле электрическом я пою
1. Для тех, кому нужно более подробное объяснение, скажу, что это происходит следующим образом. Когда АТФ-зависимый калиевый канал открыт, ионы калия (K+) вытекают через него из клетки, и градиент концентрации калия уменьшается. Поскольку ионы K+ несут положительный заряд, их истечение смещает внутренний потенциал клетки в отрицательную сторону. Под влиянием отрицательного мембранного потенциала кальциевые каналы остаются закрытыми, и инсулин не выделяется. При повышении уровня глюкозы в плазме бета-клетка начинает более активно метаболизировать ее. Это приводит к выработке аденозинтрифосфата (АТФ), который присоединяется к АТФ-зависимому калиевому каналу и заставляет его закрыться. Как следствие, мембранный потенциал становится менее отрицательным (поскольку меньше ионов K+ уходят из клетки) и инициирует открытие кальциевых каналов. Под действием кальция, устремляющегося в клетку, везикулы с инсулином сливаются с поверхностной мембраной и выбрасывают свое содержимое в кровь. 1. Эпоха чудес
1. Приведенное здесь высказывание нередко приписывают Гальвани (см., например, книгу У. Аткинсона «Сила мысли» (Dynamic Thought), выпущенную в 1906 г.), но это неправильно. Оно не в стиле Гальвани, да и никто не насмехался над ним, когда он жил и работал. Не исключено, что автором высказывания является французский астроном Камиль Фламмарион. Именно в его книге «Неведомое» (L’inconnu et les problèmes psychiques, 1862) оно встречается впервые. Я очень признательна профессору Марко Пикколино за предоставленную информацию.
2. По приговору Зевса Прометея навечно приковали к скале, где каждый день орел выклевывал ему печень. За ночь печень Прометея восстанавливалась, поэтому его мучения не прекращались. Любопытно, что Зевс выбрал именно печень, ведь это один из тех органов, которые обладают наибольшей способностью к регенерации.
3. Анн Робер Жак Тюрго так написал про Франклина в своей знаменитой эпиграмме: «Он похитил молнию у небес и власть у тирана». 2. Молекулярные поры
1. Рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК является молекулярной матрицей для наших клеток, а РНК — мессенджером, т.е. переносчиком информации, хранящейся в ДНК, в клеточные «фабрики белка».
2. Род Маккиннон получил Нобелевскую премию в 2003 г. вместе с Питером Эгром, история которого рассказывается в главе 8. 3. Импульс к действию
1. Ходжкин всегда связывал свой успех с судьбой и удачей.
2. Эндрю Хаксли происходит из очень известного семейства. Он является внуком Томаса Хаксли — «бульдога Дарвина», который страстно защищал и пропагандировал теорию эволюции; его единокровными братьями были романист Олдос Хаксли и биолог Джулиан Хаксли. Ходжкин также происходит из известного семейства ученых, в котором многие были историками. 4. Не забывайте о межклеточном пространстве
1. Несмотря на чрезвычайную ядовитость, ботулотоксин легко разрушается при нагреве. Споры бактерий, однако, могут выдерживать нагревание до 100 °С в течение двух часов.
2. По иронии судьбы английское слово gift (подарок) означает в немецком языке «яд», и то, что было подарком Западу, оказалось ядом для Гитлера — изгнанные им ученые помогли союзникам победить в войне.
3. После окончания Второй мировой войны Фельдберг получил значительную сумму «в возмещение ущерба» от правительства Германии. Он использовал ее для создания фонда по укреплению взаимосвязей между немецкими и британскими учеными. Фонд ежегодно присуждает довольно большую премию, а также финансирует поездку одного британского ученого в Германию и одного немецкого ученого в Великобританию. 6. Электрические рыбы
1. Сократ сухо отвечает, что он действительно походил бы на ската, если бы ошеломлял других, но причина смятения Менона вовсе не в этом, а в том, что он запутался сам.
2. Такой была цена в Северной Каролине, США. В Великобритании угри, без сомнения, стоили бы еще дороже. Гинея составляет 21 шиллинг, т.е. один фунт и 10 пенсов в современных денежных единицах.
3. Мощность в ваттах равна напряжению в вольтах, умноженному на ток в амперах.
4. Ампула Лоренцини представляет собой небольшую капсулу, которая связана с отверстием на поверхности кожи через заполненный желеобразным веществом электропроводный канал. Рецепторные клетки находятся на стенке ампулы. Они реагируют на разность потенциалов между горловиной канала (которая соприкасается с морской водой) и внутренней полостью. Разность потенциала генерирует электрические импульсы в нервных волокнах, которые связаны с ампулой. Стоит перерезать нервы, идущие к ампуле, и акула теряет способность реагировать на слабые электрические поля. Это убедительно доказывает, что ампулы Лоренцини служат органом электрорецепции. 7. Сердечное дело
1. Это был Герберт Гладстон (сын более известного Уильяма Гладстона), занимавший пост министра внутренних дел Великобритании в 1905–1910 гг.
2. Механизм этого явления неясен.
3. Кеворкян назвал свою машину в честь Танатоса, греческого бога смерти. 8. Жизнь и смерть
1. Подавляющая часть тех 150–200 литров жидкости, которые ежедневно проходят через наши почки, поглощается в верхней части почечных канальцев через другой тип водяных каналов.
2. Капли дождя не приводят к (ложному) захлопыванию ловушки по той причине, что она реагирует только в том случае, если прикоснуться к двум волоскам последовательно друг за другом в течение 20 секунд. 9. Врата чувств
1. Олдос Хаксли взял название своей известной книги «Врата чувств» (The Doors of Perception), посвященной воспоминаниям о приеме мескалина, из поэмы Уильяма Блейка. Название популярной в 1960-х гг. музыкальной группы The Doors возникло под влиянием книги Хаксли, а значит, также восходит к поэме Блейка. Блейк, в свою очередь, позаимствовал идею у Платона, который говорил, что мы подобны пленникам подземелья, которые судят о внешнем мире лишь по теням на стене, и наше представление о реальности не более чем иллюзия.
2. Избыток витамина А очень вреден для организма. В печени некоторых полярных млекопитающих, таких как белые медведи и тюлени, концентрация витамина А достигает токсического уровня. Австралийская антарктическая экспедиция 1911–1914 гг. потеряла запасы продовольствия и одного из членов команды в расселине ледника. Двум другим членам пришлось есть собак, чтобы выжить, однако Ксавье Мерц все равно умер, возможно, от отравления витамином А, содержавшемся в печени собак.
3. Люди могут видеть даже без хрусталика, поскольку фокусирующая способность глаза зависит от него лишь на 30%. Все остальное делает роговица. Людям без хрусталика сфокусировать свет помогают очки.
4. Позднее, правда, решили, что цветовая слепота не имела никакого отношения к аварии, а машинист просто не обратил внимания на сигнал.
5. Поскольку звук передается путем соударения молекул, образующих волны сжатия, в вакууме он не распространяется. В космосе никто не услышит вашего крика, а вы не услышите даже оглушительного взрыва.
6. Аналогичный эффект наблюдается, если крикнуть под водой — звук затухает намного быстрее, чем в воздухе.
7. Из рок-группы The Who.
8. Маринованные артишоки не дают такого эффекта.
9. Вопреки утверждениям некоторых учебников вкусовые сосочки разных типов равномерно распределены по поверхности языка.
10. Это название происходит от слова sauerstoff, означающего в немецком языке кислоту, т.е. раствор с высокой концентрацией ионов водорода.
11. Генов намного больше, но не все они продуцируют функционирующие белки.
12. Любопытно, что у людей очень похожие рецепторы реагируют на жгучие масла в васаби. 12. Шоковая терапия
1. Чтобы посмотреть видео, найдите в «Википедии» статью с ключевым словом «Топси».
2. Одну из таких машин можно было увидеть в его доме в Лондоне.
3. Открытие медицинской практики при отсутствии квалификации не было чем-то необычным в те времена.
Дополнительная литература
Ниже приведен перечень дополнительной литературы. Я включила в него только те книги и статьи, которые интересны для широкого читателя и легко доступны. Тот, кто желает узнать больше, может найти более детальную библиографию на моем веб-сайте. Книги
Ashcroft, Frances (2000), Ion Channels and Disease, San Diego, CA: Academic Press.
Bakken, Earl (1999), One Man’s Full Life, Minneapolis, MI: Medtronic Inc.
Bryson, Bill (ed.) (2010), Seeing Further, London: Harper Press.
Darwin, Charles (1859), On the Origin of Species, London: John Murray.
Darwin, Charles (1875), Insectivorous Plants, London: John Murray.