О природе нервных импульсов.

До сих пор считается, что нервные импульсы имеют чисто электромагнитную природу. С помощью микроэлектродов, действительно, нервный импульс регистрируется в виде движущегося вдоль нерва локального перераспределения электрических зарядов, обусловленного диффузией ионов определённых типов сквозь стенки нерва. Но если сущность нервного импульса заключается только в этом перераспределении зарядов, то неизбежен вывод: нервная система работает, игнорируя законы электродинамики!

Прежде всего, остаётся загадкой механизм генерации нервных импульсов. Казалось бы, они должны генерироваться с помощью стартового перераспределения зарядов, т.е. через создание стартовой разности потенциалов. Иногда такое бывает. Если приблизить к невозбуждённому нерву электрод, имеющий достаточный потенциал, то возникнут два нервных импульса, которые побегут в разные стороны от электрода. Но ни в одном из мест, где нервные импульсы рождаются естественным образом – ни на оконечностях периферических нервов, ни в нейронах, ни в синапсах – не обнаруживается никаких органоидов, генерирующих стартовые разности потенциалов.

Ситуация становится ещё более загадочной, если принять во внимание суммарную электрическую энергию нервных импульсов за некоторый промежуток времени. Электрическую энергию одиночного импульса можно грубо оценить, исходя из электрического напряжения (около сотни милливольт) на ёмкости соответствующего отрезка нервного волокна (на характерной длине в 1 см – около десятка нанофарад); тогда эта оценка составляет 5 10^-11 Дж. В головном мозге Homo sapiens насчитывается порядка ста миллиардов нейронов, каждый из которых имеет связи с “коллегами” числом до десяти тысяч. Даже при заведомо заниженной оценке интенсивности нервной деятельности (один импульс в секунду на одно волокно) выходит, что энергия электрической активности одного только головного мозга на несколько порядков превышает калорийность потребляемой пищи (для взрослого суточная “научно обоснованная норма” – 12000 Дж).

Заметьте: при этих расчётах мы суммировали энергии каждого импульса без учёта того, что энергия принятого нейроном импульса может использоваться для генерации нового импульса, т.е. что одна и та же порция электрической энергии может использоваться многократно. Дело в том, что никаких органоидов, аккумулирующих энергию приходящих нервных импульсов, также не обнаруживается. Энергия появляется “ниоткуда” и уходит “в никуда”!

И это ещё не всё. Даже по самым длинным нервным волокнам электрические импульсы передаются без искажения формы (!) и без ослабления (!!). Для электрических кабелей, созданных людьми, подобные характеристики являются недосягаемой фантастикой. Разница между нервным волокном и кабелем не количественная, а качественная. Почему стартовое перераспределение зарядов движется в первозданном виде вдоль нервного волокна, не расплываясь и не уменьшаясь по амплитуде, науке не ясно.

И, наконец, если нервные импульсы имеют чисто электрическую природу, то непостижимой является помехоустойчивость нервной системы по отношению к мощным импульсным источникам электромагнитного излучения, например, к грозовым разрядам. Хорошо известно, как болезненно реагирует на грозовые разряды электроника, особенно прецизионная. Её может “выбить” даже при наличии защитного экранирования. Нервная же система не имеет электромагнитного экранирования, а даёт сбои – оглушения, контузии – лишь в случаях почти прямого попадания молнии (прямое попадание не рассматриваем).

Посудите сами: разумно ли мир, в котором грозы являются обычным делом, заселять тварями с “чисто электрической” и неэкранированной нервной системой? Можно представить, как реагировали бы животные на приближение грозы, если бы молнии во всей округе вызывали даже кратковременные онемения конечностей или, скажем, расстройства зрения!

Вышеизложенное наводит на мысль о том, что электрические процессы не являются сущностью нервного импульса, они являются лишь вторичными эффектами. Действительно, вышеназванные парадоксы легко разрешаются в предположении, что сущностью нервного импульса является структурная перестройка белков, из которых построено нервное волокно. Молекулы этих белков, формирующие трубку нервного волокна, спроектированы так, что они имеют две устойчивые структурные конфигурации. В дань традициям, одну из них будем условно называть невозбуждённой, а другую – возбуждённой. Для порождения нервного импульса требуется всего лишь создать локальное структурное возмущение, с возбуждённой конфигурацией, после чего структурная перестройка начинает распространяться. Это и есть передний фронт нервного импульса.

Формирование же заднего фронта, т.е. восстановление невозбуждённой конфигурации, осуществляется следующим образом. В результате превращения невозбуждённой конфигурации в возбуждённую резко возрастает проницаемость нервной трубки для ионов определённых металлов, неравновесные концентрации которых внутри и снаружи трубки поддерживались встроенными в стенки трубки ионными насосами. Соответственно, происходит перераспределение этих ионов сквозь нервную трубку. Оно-то и провоцирует восстановление невозбуждённой конфигурации.

После того, как ионные насосы восстановят неравновесное распределение ионов, данный участочек нервной трубки будет готов к новому циклу проведения импульса. Характерные времена процессов, происходящих при этом цикле, не превышают единиц миллисекунд. Эти времена диктуют верхнее ограничение на частоту следования нервных импульсов по одному волокну.

Трудно не восхититься дизайном нервного волокна, обеспечивающим самосогласованность цикла проводимости. Структурные перестройки в стенках открывают дорогу как раз таким перераспределениям ионов, которые обеспечивают автоматическое пассивное возвращение системы в исходное положение!