Импульсы нервной системы

Демидов, "Как мы видим то, что видим", 1979

---

...современное телевидение на такое не способно.
Оно очень неэкономично использует канал связи.
Иное дело — зрительная система. Она прежде всего
очищает картинку от ненужной избыточности
информации. Первые намеки на это обнаружил в 1932 г.
американский физиолог X. Хартлайн, впоследствии
Нобелевский лауреат. Он исследовал сетчатку лягушки и с
удивлением увидел, что каждое волоконце в ее
зрительном нерве представляет собой как бы телеграфную
линию, по которой передаются сигналы не от одного
фоторецептора, а от многих сразу. Уже одно это было
непонятно: зачем природе устраивать такую смесь?
Некоторые «линии связи» передавали сигналы, когда на
подключенные к ним рецепторы падали лучи света,
другие же линии —наоборот, «телеграфировали» лишь
тогда, когда освещение сменялось тьмой. Первую
ассоциацию рецепторов Хартлайн назвал «он» («включено»
по английски), вторую — «офф» («выключено»). Эти
термины в наши дни стали общепринятыми.
Сигналы нервных клеток, прошедшие через
усилитель, напоминают дробь на барабане. Такими вы
услышите их в любой лаборатории, где исследуют работу
нейронов и записывают их сигналы на магнитофон.
Клетки «переговариваются» между собой наиболее
устойчивым против помех способом — импульсами,
которые хороши еще и тем, что равно пригодны для
передачи информации от любых рецепторов:
светочувствительных, обонятельных, воспринимающих
звуковые колебания и так далее.
Природа не сразу нашла самый выгодный способ
межклеточной связи. У моллюсков и других низших
животных информация передается очень примитивно:
изменением амплитуды электрических сигналов.
Понятно, что любая помеха, складываясь или вычитаясь
с таким полезным сигналом, способна исказить его, —
четкости работы «исполнительных механизмов» тут не
жди. У высших животных по нервам идут «пачки» им
пульсов. Амплитуда импульсов внутри «пачки»
постоянна, а меняется только их количество. Оно зависит,
скажем, от степени раздражения данной рецепторной
клетки. Иными словами, рецептор преобразует внешние
воздействия в числа.
А уж с числами можно дальше делать что угодно:
складывать и вычитать хотя бы. Клетки способны не
только преобразовывать воздействия в числа, но и
логарифмировать при этом: число импульсов в «пачке»
пропорционально, например, логарифму освещенности.
После такой алгебраической операции клетки могут
(по крайней мере в принципе) входные воздействия
умножать, делить, возводить в степень и извлекать из
них корни, с логарифмами все это делать проще
простого. Так что параллель между мозгом и ЭВМ не лишена
оснований, хотя, как и всякое сравнение, аналогия эта
ори некорректном обращении сильно хромает.
Как же нейроны, к которым приходят сигналы от
рецепторов, занимаются математикой? Для этого у
каждой клетки, как и у любого активного элемента
вычислительной машины, есть входы (туда поступают
сигналы) и один выход, откуда импульсы отправляются
к другим нейронам. Входов—дендритов—обычно
много, а выход — аксон —один. Чтобы передать
сигнал нескольким клеткам, он разветвляется. Дендриты
нейрона не равнозначны по своим ролям. Одни
способствуют возбуждению, как бы швыряя гирьку на чашку
весов, другие тормозят активность клетки. Ученые так
и называют вклад каждого дендрита в возбуждение —
«вес».
Пока алгебраическая сумма сигналов на всех
входах не превысила определенного уровня, нет импульсов
и на выходе (строго говоря, это не совсем так: у многих
нейронов существует «фоновая активность», то есть они
без всякого входного возбуждения периодически
посылают выходные импульсы по аксону, —не то
проверяя, в порядке ли линия, не то «не давая спать»
принимающей информацию клетке; но для простоты
пренебрежем этой особенностью). А как только совместное
действие входных сигналов превзошло некий порог,
нейрон «выстреливает» пачку импульсов или
совершенно прекращает фоновую активность. Будут входные
сигналы поступать непрерывно—наш нейрон непре
рывно будет или «телеграфировать» или молчать, как
уж ему положено «по чину».
«Он» и «офф» ассоциации —поля, как принято их
называть, —образуются потому, что фоторецепторы
через промежуточные слои сетчатки подключены к
ганглиозным клеткам. К каждой клетке—несколько
десятков, а то и сотен рецепторов. От ганглиозной
клетки идет в мозг волокно зрительного нерва.
Промежуточные же слои выполняют сложную математическую
обработку сигналов, полученных от
светочувствительных клеток. Так что в мозг передается прямо
результат, вернее, много результатов.

---

Чёт всплыли в памяти слова "демиелинизация аксонов".

Тоже похоже на твой случай, но в таком разе причины, предшествовавшие изменениям, тем более важны...