Чтой-то мы в последнее время за живопись крепко взялись? Искусство ведь ей не исчерпывается, не говоря уж про культуру. Пусть же всем достанется! Поэтому внеочередное занятие мы условно назовём уроком музыки. Три-четыре — начали!
По причинам, уже объяснявшимся раньше, сперва почтим классику. Не стоит, конечно, рассчитывать, что я буду ссылаться на Моцарта и прочих, раздутых и накачанных деятелей. Расскажу-ка я вам лучше про одного полузабытого классика. На этот раз — от нейробиологии, хотя, думаю, что кибернетики с менеджерами тоже могут остаться и послушать. Рассказ пойдёт о Грэхеме Хойле (Graham Hoyle), который для объяснения принципов управления в нервной системе предложил гипотезу оркестрирования.
В 80-х годах нейробиолог Хойл работал над поведением саранчи (совсем распустилась, наверное) и обнаружил, что вещество октопамин, медиатор моноаминовой природы, способно вызывать и изменять все виды поведения у этих насекомых. Вводя небольшие количества октопамина в отделы мозга, контролирующие соответствующие моторные программы, учёный мог вызвать у животных ползание, летание, откладку яиц… Воплощённая мечта дрессировщиков, психотерапевтов и социотехников.
Окажись Хойл героем романов Уэллса или Кржижановского и всё — конец планете. Но Хойл был мирным стариканом, любившим жизнь во всех её проявлениях, не исключая саранчи. А ещё он любил классическую музыку. Где бы иначе он взял метафору, давшую название его фундаментальному труду? Уж точно не из альбома «Металлики» 83-его года. На наше счастье.
Гипотеза оркестрирования была опубликована Хойлом в 1984 году в научном журнале (1), и затем вышла в 1985 в твёрдом переплёте (2) — уже посмертно. Автор метко сравнивал влияние октопамина на саранчу с влиянием дирижёра на оркестрантов. „Вот, — говорил Хойл, — есть группа нейронов, управляющих ходильными мышцами, а вот другая группа, управляющая движениями крыльев. Таких групп в мозгу столько, сколько надо для управления всем поведенческим репертуаром животного. У саранчи их может быть три, а у человека и все шесть, например. Они как участники ансамбля — могут играть по очереди, могут попробовать вместе. И есть ещё одна специальная группа, эдакий седьмой контингент: нейроны, которые ни на каких инструментах не играют, а только говорят, что делать другим оркестрантам. В мозге саранчи этот разговор идёт на языке октопамина. Без дирижёрства октопаминовых клеток нейронный оркестр обречён играть полную лажу“.
В последнее время нейробиологи как-то перестали вспоминать автора гипотезы оркестрирования, а сама она стала общим местом: common knowledge, не требующее ссылки. Другая забавная метаморфоза произошла с названием, что, видимо, отражает изменение музыкальных вкусов учёных. Теперь, говоря о гипотезе оркестрирования, её всё чаще называют гипотезой нейронных ансамблей. И здесь ВИА победили классиков.
Можно, пожалуй, рассказать и про современные группы, работающие в том же ключе. Такие, например, как группа профессора Николелиса (Miguel A. L. Nicolelis) или группа профессора Бужаки (György Buzsáki). Между прочим, их инженеры таких успехов в управлении ансамблями добились, что не только Хойл — политики, и те отдыхают. Нет, в другой раз расскажу. Сапиенти сат и ищущий обрящет.
А мы лучше займёмся практическими упражнениями. Главное в биологии — выбрать объект исследования. А то покажешь что-нибудь на человеке, а потом самому мама не покажется. Прав был Хойл, взяв саранчу, как прав был и Первый Биолог, взявший в лабораторные животные крысу да лягушку. Постараемся и мы не ударить в грязь лицом. Тоже возьмём что-нибудь человеческому существу противное — пиявку, например.
Классический для нейробиологии объект, кстати. Ещё Лейдиг с Ретциусом в XIX веке их резали-резали… Итак, с объектом определились, цель наша уже давно ежу понятна — записать звуки природы. Теперь надо выбрать метод. Для записи нейронных оркестров исследователи используют много разных инструментов, хитроумных приборов и хитрожопых техник, но о них тоже в другой раз, друзья. Пока же, для пилотного эксперимента, возьмём что попроще: внутриклеточную регистрацию отдельных нейронов. Смотрим запись:
Надо сказать, что у кольчатых червей, к которым относится и пиявка, неплохо развито кровообращение. У пиявки целых два сердца: левое и правое. Притом, больших сердца — от головы и до хвоста. Но и это ещё не всё. У нас, позвоночных, сердце способно сокращаться само по себе, хотя частота его сокращений и регулируется нервами. Другое дело у пиявки — ритм её сердец полностью задаётся мозгом, лишь слегка подстраиваясь на месте. Вот уж кто свои чувства разумом контролирует…
Верхняя запись на рисунке произведена от одного из нейронов, управляющих сердцем пиявки, а нижняя — это запись движений сердечной мышцы, миограмма сердца (не путать с электрокардиограммой). Таких сердешных нейронов штук двадцать на каждое сердце, и все они знай, гонят по сердцу волну за волной (волну сокращений, NB). Записав одновременно несколько нейронов, мы получим студийный исходник, который — это вам любой звукорежиссёр скажет — ещё нарезать надо. Потому что пока наш оркестр звучит ужасно скучно (
WAV, 125 KB).
Вот как раз превращением сухих щелчков сердечного ритма в музыку сочных канталуп мы и будем заниматься на следующем уроке музыки. А пока разрешите откланяться — гастроли…
Сердечный привет!
1) Sombati, S., Hoyle, G. Generation of specific behaviors in a locust by local release into neuropil of the natural neuromodulator octopamine. J. Neurobiol., 1984 Nov; 15(6):481–506.
2) Hoyle, G. Generetion of behavior: the orchestration hypothesis
//Feedback and motor control in Invertebrates and Vertebrates//
Eds. W. J. P. Barnes, M. H. Gladden. L.: Groom Helm, 1985, pp. 57–75.