Если животное воспринимает какой-нибудь сигнал, например слышит звук, то при этом практически одновременно срабатывают не одна и не несколько, а тысячи тех нервных клеток, которые имеют отношение к восприятию и анализу этого сигнала. Электрические ответы всех этих нервных клеток складываются, и в результате возникает электрический ответ мозга, намного более мощный, чем ответ каждой из клеток в отдельности. Возникающий при этом электрический ток, пройдя сквозь ткань мозга, кости черепа, мышцы и кожу, может достичь поверхности тела. А это значит, что достаточно приложить к поверхности головы простые металлические контакты-электроды, соединенные проводами с чувствительным усилителем электрических сигналов, и будет зарегистрирован электрический ответ мозга на звуковой сигнал.
Конечно, когда мы говорим об электрическом ответе мозга, что он намного более мощный, чем разряд одной клетки, нужно иметь в виду, что значит «мощный». Нас ведь не «трясет» электрическим током, возникающим в собственной нашей голове, всякий раз, когда мы что-нибудь увидели или услышали. Сильным этот ток может казаться только по сравнению с микроскопически слабым ответом одной нервной клетки, но это действительно ничтожно слабый электрический ток. А те отголоски электрических процессов в глубине мозга, которые достигают поверхности тела, еще более слабы. Электрические напряжения, возникающие на поверхности головы человека или дельфина, составляют миллионные доли вольта, а то и меньше — это в десятки миллионов раз меньше, чем нужно, чтобы зажечь лампочку карманного фонарика. Но современным электронным измерительным приборам такие напряжения вполне доступны.
Нужно подчеркнуть специально: электрические напряжения и токи, возникающие на поверхности головы при действии разнообразных сигналов, не являются результатом подключения электродов и электронной аппаратуры, они не создаются этими приборами, а существуют сами по себе. Электроды и усилитель электрических сигналов нужны только для того, чтобы уловить эти сигналы и сделать их доступными для наблюдения.
Но ведь звуковые, зрительные и другие сигналы воздействуют на органы чувств животных и человека постоянно. Значит, мозг любого существа, в том числе и наш, непрерывно вырабатывает электрические сигналы? Да, именно так. Все время и при любых обстоятельствах — работаем мы или отдыхаем, двигаемся или спим — на поверхности нашей головы переливается невидимая картина электрических напряжений — продукт работы нашего мозга. Но мы совсем не замечаем этого и не ощущаем воздействия тока, потому что эти сигналы, даже если они создаются работой миллионов нервных клеток, все равно чрезвычайно слабы. Узнать о существовании этих электрических сигналов можно только с помощью высокочувствительных приборов.
Впрочем, если мы хотим уловить электрические ответы мозга на какие-то сигналы, например звуковые, то иметь высокочувствительную аппаратуру — это еще полдела. Ведь помимо тех нервных клеток, которые реагируют на звуковой сигнал, в это же время работают и генерируют электрические токи миллионы других клеток мозга, которые заняты совсем другими делами. Да еще, помимо клеток мозга, в организме есть множество других источников электрических токов, в том числе и более мощных, чем нервные клетки, например мышцы; при любом движении они тоже работают как электрические генераторы. Все это создает такую какофонию разнообразных электрических шумов, что интересующий нас ответ на звуковой сигнал совершенно в ней потеряется. И с этим ничего не сможет поделать даже самый высокочувствительный усилитель: ведь он «не знает», каков источник того или иного электрического потенциала, и поэтому одинаково добросовестно усиливает и ответ мозга на звуковой сигнал, и маскирующие его помехи.
Так что, помимо высокочувствительных электронных усилителей, для выявления этих ответов приходится использовать и специальную компьютерную технику, которая позволяет сделать, казалось бы, невозможное: электрические ответы мозга, полностью «утонувшие» в массе посторонних шумов, она очищает и выделяет настолько, что эти ответы можно не только обнаружить, но и точно измерить. Основная идея, которая при этом используется, довольно проста. Чтобы выявить ответ мозга на какой-то сигнал, нужно повторить этот сигнал сколько-то раз — иногда достаточно повторить его раз десять, а порой приходится сделать сто или тысячу повторений. При этом компьютер должен точно «знать», в какие именно моменты времени подаются звуковые сигналы. Компьютер анализирует электрические токи мозга и сравнивает их с моментами подачи звуковых сигналов. Если какие-то колебания электрического напряжения регулярно появляются каждый раз через определенный интервал времени после очередного звукового сигнала, значит, этот всплеск напряжения не случаен, это — ответ мозга на звук. А те колебания напряжения, которые возникают нерегулярно и вне связи со звуковыми сигналами, очевидно, никакого отношения к реакции мозга на звук не имеют, они должны быть отсеяны. Так, фрагмент за фрагментом анализируя электрические потенциалы после повторяющихся звуковых сигналов, компьютер реконструирует истинную форму электрического ответа мозга на звук. Результат может быть весьма впечатляющим. Из совершенно хаотических и беспорядочных колебаний электрического напряжения, в которых совершенно невозможно рассмотреть хоть что-нибудь осмысленное, хоть какую-нибудь связь со звуковым сигналом, компьютер выделяет четкий электрический ответ, в котором несколько всплесков электрического напряжения отражают ответы нескольких отделов мозга на звук.
Иногда, правда, и этого оказывается недостаточно — когда ответы мозга на звук очень уж слабы, малы по величине возникающих электрических сигналов, например тогда, когда нужно уловить ответы на очень слабые звуковые сигналы. В этих случаях даже описанная процедура выделения ответа из шума может не дать ясной картины: то ли есть едва заметный ответ, то ли нет. Тогда приходится задавать компьютеру дополнительную, более сложную задачу: в получившейся не очень вразумительной картине электрических потенциалов, содержащей ответ мозга и посторонние шумы, отыскать по специальной программе те небольшие колебания, форма которых характерна именно для ответов мозга. Таким способом можно уловить ответы совсем слабенькие.
Однажды я сам даже удивился, насколько чувствительным может быть такой метод. Нужно было зарегистрировать ответы мозга дельфина на очень слабые звуковые сигналы, да притом еще, когда дельфин находился не на поверхности воды, а под водой. А морская вода — хороший проводник электричества, поэтому для электрических токов мозга, достигающих поверхности тела, она создает там нечто вроде короткого замыкания — разницы в электрических потенциалах на разных точках тела почти нет. Когда использовали всю возможную технику для выделения ответов мозга из шумов, то оказалось, что можно уловить ответы примерно в одну стомиллионную долю вольта (миллиардную часть какой-либо единицы измерения обозначают приставкой «нано-»; стало быть, ответы были величиной в 10 нановольт). Мне даже не сразу пришло в голову, с чем же можно сравнить такую величину электрического напряжения. Но поскольку дело происходило на островке посреди Тихого океана, то сравнение все же довольно быстро нашлось. Представьте себе, что на противоположных берегах Тихого океана опустили в воду два электрода: один где-нибудь в Сан-Франциско или в Мексике, другой — во Владивостоке или в Японии. К этим электродам приложим такое же напряжение, которое дает обычная батарейка, — это немного больше одного вольта. И предположим, что это напряжение равномерно распределилось бы по всему расстоянию примерно в 10 тысяч километров (на самом деле напряжение не распределится равномерно, но для иллюстрации можно предположить, что это именно так; литературный жанр допускает такую вольность, ведь и подключать батарейку к противоположным берегам океана никто не собирается). Так вот, если бы напряжение в один вольт равномерно распределилось бы по всей ширине океана, то у нашего дельфина, болтающегося как раз посредине этого океана, перепад напряжения между точками тела, к которым приложены электроды, было бы несколько десятков нановольт.
