ПОДГОТОВКА

Высшая нервная деятельность подопытных животных

Немалую роль в подготовке животных к полету играет изучение их высшей нервной деятельности.

Сколько сложного, необъяснимого таит в себе высшая нервная деятельность! С чего начать, как разобраться во всей этой сложности, как выразить ее языком точных данных?

Эти вопросы давно стояли перед наукой, отпугивая своей сложностью многих исследователей. Особенно это касалось проблемы поведения, физиологической характеристики сложной рецепторной (воспринимающей) и ответной (двигательной) деятельности животных. Тут процветали ненаучные, субъективистские лжетеории или до предела выхолощенные схемы.

И вот в России начала этого века появляются исследования И.П. Павлова. Значение этих работ огромно. Павлову удалось, найти метод анализа сложных нервных реакций, вычленить то простое явление, которое представляет собой элементарную клеточку сложных форм поведения. Это рефлекс, т. е. ответ нервной системы животного на тот или иной раздражитель. Рефлекс в работах павловской школы выступает показателем сложных физиологических процессов, протекающих в мозгу; поведение животных рассматривается в неразрывной связи с деятельностью коры их головного мозга. В результате многолетних исследований И.П. Павлов сформулировал основные закономерности высшей нервной деятельности животных, разработал методы ее изучения. Эти исследования внесли большой вклад в решение практических задач отечественной биологии и медицины.

Перед нами обычный, применяемый во всех лабораториях узкий станок для фиксации собак. Он расположен в специальном помещении, также имеющемся во всех физиологических научных лабораториях. Его стены не пропускают звуков, что дает возможность максимально изолировать животных от внешних раздражителей.

Открывается дверь, и живая, подвижная собака Пушинка быстро и без приглашения вскакивает в станок. У нашей собаки выработаны сложные двигательные рефлексы, являющиеся ответом на различные слуховые и зрительные раздражения. Световые сигналы (красный, желтый и зеленый) появляются на панели небольшого прибора, расположенного чуть под углом к стенду. Перед доской — три прямоугольные соприкасающиеся друг с другом планки — клавиши. Под этим своеобразным пианино — кормушка. Описанная лаборатория приспособлена для выработки у собак условных рефлексов.

При изучении так называемых вегетативных процессов (кровяного давления, дыхания, пульса и т.д.) мы должны зарегистрировать изменения уже существующих в организме явлений. Когда же нужно получить материалы, характеризующие высшую нервную деятельность, то раньше требуется сформировать у животного определенное поведение, создать то, что должно подвергаться анализу. Это и есть очень длительный, зачастую полный трудностей процесс выработки условных рефлексов.

Собаку нужно научить производить определенные действия в ответ на те или иные раздражения. В результате этого у животного образуется строго определенная система поведенческих реакций. Характер и форма отдельных ее элементов, их последовательность, взаимоотношение — все заранее известно нам. Таким образом достигается упрощение сложных видов поведения, и оно становится доступным анализу.

Зажглась не та лампочка. Вставать нечего

У Пушинки давно уже выработалась четкая система рефлексов. Смотришь на прибор, подающий раздражения и регистрирующий реакции, и удивляешься: животное, как бы «вмонтированное» в этот агрегат, действует всегда только в нужный момент и всегда только так, как требуется.

Вот экспериментатор занимает свое обычное место у стола в соседней с камерой комнате. Перед ним различная аппаратура. Включается электросекундомер. Щелкают переключатели, и на записывающем приборе начинает бесшумно ползти белая бумажная лента. Пять писчиков будут регистрировать все, что делается в камере (включение сигналов и ответную реакцию животного).

Секундомер, отсчитав 60 секунд, включает первый раздражитель. В камере раздается особый звук. Экспериментатору, который смотрит в специальную щель, видно, как «деловито» и «радостно» собака воспринимает его: она быстро приподнимается, подается всем телом вперед, пушистый хвост начинает спокойно и методично стучать по плексигласовой стенке станка. Животное поворачивает к сигнальной доске острую мордочку с настороженными ушами, и теперь весь его вид выражает внимание: какая зажжется лампочка?

Вспыхивает красный свет. Пушинка осторожно ставит лапу на конец пластинки, нажимает и смотрит, не открылась ли кормушка. (Нажим должен быть точным: по средней планке, в направлении от верхнего конца к нижнему, по силе не менее 50 г). Щелчок открывающейся крышки, и перед животным — излюбленное лакомство (кусок колбасы).

Если на доске загорается зеленый свет, собака ведет себя спокойно, она будто «знает», что свет этой лампочки — вещь бесполезная и сколько бы она ни нажимала на пластинки, кормушка не откроется. Так было не всегда: долгое время Пушинка не «умела» различать (дифференцировать) вспыхивающие перед ней огоньки.

Впрочем, и сейчас она иногда ошибается, реагирует на зеленую лампочку так же, как на красную. Это явление — так называемый «срыв дифференцировок» — свидетельствует о преобладании в данный момент в коре мозга животного процесса возбуждения. Так ошибки в действиях Пушинки позволят характеризовать состояние процессов, протекающих в коре головного мозга животного. Представим себе, что такое-то воздействие, например вибрации, шум и вся обстановка полета, вызвало нарушение деятельности мозга. Методика условных рефлексов поможет точно установить характер и особенности этих нарушений.

При этом большое значение имеет характер возникающих у собак двигательных реакций. Экспериментатор специально работает над тем, чтобы движения имели определенные признаки: во-первых, особую направленность (собака ведет лапой от суженного дальнего конца трапециевидной пластинки к широкому ее краю), во-вторых, движение должно возникать всегда и неизменно только по отношению к средней планке, и, наконец, в-третьих, оно должно производиться в данном случае с силой не менее 50 г.

Нажим должен быть точным

Только при соблюдении этих условий Пушинка получит доступ к пище. Вот почему так стандартны движения животного. Понятно, что выработка таких сложных реакций требует много труда, терпения и любви к животным.

Изменения выработанных двигательных навыков животного во время полета позволят судить о влиянии факторов полета, и в первую очередь невесомости, на координацию движений. Важно будет проследить, как изменится форма, сила, направление движений, или, может быть, животное совсем перестанет производить привычные движения.

Выработанная система рефлексов позволит также ответить на ряд вопросов, имеющих отношение к процессу восприятия сигналов в условиях невесомости. В состоянии ли животное улавливать свет, непривычные звуки?

Прибор позволяет точно, в цифрах характеризовать двигательные реакции животного, что в свою очередь дает возможность тонко анализировать те процессы в коре головного мозга, которые лежат в основе данной деятельности.

Приведем пример влияния сильного внешнего воздействия на условно-рефлекторную деятельность собаки. Пушинка, так же как все собаки, подготавливаемые к полету, подвергается воздействию ускорений. Через 9 минут вращение на центрифуге прекращается. Собака лежит, и кажется, что она мертва, но вот она поднимает голову, осматривается. Лаборант быстро отвязывает животное. Через 7 минут Пушинка уже в знакомом станке, в котором вырабатывались условные рефлексы. Щелчок. Собака, не дожидаясь вспыхивания лампочки, начинает беспокойно вертеться. Движения хаотичны, многочисленны. Тот же залп сумбурных реакций наблюдается на зеленый свет (который обычно не вызывает у собаки никаких движений), аналогичным образом собака ведет себя при «бесполезном» желтом свете.

После того как подается шестой раздражитель, собака вдруг совсем перестает реагировать, даже на красный свет, а если делает это, то очень вяло.

Утром на другой день Пушинка «работает», но не так хорошо как всегда, зато потом — прекрасно.

О чем же говорят все эти факты? Они позволяют точно определить, что отдельные области коры головного мозга Пушинки сразу после центрифугирования были охвачены возбуждением. Вот почему собака не могла различать сигналы, в которых до опыта разбиралась легко. Вот откуда сумбурность и поспешность движений. На 15—20-й минутах в центральной нервной системе развилось преобладание торможения, и собака перестала производить хорошо заученные движения. Об этом же свидетельствует и поведение животного (вялость, стремление лечь). Преобладание тормозных процессов через некоторое время после действия ускорений регистрируется почти у всех собак.

Сильное торможение условных двигательных рефлексов после полета на ракете было отмечено у Малька. Собака «не хотела» делать нужные движения, вздрагивала от звуков, которые означали пищу и до полета «радовали» животное.

Менее знаменитая, чем Малек, белая и пушистая Нева делила вместе с ним все превратности жизни экспериментальных животных. У нее, также как и у Малька, была образована и затем упрочена система рефлексов. Выполняя роль контрольного животного, она ездила вместе с Мальком к месту старта ракеты, содержалась там в тех же условиях, кормилась той же пищей и т. д. Но и космос она не летала. И что же? Эта собака не производила впечатления ни напуганной, ни уставшей, а, очутившись в станке после долгого перерыва, охотно и деловито выполнила все заученные действия.

Интересно, что во всех других отношениях (сердечная деятельность, дыхание) Малек после полета почти не обнаруживал изменений. Следовательно, условные рефлексы — наиболее чуткий индикатор воздействия необычных факторов внешней среды на организм животного. Они нарушаются раньше всего, когда других изменений уловить нельзя.

Наблюдения за изменениями высшей нервной деятельности животных после полета заставляют предполагать, что и на человека условия полета будут влиять, в первую очередь затрагивая деятельность коры головного мозга, вызывая здесь вначале усиление возбудительного процесса, а потом преобладание процесса торможения.

Следует сразу оговориться, что у человека с сильной волей изменения поведения может и не наступить, так как поведенческие реакции человека во многом определяются волевыми импульсами. Ясно, что нельзя автоматически переносить на человека результаты наблюдений над собаками в условиях космического эксперимента, особенно если это касается центральной нервной системы. Однако общие закономерности реакций, характерные для любого представителя животного мира, будут, по-видимому, свойственны и человеку.

Далее…