Джордж Джонсон - Десять самых красивых экспериментов в истории науки

• Название: Десять самых красивых экспериментов в истории науки
• Автор: Джордж Джонсон
• Издательство: М.: КоЛибри, 2009. — 224 с.
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-389-00586-0

В наше время научные открытия совершатся большими коллективами ученых, но не так давно все было иначе. В истории навсегда остались звездные часы, когда ученые, задавая вопросы природе, получали ответы, ставя эксперимент в одиночку.

Джордж Джонсон, замечательный популяризатор науки, рассказывает, как во время опытов по гравитации Галилео Галилей пел песни, отмеряя промежутки времени, Уильям Гарвей перевязывал руку, наблюдая ход крови по артериям и венам, а Иван Павлов заставлял подопытных собак истекать слюной при ударе тока.

_{Перевод опубликован с согласия Alfred A, Knopf, филиала издательской группы Random House, Inc.}

---

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».

Некоторые философы пошли дальше и предположили, что каждый атом материи повторяется атомом сознания — «первичной разумной пылью», которая распространялась одновременно с развертыванием космоса и возникновением видов. Джеймс так объяснял такие высказывания: «Так же как атомы материи образуют тела и мозг путем устремления друг к другу, так и ментальные атомы начинают агрегироваться аналогичным образом, образуя более масштабные сознания».

Формирование рефлекса избегания пламени у ребенка Схема из труда Уильяма Джеймса «Принципы философии». 1890 год

Считалось, что наряду с химическими процессами в мозгу происходят процессы ментальные, при этом ни один из них не может контролировать другой. Томас Генри Гекели выразил эту мысль следующим образом: «Душа относится к телу так же, как колокол курантов к часовому механизму, а сознание отвечает на звук, который издает колокол». Когда мы хотим пошевелить пальцем, то это является указанием на событие, а не его побудительной причиной. «Чувство, которое мы называем волевым актом, — предлагал Гекели, — не добровольное действие, а символ состояния мозга, являющегося непосредственной причиной такого акта». (Век спустя американский физиолог Бенджамин Либет будет утверждать, что ему удалось это доказать экспериментально.)

Другими словами, мы являемся умными автоматами. Джеймс с осуждением писал, к чему может привести такая теория:

Если бы мы хорошо знали центральную нервную систему Шекспира и так же хорошо — окружавшую его действительность, то смогли бы показать, почему в определенное время своей жизни его рука оставляла следы на некоторых листах бумаги, — эти маленькие черные закорючки мы для краткости называем рукописью «Гамлета». Для этого мы должны понимать смысл каждого зачеркнутого и исправленного слова, причем без какой-либо отсылки к мыслям, которые возникали в сознании Шекспира. Слова и предложения в таком случае должны восприниматься не как знаки чего-то, а как некоторые внешние факты, ясные и простые. Аналогичным образом мы можем написать исчерпывающую биографию теплого белкового тела под названием Мартин Лютер, не обращая никакого внимания на то, что это тело могло ощущать.

Павлов недолго задерживался на таких метафизических вещах. Что бы там ни происходило в мозгу собаки, объективное суждение об этом можно сделать только по внешним проявлениям. По его мнению, натуралиста должна занимать лишь одна проблема: как соотносятся та или иная внешняя реакция животного и явления внешней среды.

Он быстро понял, что между обозначающим и обозначаемым нет внутренней связи. Совершенно очевидно, что пасть собаки смачивается при запахе мяса, хотя даже такая реакция может являться результатом научения. (Щенок, еще сосущий мать, порой отворачивает нос от гамбургера.) Однако, предъявляя мясо одновременно с другими стимулами, экспериментатор может обучить животного выделять слюну при вспышке света, вращении предмета, прикосновении холодного или горячего зонда к коже, тиканье метронома, звуке звонка, свистка, камертона или рога. (Павлов почти никогда не использовал колокольчик.) Нет никаких оснований полагать, что эволюция предусмотрела такие случайные связи, но при определенных обстоятельствах они становятся важными для выживания собаки.

Собака выделяет слюну, чувствуя уколы двух механических стимуляторов Рисунок из труда И. Павлова *Условные рефлексы». 1916 год

То же справедливо и в отношении защитного слюноотделения. После того как собака попробовала разведенную кислоту, окрашенную тушью, у нее началось слюноотделение при виде любой жидкости черного цвета. Однако, если она пробовала несколько раз безобидный раствор, такая реакция пропадала и появлялась вновь только после того, как собака снова глотнула кислоты.

Нервные соединения оказались столь пластичны, что их можно было коммутировать, как линии связи на АТС. При достаточном обучении положительный стимул, например кусок мяса, можно связать с отрицательным стимулом. Так, собака при ударе током не отскочит, а начнет выделять слюну.

Методы эксперимента становились все более изощренными, что дало возможность исследовать чувство времени у собак. После того как собака научилась выделять слюну на вспышку света, положительный стимул задержали на три минуты. Через какое-то время собака привыкала к задержке — ее пасть наполнялась слюной через три минуты после сигнала.