Десять самых красивых экспериментов в истории науки - Джордж Джонсон

Покоренный идеей о том, что живой организм подвластен научному познанию, он в 1870 году оставил семинарию и отправился учиться в Санкт-Петербург. К нему вскоре присоединился и брат Дмитрий. Они вместе изучали химию у Менделеева, создателя периодической таблицы элементов. Однако Иван больше увлекался физиологией и вскоре защитил докторскую диссертацию по медицине — темой диссертации стало регулирование кровяного давления и сердечной деятельности центральной нервной системой. В 1890 году он возглавил отдел физиологии Института экспериментальной медицины. Тут он, используя свои хирургические навыки, изучал «сложную химическую фабрику», в которой происходит переработка и усвоение пищи организмом.

Ученый заметил, что слюноотделение у собаки начинается до того, как кусочек еды окажется на ее языке: вода смешивается с муцином (гликопротеином, входящим в состав секретов всех слизистых желез), чтобы смазать пищу, поступающую в желудок, где уже приготовлена порция «аппетитного сока». Там, а затем в двенадцатиперстной кишке особые нервные рецепторы анализируют пищу, сигнализируя организму, какая смесь желудочного сока необходима для усвоения хлеба, молока, мяса и всего остального, что получила собака во время кормления.

Оказалось, что слюноотделение выполняет и другую функцию. Если собаке дать попробовать что-нибудь несъедобное — горчицу, слабую кислоту или соль, то слюна все равно будет выделяться, но на этот раз она будет состоять в основном из воды, чтобы защитить язык и смыть несъедобное вещество. В этом случае желудочные железы ничего не выделяют. Организм каким-то образом «узнает», что такие секреции не нужны.

Для измерения количества и состава слюны Павлов подвергал собак небольшой операции. Пока животное оставалось под наркозом, на его щеку или подбородок делался вывод (фистула), идущий от слюнных желез и фиксированный несколькими хирургическими стежками. После того как шов от хирургического вмешательства заживал, выделенная жидкость собиралась и анализировалась. Ученый обнаружил, что кусочки кварца практически не вызывали появления жидкости, тогда как при наличии песка выделялась вода, помогавшая собаке вымыть его из пасти. Следуя такой же физиологике, собака выделяла больше жидкости при наличии корочки хлеба, чем при появлении сочного куска мяса. Эволюция идеально настроила каждый рефлекс, приспосабливая животное к внешним воздействиям.

«Каждая материальная система может существовать как единое целое лишь до тех пор, пока его внутренние силы — влечение, когезия (сцепление) и т. п. — уравновешивают действующие на нее внешние силы, — писал он позднее. — Это в равной мере справедливо и по отношению к обычному камню, и по отношению к самым сложным химическим веществам, и эта истинность должна признаваться и в отношении живого организма… Рефлексы — это элементарные единицы в механизме постоянного уравновешивания».

В 1904 году Павлову была присуждена Нобелевская премия за труды по физиологии пищеварения. Поразительный человек, он был готов отказаться от этой награды, поскольку соперничавшая с ним лаборатория обнаружила, что он пропустил очень важный компонент системы — гормоны. «Совершенно очевидно, что у нас нет исключительного патента на открытие истины», — не без чувства горечи признавал он. Примерно в это же время он решил оставить исследования пищеварения и заняться тем, что он называл высшей нервной деятельностью.

В одном из своих опытов Павлов заметил, что для того, чтобы началось слюноотделение, наличие пищи в пасти животного совсем не обязательно. Запах, вид миски, даже скрип двери, когда наступает время кормления, иногда достаточен, чтобы запустить реакцию. Он называл это «психической секрецией».

В отличие от врожденных рефлексов, т. е. инстинктов, рефлексы приобретенные, или «условные*', можно изменять. Покажите собаке кусок мяса, а потом уберите его. Сделайте это несколько раз, и с каждым разом слюноотделение у собаки будет уменьшаться. Происходит «блокирование» рефлекса. Но вкус мяса, хлеба и даже — что парадоксально — неприятной кислоты восстановит («разблокирует») реакцию. Так же, как эволюция за долгие века «настраивала» каждый вид на внешнюю среду, прижизненный опыт животного «настраивает» конкретный организм на условия его существования. У него развивается способность к обучению.

Несколько ранее Павлов пытался объяснить это явление с точки зрения психологии, предполагая, что мысли собаки отражаются на ее «внутреннем экране». Животное перестает обильно выделять слюну после неоднократной демонстрации мяса потому, что устает и решает, что ее «усилия бесполезны». Но почему тогда попадание незначительного количества отвратительной кислоты вновь возвращает слюноотделение? Что при этом думает собака?

Павлов пришел к выводу, что так ставить вопрос нельзя. Позднее он заявил, что у нас нет способов проникнуть во внутренний мир собаки, поскольку нет фактов, позволяющих рассуждать о том, что и как она чувствует. Ученому пришлось признать, что по отношению к человеку такой вывод тоже оказывается справедливым, ибо извечная печаль жизни состоит в том, что люди не способны понимать друг друга и проникать во внутреннее состояние ближнего.

Водораздел между умственным и физическим начинал постепенно исчезать. Павлов отметил, что, когда ученый приступает к изучению того, как повышается и понижается давление или что выделяет поджелудочная железа, он рассуждает исключительно материалистически. Но когда физиолог озадачивается деятельностью высшей нервной системы, то существо его исследований резко меняется. Он начинает делать предположения относительно внутренних состояний животного, основываясь на своих собственных субъективных ощущениях. До этого момента он пользовался общенаучными концепциями. Теперь перед ним новый фронт работ, и ему приходится осваивать новые понятия, которые целиком принадлежат психологии. Другими словами, он осуществляет переход из мира измеряемого в мир неизмеримый.

Итак, пришла пора сконцентрировать свои усилия на важнейшей научной проблеме. Независимо от того, включались ли слюнные железы рецепторами на языке или в глазу, носу, ухе, результат был одинаков: сигналы из внешней среды вызывали физиологическую реакцию.

Идея, согласно которой организм, включая мозг, является биологической машиной, была высказана Декартом еще в XVII веке, однако он допускал и то, что человеку могут быть присущи некоторые особенности: хотя наши тела являются механическими и должны подчиняться законам физики, мозг представляет собой обиталище более высокой субстанции под названием «разум». Ко времени Павлова ученые уже знали о теориях Дарвина, которые весьма затрудняли существование такого дуализма. Считалось, что мозг развивался так же, как и остальное тело, но, как могли материальные факторы естественного отбора воздействовать на призрачный разум, оставалось загадкой. Уильям Джеймс описал эту проблему в 1890 году в своем труде «Принципы психологии»: «Те же самые атомы, которые, хаотически двигаясь, создают туманности, образуют и наш мозг, сгущаясь и на время оказываясь в определенных положениях; вот почему «эволюция» мозга, если она когда-нибудь будет понята, сведется к пониманию того, как и почему атомы мозга оказались схвачены и сжаты именно таким образом».