биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Эдгар Дуглас Эдриан: «всё или ничего»

[14 августа, 2016 г.]

Этот человек прожил длинную, интересную и упорную жизнь. Он сумел распространить один из главных физиологических принципов — «всё или ничего» — на нервные клетки, начал строить «карту чувств» головного мозга, подтвердил и сумел добиться признания одного из главных методов нейронаук — электроэнцефалографии — и получил за свои заслуги не только баронский титул, но и Нобелевскую премию. Имя ему — Эдгар Дуглас Эдриан, а формулировка Нобелевского комитета: «за открытия, касающиеся функций нервных клеток».

Кит Лукас

Рисунок 1. Кит Лукас (1879–1916). Британский ученый, преподаватель физиологии в Кембридже. В 34 года был избран членом Королевского общества благодаря весомому вкладу в понимание работы нервно-мышечного аппарата, особенно механизмов возбуждения. Не последнюю роль в раннем успехе Лукаса сыграли его технические способности: он чрезвычайно изобретательно совершенствовал и даже создавал экспериментальное оборудование. Эти же способности привели его к руководству компанией по производству исследовательских приборов — Cambridge Scientific Instrument Company — и оказались востребованы в годы Первой мировой: добровольца, капитана Королевских ВВС Кита Лукаса привлекли к аэронавигационным исследованиям. Решив, что умение пилотировать пойдет на пользу экспериментальной работе, 37-летний Лукас начал посещать лётные курсы и вскоре погиб, столкнувшись в воздухе с самолетом другой авиашколы. Рисунок с сайта blogs.royalsociety.org.

Наш сегодняшний герой сумел в своей долгой жизни сделать много: доказать, что наука может ввести в самые высокие круги общества, закончить дело жизни погибшего друга и наставника, стать Джеймсом Бондом в академических кругах, внедрить в научную практику современную технику и пользоваться ею — в общем, пожить на всю катушку. Знакомьтесь: Эдгар Дуглас Эдриан, Первый барон Эдриан, пэр Англии, кавалер ордена Заслуг, пятидесятый президент Лондонского королевского общества естественных наук, ректор Кембриджского университета.

Впрочем, в 1889 году ни о дворянстве, ни о ректорстве, ни о Нобелевской премии никто не помышлял. Тогда в семье Альфреда Дугласа Эдриана и его жены Флоры Лавинии, урожденной Бартон, родился их последний ребенок. Семья была вполне обеспеченной: официальная биография Эдриана говорит о его отце как о «юрисконсульте», но надо понимать, что он был консультантом Муниципального совета, надзорного органа при британском правительстве, созданного в 1871 году.

И школу этот ребенок, названный Эдгаром Дугласом, заканчивал не абы какую, а саму Вестминстерскую, действующую с 1179 года как минимум. И вуз по окончании Вестминстера в 1908 был выбран тоже не заштатный — Тринити-колледж в Кембридже. Его оканчивали Ньютон, Байрон, Бэкон, Бор, Резерфорд и Эддингтон, многие члены королевской семьи...

Генри Пикеринг Боудич

Рисунок 2. Генри Пикеринг Боудич (1840–1911). Американский врач, физиолог, преподаватель Гарварда с 35-летним стажем, майор кавалерии во время Гражданской войны в США. Особенно известен благодаря работам по сердечным сокращениям и коленному рефлексу, а также пропагандированием внедрения физиологических исследований в курсы обучения практикующих врачей. Рисунок из «Википедии».

В Тринити-колледже Эдриан попал к выдающемуся физиологу (и одному из пионеров британской авиации) Киту Лукасу (рис. 1). Лукас был всего на десять лет старше Эдриана, но ко времени их встречи уже успел стать автором многих статей по физиологии нервов и мышц, а также одним из пионеров применения навигационных приборов в авиации. В физиологии же его имя прославил термин «всё или ничего».

Давайте сделаем небольшое отступление в 1871 год, когда ни Эдриан, ни Лукас еще не родились. Американский физиолог Генри Боудич (рис. 2), тогда только-только ставший доцентом в Гарварде, обнаружил, что при попытке возбудить сердечную мышцу сердце до определенного момента (порога) на раздражитель не отвечает, а затем отвечает максимально.

Лукас в статье The All or None Contraction of the Amphibian Skeleton Muscle Fibre [1] распространил этот принцип на скелетные мышцы, одновременно придумав сам термин. Вместе с Лукасом Эдриан проработал восемь лет — до трагической гибели наставника Эдриана 5 октября 1916 года. Лукас испытывал новое оборудование для ВВС...

Одной из главных тем бесед Эдриана и Лукаса стала неразрешимая на то время проблема: как зарегистрировать активность одиночных нервных волокон, то есть — отдельных нейронов? А заодно и понять, распространяется ли на нервные клетки принцип «всё или ничего». Достоверно было известно, что нервы генерируют электрический сигнал, но импульсы тока очень короткие (тысячные доли секунды) и очень слабые (милливольты). Техники, которая могла бы их регистрировать, не было.

А тут еще и война прервала работы — Эдриан еще до ее начала решил пройти врачебную практику, чтобы лучше понимать то, что он делает, и во время войны трудился в госпитале, леча контузии и прочие неврологические поражения. И конечно, заодно их изучая... После войны пришлось возвращаться к изучению уже в одиночку. И снова были «внешние помехи»: после войны резко увеличился приток студентов, пришлось много преподавать... Тем не менее Эдриан находил время и на то, чтобы находить новое оборудование (рис. 3), и на то, чтобы продолжать искать. Он решил найти способ усилить сигнал, используя для этого термоэлектронные лампы — какие придумывали нобелевские лауреаты по физике Маркони и Браун... Лаборатория Эдриана стала больше походить на физическую, нежели на биологическую. Как писал он сам, «история электрофизиологии определяется историей развития электроизмерительной аппаратуры»... С тех пор прошел век, но это высказывание верно и по сей день.

Капиллярный электрометр Липпмана

Рисунок 3. Капиллярный электрометр Липпмана — первый из приборов Эдриана. Рисунок из «Википедии».

Ученик Эдриана, будущий нобелевский лауреат Алан Ходжкин (статья о котором впереди), превозносил своего учителя, иронизируя: «Большинство людей, даже если они подбирают аппаратуру и смотрят вокруг, всё равно не совершают таких открытий, как Эдриан».

В результате кропотливейшей работы к 1922 году наш герой обнаружил, что нервы таки подчиняются принципу «всё или ничего». Сейчас этот принцип можно сформулировать так: мембрана клетки возбудимой ткани либо не отвечает на стимул совсем, либо отвечает с максимально возможной для нее на данный момент силой. То есть, если стимул слишком слаб, и порог не достигнут, потенциал действия не возникает совсем; в то же время пороговый стимул вызовет потенциал действия такой же амплитуды, как и стимул, превышающий пороговый.

Чуть позже, в 1925 году, Эдриан воспользовался ламповым усилителем, сконструированным другим будущим нобелевским лауреатом — Гербертом Гассером [2], — и переделал его под собственные нужды. Дело пошло еще лучше, и стало понятнее, что закон «всё или ничего» в применении к нервам несколько иной: амплитуда импульсов действительно сохраняется одинаковая, но с другой стороны — чем сильнее раздражитель, тем выше частота этих самых импульсов. Так обеспечивается градация интенсивности ощущений. «В связи с этим импульсация несет гораздо большую информацию, чем просто сигнал о том, что возбуждение произошло», — писал Эдриан.

Но самое главное, он сумел доказать присутствие электричества в самόй нервной клетке. Это получилось случайно, в 1928 году. Вот как вспоминает о моменте открытия сам автор:

«Я внедрил электроды в оптический нерв жабы, производя некоторые эксперименты с сетчаткой. В комнате была почти полная темнота, и меня озадачили повторяющиеся шумы, которые доносились из динамика, подключенного к усилителю. Они свидетельствовали об интенсивных потоках импульсов. Только связав эти шумы с собственным перемещением по комнате, я понял, что нахожусь в поле зрения глаза жабы, и он генерирует в нерве сигнал в ответ на мое движение».

А вот детальную «механику» распространения нервного импульса исследовал уже его ученик, упомянутый выше сэр Алан Ходжкин.

Изучая разные нервы, Эдриан постепенно создавал общую теорию чувствительности [3]. Именно он показал, что поступающие в мозг импульсы от света и импульсы от звука — одинаковые по своей физической природе, и только мозг определяет, что есть что. Затем Эдриан начал выстраивать карту «кортикального гомункулуса» — зон в соматосенсорной системе, которые отвечают за обработку той или иной информации, приходящей из разных органов чувств (рис. 4).

«Сенсорный гомункулус»

Рисунок 4. «Сенсорный гомункулус», показывающий, куда в мозге приходит информация от различных частей тела. Рисунки с сайтов difusionlibre.com и otvet.imgsmail.ru.

Чарльз Шеррингтон

Рисунок 5. Чарльз Шеррингтон (1857–1952). Выдающийся британский физиолог, сформулировавший основные принципы нейрофизиологии и подаривший миру термин «синапс». Рисунок с сайта wikiwand.com.

В своей речи на нобелевском банкете [9] Эдриан выступил как настоящий патриот Тринити-колледжа: подчеркнул гордость за то, что уже восемь выпускников его стали нобелевскими лауреатами, и честь быть девятым; даже на утечку мозгов пожаловался (что сейчас только два из восьми остались в колледже и четыре — в Кембридже)... Это внимание к своей альма-матер мы очень ярко увидим потом, в поздние годы жизни нашего героя.

Два десятка лет изучения нервных импульсов [4] привели к закономерному результату: вместе с Чарльзом Шеррингтоном (рис. 5) [5] Эдриан в 1932 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине. «За открытия, касающиеся функций нервных клеток», — так звучал вердикт Нобелевского комитета. В голосовании среди номинантов Эдриан и Шеррингтон «обошли» многих известных медиков и физиологов. Опять не получил свою заслуженную премию «охотник за микробами» Эмиль Ру (которому надо было бы дать ее еще в 1901, вместе с Эмилем Берингом [6]), в очередной раз «пролетел» номинировавшийся в общей сложности 77 (!) раз Альбер Кальметт, буква «Ц» в аббревиатуре вакцины от туберкулеза БЦЖ (бацилла Кальметта-Герена, Bacillus Calmette-Guérin), уже номинировались получившие премии позже нейробиолог Отто Леви [7] и генетик Томас Морган [8]...

Ко времени получения Нобелевской премии Эдриан уже переключился с периферических нервных волокон на попытки регистрации электрических сигналов от головного мозга человека. В итоге, работы Эдриана 30-х годов (ну, скажем так, работы и Эдриана тоже) привели к созданию важнейшего метода, и по сей день незаменимого в нейронауках — электроэнцефалографии (ЭЭГ). Могли бы и на вторую «нобелевку» разориться: после премии Эдриан прожил еще достаточно долго — целых 45 лет, а ведь получил он ее почти в 50! (Кстати, первую в истории электроэнцефалограмму получил на собаках еще в 1912 году житель Российской империи, киевлянин Владимир Владимирович Правдич-Неминский).

Заслуга же Эдриана состояла в том, что он был первым, кто подтвердил и усовершенствовал открытие Ганса Бергера (статья о котором тоже еще впереди), снявшего в 1924 году первую ЭЭГ человека (рис. 6) [10]. Бергер очень долго не мог добиться признания коллег — до тех пор, пока уже в статусе нобелевского лауреата, в 1934 году, Эдриан не повторил и подтвердил все основные результаты Бергера и «продвинул» его в научное сообщество. Он даже поспособствовал тому, чтобы альфа-ритмы получили название «волны Бергера» и первым (в 1940 году) номинировал его на Нобелевскую премию. Впрочем, уже год спустя Бергер покончил с собой, так и не вкусив радости научного признания...

Ганс Бергер

Рисунок 6. Ганс Бергер (а) и снятая им электроэнцефалограмма (б). Ганс Бергер (1873–1941) — немецкий физиолог и психиатр, директор Психиатрической клиники Йенского университета. Изучал паранойю и электрическую активность человеческого мозга в разных условиях и состояниях, открыл альфа-ритм. В молодости изменил планы стать астрономом после инцидента, пережитого во время прохождения воинской службы и заставившего его погрузиться в изучение возможности передачи мыслей на большие расстояния — изучение серьезное, научное, позволившее, правда, зафиксировать не «психическую энергию» мозга, а его реальную электрическую активность. По одним источникам, во времена Третьего рейха Бергер подвергался прессингу со стороны нацистов, по другим, наоборот, был членом СС и экспертом Суда наследственного здоровья (Erbgesundheitsgericht). Так или иначе, в состоянии затяжной депрессии Бергер расстался с жизнью, повесившись в собственной же клинике. Рисунок из «Википедии».

Эдриан в поздние годы

Рисунок 7. Эдриан в поздние годы. Рисунок с сайта biographera.net.

До 1950-х Эдриан изучал самые разные участки нервной системы, пытаясь понять ее целиком. Слуховую кору, мозжечок, соматосенсорную кору, вестибулярный аппарат, органы обоняния... Много экспериментов ставил на себе: рассказывают, что он как-то ввел себе в плечо иглу-электрод и в течение двух часов регистрировал активность собственных мышц.

Кстати, надо сказать, что, как истинный джентльмен, Эдриан уделял много внимания и физической форме, и «мужским» удовольствиям вообще. Он был прекрасным альпинистом, обожал гонять на автомобиле (ну прямо Джеймс Бонд), а когда в весьма почтенном возрасте стал ректором Кембриджа (рис. 7), самолично рулил лодкой. Алан Ходжкин вспоминал: «Когда Эдриан стал ректором, сотрудники Тринити-колледжа, занимающиеся греблей, обратились к нему с просьбой оказать им честь доставить его на лодке вверх по реке от Тринити-колледжа до университетского центра. Хотя Эдриану тогда было уже 78 лет, он согласился и, в официальном одеянии, сам сел к рулю и успешно провел лодку через множество мостов вверх по течению».

Давид Юм

Рисунок 8. Дэвид Юм (1711–1776). Шотландский философ, экономист, историк, деятель шотландского Просвещения, критик религии. Рисунок с сайта dic.academic.ru.

В 1955 году Эдриан доказал, что наука — истинно аристократическое занятие, кем бы ты ни родился. В тот год ее величество королева Елизавета II, уже тогда правившая Британией, даровала нашему герою титул барона Кембриджского. Нобелевский лауреат стал пэром Англии. Правда, баронство длилось всего сорок лет: Вторым бароном Эдрианом стал сын нашего героя, но поскольку внуков он Первому барону не оставил, дворянский род пресекся со смертью кембриджского профессора клеточной физиологии Ричарда Эдриана в 1995 году.

Процитируем одну из биографий нашего героя: «В качестве барона Эдриана Кембриджского, пэра Англии, он часто посещал палату лордов, выступая с речами на самые разные темы — от ящура до ядерного разоружения». Истинный барон — от «я» до «я»!

Прожить 88 лет, из них 55 лет — в хорошем браке (Эдриан был женат на Эстер Пинсент, среди предков которой значится великий философ Дэвид Юм (рис. 8)), иметь троих детей, достичь всех мыслимых и немыслимых вершин, стать недосягаемым примером для нескольких поколений ученых и даже продлить удивительную традицию для british neuroscientists...

Оказывается, практически все британские великие исследователи нейронов по пять лет занимали пост президента Королевского научного общества: сэр Чарльз Шеррингтон был 44-м президентом (1920–1925), сэр Генри Дейл — 48-м (1940–1945), Эдгар Дуглас Эдриан, Первый барон Эдриан — 50-м, сэр Алан Ходжкин, ученик Эдриана — 54-м (1970–1975), сэр Эндрю Филдинг Хаксли — 56-м (1980–1985).

Жизнь достойная восхищения и подражания. Именно такие они — настоящие британские ученые.

Первоначальный вариант статьи был опубликован на сайте Нейротехнологии.рф [11].

Литература

  1. Lucas K. (1909). The «all or none» contraction of the amphibian skeletal muscle fibre. J. Physiol. 38, 113–133;
  2. биомолекула: «Увидевший нервный ток. Герберт Гассер»;
  3. Adrian E.D. The basis of sensation. Christophers, 1928. — 122 p.;
  4. Adrian E.D. The mechanism of nervous action. University of Pennsylvania Press, 1932. — 103 p.;
  5. биомолекула: «Обратная сторона рефлекса»;
  6. биомолекула: «Первый „медицинский нобель“»;
  7. биомолекула: «Отто Лёви: от нерва к нерву»;
  8. биомолекула: «Повелитель мух»;
  9. Речь Э. Эдриана на нобелевском банкете. (1932). Сайт Нобелевского комитета;
  10. Berger H. (1929). Uber das Elektrenkephalogramm des Menschen (On the human electroencephalogram). Archiv f. Psychiatrie u. Nervenkrankheiten87, 527–570;
  11. Паевский А. «Эдгар Дуглас Эдриан: „всё или ничего“». Сайт Нейротехнологии.рф.

Автор: Паевский Алексей.

Число просмотров: 225.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Личность»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.