Читать онлайн Мы – электрические. Новая наука об электроме тела
- Автор: Салли Эди
- Жанр: Нейробиология
SALLY ADEE
WE ARE ELECTRIC
THE NEW SCIENCE OF OUR BODY’S ELECTROME
This edition is published by arrangement with Canongate Books Ltd, 14 High Street, Edinburgh EH1 1TE and The Van Lear Agency LLC.
Издание осуществлено при поддержке “Книжных проектов Дмитрия Зимина”
© Sally Adee, 2023
© Т. Мосолова, перевод на русский язык, 2025
© ООО “Издательство АСТ”, 2025
Издательство CORPUS®
Эта книга издана в рамках программы “Книжные проекты Дмитрия Зимина” и продолжает серию “Библиотека фонда “Династия””.
Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании “Вымпелком” (Beeline), фонда некоммерческих программ “Династия” и фонда “Московское время”.
Программа “Книжные проекты Дмитрия Зимина” объединяет три проекта, хорошо знакомых читательской аудитории: издание научно-популярных книг “Библиотека фонда “Династия””, издательское направление фонда “Московское время” и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы “Просветитель”.
Подробную информацию о “Книжных проектах Дмитрия Зимина” вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru
Вступление
Я снова находилась на контрольно-пропускном пункте. Обычное движение. Военные со скучающим видом перемещались среди гражданских лиц пешком, в запыленных машинах и видавших виды грузовиках, перевозящих скот и продукты.
И вдруг прямо напротив ворот взорвался “Хамви”[1].
Когда после вспышки глаза вновь обрели способность видеть, я заметила человека, со всех ног бегущего в мою сторону. На нем был начиненный взрывчаткой жилет. И я в него выстрелила.
Легкое движение слева выдало присутствие снайпера, который как раз поднимал оружие. Я выстрелила и в него тоже.
Несколько человек – семеро? – пытались пробиться через пропускной пункт, и все с автоматами. Я быстро оглядела группу, выбирая того, кто ближе всех, кого нужно было уничтожить первым.
Еще трое мужчин стремительно пересекли крышу невысокого строения напротив. Я их заметила. Тра-та-та-та.
И больше ничего, только тихий свист пустынного ветра. Но я еще выжидала, спокойно и настороженно, оглядывая линию горизонта.
Включился свет, и вошла инструктор.
– Что случилось? – спросила я.
– Ничего, – ответила она удивленно. – Вы закончили.
– В смысле? – Я не понимала. Я провела в симуляторе не более трех минут. – А можно еще?
– Нет, уже все.
– Скольких я подстрелила? – спросила я, отдавая винтовку и шлем, прерывая ток, который проходил через мой мозг.
Она пожала плечами: “Всех”.
Дело происходило в скучном офисном здании на юге Калифорнии, и поблизости не было никакой войны и никаких контрольно-пропускных пунктов. В руках я держала пневматическую модификацию карабина М4 для боя на близкой дистанции. Пули из такого бьют ощутимо, но не наносят никакого вреда. Люди, в которых я стреляла, были ненастоящими. Они были частью армейского симулятора военных действий.
Реальным во всем этом было только устройство для электрической стимуляции у меня на голове. Я захотела проверить, стану ли я лучше стрелять, если через мою голову пропустить ток силой несколько миллиампер от девятивольтовой батарейки. Исследователи предположили, что этот электрический ток перекалибрует другой ток, существующий у меня в мозге, – природные биоэлектрические сигналы, которые нервная система использует для коммуникации. Усиливая эти слабые природные электрические токи искусственным шоком, направленным на исполнительный отдел моего мозга, они надеялись привести мой разум в состояние повышенной готовности и концентрации, достаточное для превращения размякшего за письменным столом журналиста в готового к бою убийцу.
Тогда, в 2011 году, я была автором и редактором в издательстве New Scientist. Я мечтала об этой работе и недавно пересекла ради нее океан. До этого я писала о микрочипах и нейротехнологиях для американского журнала по инженерии под названием IEEE Spectrum; выбор этого рода занятий был для меня очевидным, если учитывать мое детство. Мой отец раньше был радиоинженером, и подвал нашего дома был забит всякими хитроумными приспособлениями: монтажными платами, проводами радужных цветов, припоем для пайки, и там же хранился почти полный набор выпусков научно-фантастического журнала Analog середины XX века. Я стала научным писателем отчасти именно по той причине, что хотела увидеть, как эти старые истории из жанра научной фантастики превращаются в реальную науку.
Это также объясняет, почему я была так заинтригована с того самого момента, когда впервые услышала о поразительном военном эксперименте со стимуляцией мозга. Я заметила, что в последние годы в научной печати стала появляться информация об этой технологии, названной транскраниальной стимуляцией постоянным электрическим током (transcranial direct current stimulation, tDCS). Среди многих других интересных результатов этот метод, судя по всему, позволяет справляться с устойчивой депрессией и улучшает математические способности. По мнению исследователей, которые меня “подключили”, электрический ток способен усиливать связи между нейронами моего мозга, способствуя их одновременному возбуждению. Естественная синхронизация является основой любого обучения, так что ускорение синхронизации под действием электрического поля теоретически должно повышать скорость обучения новым навыкам (в данном случае – моему превращению в Джеймса Бонда).
Когда я впервые услышала об этом странном новом применении электричества в 2009 году, эта тема сводилась лишь к непонятным медицинским исследованиям и секретным военным проектам. Теперь идея о подключении к голове электрического стимулятора уже не кажется такой дикой, как раньше; вполне можно себе представить, что кто-то в Силиконовой долине делает нечто подобное для достижения небольших ментальных преимуществ – наравне с интервальным голоданием или приемом микродоз псилоцибина.
Но дело тут не только в усилении мозговой активности с помощью электрических импульсов: существует много других способов использования электричества для излечения недугов тела и разума. Например, глубокая стимуляция мозга может быть последним средством для борьбы с болезнью Паркинсона: в ходе этой процедуры для сглаживания деструктивных симптомов заболевания в глубокие слои мозга вводят два электрода, по размеру и форме напоминающие сухие спагетти. В связи с фантастическим успехом этой процедуры ученые вовсю тестируют ее для избавления и от других недугов, включая эпилепсию, тревожные расстройства, обсессивно-компульсивное расстройство и ожирение. Кроме того, растет интерес к “электроцевтике”: имплантация электрических устройств размером с зернышко риса в нервные ткани тела, по-видимому, прерывает нервные сигналы и, как было показано в экспериментах на крысах и свиньях, останавливает развитие диабета, гипертензии и астмы. В 2016 году были получены невероятные первые результаты испытаний на человеке, в которых, судя по всему, удалось обратить развитие ревматоидного артрита, и это заставило компанию Alphabet, материнскую компанию Google, инвестировать 540 миллионов фунтов в международный фармацевтический проект, направленный на модуляцию электрических коммуникаций тела для борьбы с такими заболеваниями, как болезнь Крона и диабет[2].
По этой причине, едва узнав о возможности поработать подопытной крысой в проекте Министерства обороны США, я, конечно же, сразу за нее ухватилась и не разочаровалась: мой собственный опыт применения транскраниальной стимуляции постоянным током оказался поистине поворотным. Воздействие электрического поля на нейроны усилило мою способность концентрироваться и, в частности, более метко стрелять. Ощущения тоже были невероятные, как будто кто-то отключил все мешающие и отвлекающие мысли, которые прежде заполняли мой разум, словно фоновая музыка. Меня словно обратили в новую веру, и я загорелась желанием проповедовать силу электричества всем, кто готов был меня слушать.
Когда мой рассказ с описанием этого опыта был напечатан в журнале New Scientist, статья разлетелась по Сети с бешеной скоростью. Период был самый благоприятный: в начале 2010-х годов в Силиконовой долине расцветало “магическое мышление”[3], и люди мечтали достичь сверхпроизводительности в работе за счет употребления пищевых заменителей типа Soylent. Приверженцы идей трансгуманизма[4] отчаянно искали способы усовершенствования слабой плоти. Теперь электричество воспринималось в качестве одного из инструментов, способных помочь людям избавиться от извечных человеческих слабостей. Статья стала каркасом для форума “DIY[5] tDCS”, где нейроинженеры-любители предлагали схемы и оборудование, позволяющие любому желающему разогнать “мозговой процессор”. В прессе обсуждались все плюсы и минусы: продюсеры научного подкаста Radiolab заинтересовались возможностью достигнуть состояния дзен с помощью технологии tDCS. Писатель и антрополог Юваль Ной Харари рассказал обо мне в книге Homo Deus в качестве предостережения людям, пытающимся инженерным путем превратить себя в богов. Южнокорейские документалисты хотели, чтобы я порассуждала на камеру на тему того, можно ли изменить состояние человека с помощью нейростимуляции. Один журналист даже назвал меня “продавцом tDCS”.
Но я была вовсе не первым журналистом, рассказавшим о перспективах манипуляций с природным электричеством тела. С начала 2000-х годов в тысячах исследований, проведенных, в частности, в таких престижных учреждениях, как Оксфорд, Гарвард и Шарите, говорилось о возможностях применения метода tDCS для усиления разума. Небольшая доза электричества улучшала память, математические способности, внимание, концентрацию и креативность; метод показал хорошие результаты даже в борьбе с посттравматическим стрессовым расстройством и депрессией. Данные и громкие заголовки накапливались годами, но мой эксцентрический опыт выходил за рамки сухих клинических данных и попадал в категорию “со мной это произошло!”. Углядев потенциальную прибыль в интригующих лабораторных результатах и растущем интересе общественности, предприниматели быстро начали заниматься созданием собственных коммерческих версий опробованного мной шлема для усиления мозговой активности. Эти забавные устройства, которые обошлись бы вам в несколько сотен долларов, имели мало общего с прибором министерства обороны стоимостью 10 тысяч фунтов. Тем не менее вскоре ими начали пользоваться люди, желавшие каким-то образом улучшить свои умственные способности, в том числе профессиональные спортсмены. Перед каждым матчем игроки Golden State Warriors (команды столь победоносной, что ее обвиняют в том, что они “испортили баскетбол”) носят такие устройства на тренировках, чтобы настроить мозг на игру[6]. Олимпийская лыжная сборная США также использовала такие шлемы во время тренировок, за что была обвинена в “мозговом допинге”[7].
А потом пришла неизбежная волна негатива. Скептики начали задумываться о том, не слишком ли все это хорошо, чтобы быть правдой. Лекарство от депрессии? Улучшенная концентрация? Усиленная память? Повышение навыков счета? Вскоре волна новых данных начала перекрывать предыдущие радужные обещания. Чтобы доказать, что электрический ток tDCS не может оказывать влияние на нейроны, одна исследовательская группа провела электрическую стимуляцию трупа и пришла к заключению, что все предыдущие данные были псевдонаучной ерундой. Другие исследователи изучили данные сотен экспериментов с tDCS (провели так называемый метаанализ) и показали, что при усреднении всех эффектов результат получается нулевой.
На их стороне были исторические факты. Скептики вспоминали о двух столетиях жульничества с электричеством, когда шарлатаны заявляли, что их электрические пояса, кольца, ванны и другие изобретения излечивают буквально от всего, начиная от хронических недугов, таких как запоры и рак, и заканчивая проблемами в викторианском духе типа “потери мужской силы” или пристрастия к мастурбации. С точки зрения критиков, это доказывало, что люди, которые заявляют о пользе электрической стимуляции мозга сегодня, имеют на это не больше оснований, чем шарлатаны, торговавшие электрическими кольцами для пениса в 1870-е годы.
И в результате сложилось мнение о том, что tDCS, если и не является чистейшим жульничеством, то все равно относится к разряду подозрительных изобретений. Правда ли это? Неужели я стала очередной жертвой эффекта плацебо? Неужели поддалась на кремниевый блеск заново разогретого змеиного масла[8] двухсотлетней давности?
Я действительно задумалась об этом. Все еще находясь под впечатлением от первой “нирваны”, достигнутой в рамках моего опыта с tDCS, я стала анализировать изыскания в сфере мозговых развлечений, проходившие в других лабораториях. И обнаружила, что отделение экспериментальной психологии Оксфорда исследует возможность использования tDCS для усиления математических способностей. Поскольку я, увы, не блещу в этой области, это давало мне прекрасную возможность проверить, не был ли мой предыдущий опыт проявлением эффекта плацебо: это был повторный эксперимент для проверки применимости электрической стимуляции.
Я прибыла на место в ожидании чуда. Я уже видела свою руку, танцующую на грифельной доске и оставляющую на ней множество уравнений, как в фильмах “Умница Уилл Хантинг” или “Игры разума”. Я была возбуждена. Но когда я вышла из лаборатории после нескольких проведенных там мучительных часов, “озарение” отражалось только на моем ярко-красном лице, горевшем после нескольких часов публичного и крайне неудачного экзамена. Даже нелепый шлем с электродами не помог обнаружить мой скрытый математический талант. Может быть, это и в самом деле фигня?
Но если это и впрямь лишь шарлатанство, почему оно все равно помогает при таком широком спектре заболеваний? Ведь не могут ошибаться столько докторов? К этому времени я следила за ходом исследований на эту тему повсюду, и не только с использованием сравнительно безобидных слабеньких ударов током, как при tDCS. Стимуляторы, имплантированные в позвоночник, возвращают парализованным людям возможность ходить, стимуляторы, имплантированные в мозг, поднимают из постели людей с тяжелой формой депрессии, а стимуляторы в блуждающем нерве излечивают от ревматоидного артрита. Как же все это связано с электричеством? Какой механизм в этих ситуациях помогает восстанавливать тело? Я не могла избавиться от вопроса: какова связь между электричеством и биологией?
Но даже если эта технология работала, я не понимала, как она работала. И я решила это выяснить. Я провалилась в настоящую кроличью нору, и мне понадобился целый десяток лет на то, чтобы из нее выбраться. Последние десять лет моей жизни подпитывались электричеством этих вопросов и ответов, и теперь я хочу передать этот импульс вам.
Книга “Мы – электрические” рассказывает о природном электричестве, которое протекает через наши тела, и о том, каким головокружительным образом может измениться мир, если мы научимся им управлять. На нескольких сотнях следующих страниц я расскажу вам об этой субстанции, существующей во всех живых организмах и определяющей каждое их движение и намерение. Это природное электричество существовало до появления нервной системы и до появления человека; оно протекало через тела наших древнейших предков задолго до того, как первые мутировавшие рыбы вылезли на сушу. Это наше самое древнее свойство. Это одно из древнейших свойств жизни как таковой.
Мой краткий опыт профессиональной стрельбы – лишь один пример того, какие возможности и сложности возникают при манипуляции природным электричеством нашего тела. Мы – электрические существа на самом фундаментальном уровне, но вы будете поражены, когда узнаете, до какой степени мы электрифицированы. Это невероятно, но любое наше движение, чувство и мысль полностью контролируются электрическими сигналами. Это не электричество из батарейки и не то, которое позволяет включать свет или посудомоечную машину. Такое электричество создается потоком электронов – отрицательно заряженных частиц.
В человеческом теле протекает электричество другого рода – “биоэлектричество”. Его носителем являются не электроны, а главным образом положительно заряженные ионы, такие как ионы калия, натрия и кальция. С их помощью передаются все сигналы внутри мозга, а также – при участии нервной системы – между мозгом и органами тела, обеспечивая функции чувств, движения и познания. Это электричество обеспечивает нам способность думать, говорить и передвигаться, оно объясняет боль в колене при падении и заживление порезов на коже. Из-за него мы чувствуем кисловатый вкус мармеладных мишек и выпиваем стакан воды, чтобы избавиться от послевкусия, и благодаря ему же понимаем, что нам вообще хочется пить.
Электричество в розетке вырабатывается на электростанции. “Электростанцией” же для получения телесного электричества являемся мы сами. Каждая из 40 триллионов клеток человеческого тела служит маленькой батарейкой с маленьким напряжением: в состоянии покоя заряд внутри клетки в среднем примерно на 70 милливольт ниже, чем во внешней межклеточной среде. Для сохранения этого состояния клетка постоянно впускает и выпускает ионы через свою мембрану, поддерживая заряд –70 милливольт. Эти цифры кажутся очень маленькими и незаметными. Действительно, в нашей обыденной жизни разница потенциалов в 70 милливольт весьма незначительна; это примерно в тысячу раз меньше напряжения, которое требуется для питания слухового аппарата. Но на уровне нейронов все иначе. Когда по нервному волокну проходит импульс, в нейроне открываются ионные каналы, через которые незамедлительно входят и выходят миллионы ионов, перенося с собой свои заряды. Электрическое поле, возникающее при этом массированном переносе заряда, имеет силу порядка миллиона вольт на метр, что в масштабе сравнимо с разрядом молнии между двумя вашими разведенными в стороны руками. Вот что испытывают нейроны нашего тела на протяжении всей нашей жизни.
Биологи уже давно знают, что этот тип биоэлектрических сигналов отвечает за коммуникацию между мозгом и нервной системой: эту систему коммуникации можно сравнить с телефонными проводами, позволяющими “командному пункту” в мозге связываться с мышцами и управлять нашими конечностями.
Но биоэлектричество существует не только в головном мозге. За пару последних десятилетий стало ясно, что подобными сигналами пользуются все клетки тела, а не только те, которые управляют восприятием и движением.
Каждая клетка кожи тоже имеет собственный потенциал и совместно с соседними клетками создает электрическое поле. Заряд кожи можно даже измерить с помощью вольтметра: просто натяните кожу и соедините ее с электродами, и “кожная батарейка” зажжет лампочку. Такую же лампочку можно включить с помощью “батарейки” простаты или молочной железы. А когда электрическое поле нарушается в результате повреждения, это можно почувствовать. Вам знакомо покалывающее ощущение, возникающее, когда вы прикусываете язык или внутреннюю часть щеки? Это ток в месте ранения призывает на помощь окружающие ткани.
Наши кости тоже электрические. Наши зубы электрические. Наши органы электрические, и то же самое относится к покрывающей их эпителиальной ткани. И к клеткам крови. Каждая отдельная клетка – микроскопическая электростанция, создающая крохотный потенциал для передачи внутренних и внешних сигналов.
Раньше мы полагали, что клетки, не относящиеся к нервной системе, используют эти электрические сигналы в основном для решения таких “бытовых” задач, как выброс отходов и регуляция расхода энергии. Однако новые исследования ясно показывают, что их задачи намного шире. Мы с вами “электрифицированы” в гораздо большей степени, чем принято думать.
Недавно выяснилось, что по мере роста плода в утробе матери электрические сигналы формируют “маячки”, которые управляют формированием тела: две руки, две ноги, два уха, один нос. Если в матке эти сигналы нарушаются, все идет наперекосяк, и сейчас ученые работают над тем, чтобы научиться предотвращать врожденные физиологические дефекты путем настройки этой электрической схемы. Что справедливо для рождения, справедливо и для смерти: раковые клетки отличаются аномальным напряжением, и недавние исследования показали, что они используют электрические сигналы для передачи информации о своем окружении. Нарушение этих сигналов может предотвращать процесс метастазирования.
Природным электричеством обладают не только животные, такие же сигналы обнаружены во всех клетках – от водорослей до бактерии E. coli. Растения используют их для отправки сообщений в дальние точки организма, предупреждая о появлении врага и настраиваясь на оборону. Грибы общаются с помощью этих сигналов, когда их тонкие усики нащупывают источники пищи. Бактерии с их помощью принимают решения о создании устойчивых к антибиотикам сообществ. Даже организмы с неясной таксономической классификацией (мы относим их к категории “протистов”) используют электрические сигналы коммуникации.
Я рассказываю вам все это, чтобы вы поняли, что “биоэлектричество” – не просто метафора, не элегантное украшение скучной биохимической реальности. Вы и я – мы в буквальном смысле электрические. Электричество является основой любой жизни. Когда наши клеточные батарейки разряжаются, мы умираем.
Но что, если мы научимся пользоваться выключателем?
Если вам по-прежнему трудно все это понять (или все еще подозрителен мой энтузиазм), знайте, что вы не одиноки. История биоэлектричества отмечена (и в каком-то смысле определена) скептицизмом по отношению к исследователям – со стороны как физиков, так и биологов.
История знает много примеров того, как биологам приходилось вступать в борьбу, чтобы доказать электрическую природу биологических явлений. Сегодня запись электроэнцефалограммы мозга является обычным делом, и трудно представить себе, какие насмешки пришлось пережить изобретателю этого метода Хансу Бергеру, который покончил с собой в 1941 году и так и не увидел, как его детище изменило мир. Даже самые банальные электрические функции тела были признаны реальностью только после длительной и изнуряющей борьбы. В 1960-е годы Питер Митчелл потратил десять лет и немало личных средств на создание собственной лаборатории, чтобы убедить научное сообщество в том, что электричество играет ключевую роль в производстве энергии в клетках. Митчелл был одним из немногих ученых, которым удалось прожить достаточно долго, чтобы дождаться признания своих идей: в 1978 году он был удостоен Нобелевской премии по химии.
Быть может, этот скептицизм объясняется бесконечной борьбой, сопровождавшей обнаружение биоэлектричества. Вероятно, первым из споров по этому вопросу стоит считать открытие Луиджи Гальвани, который в конце XVIII века установил, что именно электричество позволяет двигаться нашим мышцам: наверное, вы слышали о его экспериментах с лягушками, но вы могли не знать, что дискуссия вокруг его открытия разожгла настоящую научную войну во всей Европе. История зарождения концепции биоэлектричества на самом глубоком уровне повлияла на отношение последующих поколений ученых к этой теме и в какой-то степени сформировала структуру науки. В результате научные знания об электрических основах жизни рассеяны по самым разным дисциплинам, и ученые многих специальностей, занимающиеся исследованиями биоэлектричества, считают бессмыслицей исследования на эту же тему, если они проводятся в других сферах науки.
Даже сегодня многие биологи, скорее всего, не знают всей истории биоэлектричества. Когда в 1995 году Мустафа Джамгоз из Имперского колледжа в Лондоне, занимавшийся исследованиями в области онкологии, впервые выдвинул теорию о роли электрических сигналов в развитии рака, коллеги открыто отвергли его идею. И даже сегодня, когда работа Джамгоза получает все более широкое признание, ему часто приходится заново объяснять свои результаты – и начинать с нуля, поскольку иногда одна и та же концепция очевидна для одного ученого, а для другого представляется научной фантастикой.
Эта ситуация отражает некоторую косность в структуре науки: биологи занимаются биологией, оставляя исследования электричества физикам и инженерам. Они даже говорят на разных языках. “Если вы учились на биолога, возможно, у вас был один семестр физики, а может быть, и нет, – комментирует биофизик и специалист в области рака Ричард Нуччителли. – И вы даже не касались электроинженерии”. Не говоря уже об информатике. Может показаться, что это очевидное и нормальное разделение труда, но в результате студенты-физики знают о Тесле и переменном токе, но не о биоэлектричестве в своих собственных телах, а студенты-биологи не знают ни о том, ни о другом. Эта негласная установка, согласно которой каждая область должна “оставаться в своих рамках”, тормозила развитие биологии и науки в целом на протяжении десятилетий. Теперь нам нужны новые рамки, чтобы поместить разные электрические параметры тела под одну крышу и изучать их совместно и согласованно.
Давайте назовем эти параметры электромом.
Идентификация генома и микробиома позволила возвести важнейшие ступени на пути к пониманию всей сложности биологии, и некоторые ученые полагают, что теперь пришло время дать определение электрома – электрических параметров и свойств клеток и образованных ими тканей, а также электрических сил, с которыми, как выясняется, связаны все аспекты жизнедеятельности. Подобно тому, как расшифровка генома позволила установить принципы кодирования в нашей ДНК такой информации, как цвет глаз, так, по мнению специалистов по биоэлектричеству, расшифровка электрома поможет выявить многоуровневые системы коммуникации в нашем теле и позволит нам их контролировать.
Эксперименты последних десяти или пятнадцати лет показали, что мы можем не только расшифровать этот код, но и научиться его переписывать. Исследователи ищут способы направленного воздействия на внутриклеточные электрические цепи, ответственные за все процессы жизнедеятельности – от заживления ран до регенерации и памяти. Например, когда здоровые клетки превращаются в раковые, их электрические сигналы очень сильно изменяются. А восстановление нормального электрического профиля заставляет их возвращаться к исходному состоянию и вновь становиться здоровыми клетками. Другие эксперименты показывают, что некоторые картины электрической активности мозга создают специфический сенсорный опыт, который может быть записан и переписан. Использование этой функции позволило бы создавать более продвинутые протезы, которые человек мог бы ощущать, как собственную кожу. Если клетки действительно передают какие-то сообщения с помощью электричества, расшифровка этого биоэлектрического кода может разрешить некоторые проблемы, которые не удается побороть с помощью уже испробованных генетических и химических методов. Мы как будто вскроем электрическую схему нашего тела и перепрограммируем ее по собственному желанию.
Подобные манипуляции с биоэлектричеством на самом фундаментальном уровне могут привести к невероятным результатам. Сможем ли мы достаточно хорошо интерпретировать эти коды, чтобы исправить нашу биологию в случае поломки? Некоторые специалисты в области биоэлектричества заявляют даже, что понимание логики этого “ПО”[9] позволит программировать наше тело и разум, как компьютер. Они рассматривают целый спектр возможностей: редактирование электрического кода человека для усиления интеллекта, перепрограммирование беспокойных личностей, восстановление ампутированных конечностей или полная перестройка шаблона тела. Если мы действительно электрические, должна существовать возможность программировать нас на клеточном уровне.
Но что произойдет, если мы будем использовать знания об электроме для усовершенствования наших способностей вместо того, чтобы избавляться от рака? Разработка технологии редактирования генома CRISPR вызвала волну беспокойства по поводу “дизайна детей”, и возможность редактировать электрический код приведет к аналогичным последствиям. В одном исследовании за счет манипуляций с электромом на коже лягушки были созданы функциональные глаза, в другом был выращен двухголовый червь[10]. Есть очевидная корреляция между электромом и формой тела – от червя до лягушки и человека, – так что нам нужно провести еще очень много исследований, прежде чем кто-то сможет вырастить себе третий глаз, чтобы поразить социальные сети.
Кроме того, в исследованиях биоэлектричества очень часто возникает опасность соскользнуть в сторону смутного, но ощутимого соблазна представить человека в качестве обладателя несовершенной телесной плоти, улучшить которую можно только с помощью добавления и замены “железа” и “программного обеспечения”. Как будто в один прекрасный день мы вверим наше сознание безупречным небесам кремниевых облачных сервисов. Где границы усовершенствования или изменения человека? Кто будет контролировать правила перестройки электрической схемы тела? А что, если военные министерства всех стран начнут тренировать своих солдат так же, как я тренировалась в Калифорнии?
Эта книга поможет понять суть биоэлектричества – в мозге и в нервной системе, где его роль известна уже давно, но также и в более неожиданном контексте, о котором мы узнаем только сейчас. Я расскажу, как искусственное электричество помогает понять работу биологического. Вы встретитесь с учеными, которые преодолевают рамки искусственной электростимуляции и переходят к созданию новых имплантируемых устройств, способных “разговаривать” с нашим телом на его родном языке, – от роботов на основе лягушачьих клеток до новых электронных имплантатов из хитина креветки. Если мы собираемся манипулировать человеческим телом, мы должны делать это как минимум на его собственных условиях, установившихся за миллионы лет эволюции, а не с помощью изобретенных нами шлемов. Мы вышли на новую ступень в исследованиях биоэлектричества. “В области биоэлектричества мы сейчас находимся на таком этапе, на котором была астрономия, когда Галилей изобрел телескоп”, – говорит Джамгоз, который занимается исследованиями рака и пытается заглянуть в область неизведанного. Если XIX век называли веком электричества, XXI век может войти в историю как век биоэлектричества.
Часть 1
Начала биоэлектричества
Помни: гибель героя – предлог для его бытия.
Гибель героя последним рождением станет.
Райнер Мария Рильке, “Элегия первая”[11]
Обычно трудно целиком воссоздать историю возникновения какой-то современной ситуации, исходя из сложной смеси культурных и хронологических фактов. Но противоречивое отношение к биоэлектричеству совершенно очевидно вызвано цепью причинно-следственных связей: это и жестокая битва, способствовавшая разграничению науки на составляющие ее современные дисциплины, и противостояние биологов и физиков в смертельной схватке, в конечном итоге определившей победителя за право приватизации электричества. Биологи проиграли, физики выиграли, и последствия сказывались на развитии науки на протяжении двух сотен лет. Этот раскол на глубочайшем уровне определил отношение следующих поколений ученых к роли электричества в биологии.
Глава 1
Искусственное и животное: Гальвани, Вольта и борьба за электричество
Алессандро Вольта был чрезвычайно удивлен. Он держал в руках только что напечатанную работу, автор которой утверждал, что разгадал древнейшую тайну: какое вещество протекает через тела всех живых существ и определяет любое их движение и намерение?
Ответ – электричество.
Вольта – сухощавый подвижный человек, любивший роскошные высокие воротники, с непослушной густой черной шевелюрой, беспрестанно атаковавшей лоб, – был готов проверить заявление автора. Чуть больше десяти лет назад, в 1779 году, он получил должность руководителя отдела экспериментальной физики в Университете Павии, после того как создал новый инструмент, являвшийся готовым источником статического электричества. Это изобретение было взято на вооружение многими учеными (и предвосхитило появление устройства, сохранившего имя Вольты для истории), но их негромких разрозненных аплодисментов Вольте было недостаточно. Он жаждал новых похвал. Он этого заслуживал. Он двигался вверх, посещал самые важные научные центры и создал влиятельную сеть протекции, состоявшую не только из ученых, но и из политиков и других представителей высших слоев итальянского общества. Он готов был провозгласить себя одним из мировых авторитетов в изучении противоречивого, нового, модного и загадочного явления электричества.
Электричество было (и остается) природной силой, загадки которой тогда только начинали интересовать научный мир. Никто толком не понимал суть этих невидимых токов. Небесное электричество било и иногда убивало людей; и все еще не был решен вопрос, не та же ли это сила, которая позволяет некоторым рыбам оглушать своих жертв. В то время электричество только-только выходило из разряда забавных фокусов и смехотворных измышлений (например, считалось, что мужчины с большим зарядом электричества производят искры при сексуальном контакте). Лишь незадолго до этого появились первые простейшие инструменты, позволившие перейти от диких предположений к серьезному научному исследованию и эксперименту. Изобретателей этих устройств в XVIII веке можно сравнить с современными рок-звездами. Среди них был и Вольта, снискавший репутацию восходящей звезды среди ученых, превращавших тайны электричества в эмпирические истины. Некоторые коллеги-физики называли его “Ньютоном электричества”[12]. И вот теперь автор статьи анатом Луиджи Гальвани заявлял, что обнаружил биологический вариант электричества.
Гальвани был нелюдимым мужланом из той части Италии, где лишь недавно появились инструменты, позволившие включиться в быстро развивавшиеся научные исследования. Рукопись этого набожного акушера была написана очень простым языком. И этот человек утверждал, что обладает высшими знаниями о предмете, в котором еще не разобрались величайшие умы в мире философии и науки!
Из рукописи было ясно, что Гальвани понимал размах своего заявления. “Мы не могли предположить, что судьба будет настолько благосклонна, что позволит нам быть первыми, кто коснулся электричества, спрятанного в нервах”, – писал он в предисловии с волнением и предчувствием[13]. На самом деле эти слова Гальвани стали впоследствии причиной многих его несчастий.
Почему же заявление Гальвани о том, что тело оживляется каким-то видом электричества, вызвало такое возмущение? Чтобы понять причину негодования Вольты, нужно знать, что в конце 1700-х годов биология чрезвычайно сильно отставала от физики.
Научная революция в Европе перевернула представление ученых о физическом мире, сбросив оковы признанных догм и заменив их проверяемыми законами и предиктивными уравнениями. Коперник и Галилей сместили нашу планету из центра мироздания в непримечательный уголок космоса. Кеплер открыл законы движения планет вокруг Солнца, занявшего теперь центральное положение. Благодаря этому Ньютон вывел закон гравитации и объяснил падение тел на Земле.
Но в биологии открытий такого масштаба[14] было очень мало. В науке о живых существах многообещающий век закончился тупиком. Физиологи с помощью микроскопов могли разглядывать миниатюрный мир бактерий, клеток крови и дрожжей. Анатомы составляли подробные карты нервов, протянутых до всех окончаний тела. Стало понятно, что эти нервы тесно связаны с нашей способностью двигать конечностями. Но каким образом? В конце 1700-х годов ученые по-прежнему почти ничего не знали о механизмах, позволяющих человеку ходить, говорить, сгибать пальцы рук и ног, чувствовать и расчесывать раздраженные участки кожи. Как нематериальная душа управляет движениями живой машины? Ни у кого не было и намека на ответ.
Сказать, что понимание этих явлений в XVII оставалось на уровне темных веков, значит не сказать ничего. Такое понимание сложилось гораздо раньше, еще во времена Клавдия Галена – блестящего и авторитетного римского врача и философа II века[15]. Теории Галена на следующие полторы тысячи лет определили суть философских рассуждений о том, что протекает по нашему телу и позволяет нам двигаться и мыслить.
Идеи Галена сформировались на основании столетних рассуждений в аристотелевском духе, которые он уточнял по мере вскрытия многочисленных трупов. Гален заключил, что нервы представляют собой полые трубки, переносящие волю человека с помощью нематериального вещества, названного pneuma psychikon (animal spirits, животный дух), заставляющего действовать мышцы и конечности. Слово “животный” в данном случае употреблено не в зоологическом смысле: anima – латинский перевод греческого слова psyche, означающего жизнеспособность. По мнению Галена, этот дух образуется в результате сложных серий превращений внутри тела: он начинается в печени, очищается в сердце, вступает в реакцию с воздухом при дыхании и, наконец, отправляется в соответствующий центр в мозге[16]. При необходимости совершить движение мозг выступает в роли гидравлического насоса, накачивая животный дух в полые нервы для распределения по всем движущимся и чувствующим частям тела. При продвижении от мозга к мышцам этот дух вызывает мышечное сокращение, а обратно переносит ощущения.
За исключением некоторых дополнительных барочных украшений эта догма в целом оставалась неизменной как минимум на протяжении последующих 1300 лет. Любой теоретический прогресс в данной области достигался за счет не экспериментальных наблюдений, а философских рассуждений. Например, в середине 1600-х годов автор идеи о дуализме души и тела Рене Декарт предположил, что животный дух по составу ближе не к “огненному воздуху”, а к жидкости, подобной воде, движущей механическое устройство. Врачи продвинулись ненамного дальше. Сицилийский физиолог и врач Альфонсо Борелли предположил, что животный дух – не жидкость, а скорее очень активный щелочной “сок” – он назвал его нервным соком (Succus nerveus) – и этот сок просачивается из нервов при малейших пертурбациях. При взаимодействии сока с кровью в мышцах происходит возбуждение окружающих тканей.
Все подобные объяснения упирались в одну и ту же проблему: вскоре после изобретения микроскопа в XVII веке стало совершенно ясно, что нервы не могут быть полыми. И это означало, что за движение конечностей не мог отвечать ни животный дух, ни нервный сок. Но хотя первые микроскопы были достаточно мощными, чтобы вытеснить идею о нервных трубках, их разрешения все еще не хватало для более точного определения структуры нервов. И в результате главный вопрос оставался без ответа: как можно переносить что-то по телу без помощи трубок? Постепенно этот вакуум стал заполняться новыми теориями.
Отсутствие доказательств открыло дорогу самым разным идеям – от весьма правдоподобных до самых невероятных. Исаак Ньютон выдвинул гипотезу о том, что сигналы от мозга передаются по нервам с помощью вибраций, подобных вибрациям гитарной струны. На другом краю спектра находилась гипотеза врача из терм в Бате Дэвида Киннейра (в расцвет популярности лечения на водах в Англии при термах работали врачи, которые прописывали пациентам индивидуальный режим питья и купания – естественно, за солидную плату). В 1738 году он выпустил трактат, в котором предположил, что животный дух перемещается с кровью, а лечебная вода помогает разблокировать сосуды, которые ее переносят[17].
Следует заметить, что до начала XIX столетия наука гораздо слабее разграничивалась дисциплинарными рамками. Тогда от людей, занимавшихся изучением природы, не требовалось соблюдения жестких границ конкретных дисциплин – в значительной степени по той причине, что этих дисциплин еще просто не существовало. Они появились позже. Вообще говоря, ученых еще даже не называли учеными. Люди, занимавшиеся изучением мира природы, называли свою деятельность натурфилософией или иногда экспериментальной философией. Типичным представителем такого архетипа был Александр фон Гумбольдт, который путешествовал по миру и занимался всем, что ему нравилось. Такие люди, как он и Гальвани, могли изучать любой предмет, завладевший их интересом, и это могли быть (и были) столь разные предметы, как структура кости, сравнительная анатомия или электричество.
Наименее четко была определена граница между физикой и науками о жизни. Пересечение этой границы было нормой. Попробуйте классифицировать людей, занимавшихся биологией в XVIII веке, и вы обнаружите среди них абсолютно всех – от радикальных теологов до врачей. Но одно было ясно: врачи (которым отводилась роль предписания практических снадобий) не пользовались большим уважением, что объяснялось растущим осознанием пробела между их ученым видом и реальной способностью избавлять от болезней.
Новая надежда
В начале XIX века люди знали о своих телах ненамного больше, чем за тысячу лет до этого. Тем временем научная революция способствовала все более углубленному изучению электричества.
Подобно животному духу, на протяжении столетий электрические явления тоже подвергались изучению, но при этом оставались необъяснимыми. Например, древние греки обнаружили странные камни, которые с помощью какой-то невидимой силы притягивали к себе металлы. Они также знали, что молния способна убить человека при попадании. Было известно, что электрический угорь поражает добычу сильным ударом. А еще был обнаружен янтарь – смола, в которую попадались насекомые и которая тоже имела странное свойство притягивать пылинки и пух подобно тому, как камни притягивали металл. Если сильно потереть янтарь, можно услышать треск и увидеть искру. Однако до XVII столетия никаких общих теорий для объяснения этих наблюдений не существовало.
Слово “электричество” возникло задолго до того, как мы узнали о роли этого явления в перечисленных выше процессах. В 1600 году этот термин предложил Уильям Гилберт, которого (с учетом моего предыдущего замечания о разграничении дисциплин) можно назвать одновременно и врачом, и физиком, и натурфилософом. Слово “электричество” образовано от древнегреческого слова elektron, означающего “янтарь”, что связано с уникальной и таинственной способностью янтаря вызывать искру.
Научная революция в значительной степени способствовала усовершенствованию методов исследования электрических явлений. В 1672 году Отто фон Герике изобрел первое устройство, позволившее ученым самим производить электричество: этот “электростатический генератор” представлял собой стеклянный шар, который накапливал небольшой электрический заряд после того, как его натирали шелковой тканью. Если потом дотронуться до шара, вас ударит током (отсюда, вообще говоря, и происходит термин “статическое электричество”: шар удерживал электричество на поверхности, оно никуда не двигалось – оно находилось в “статическом” состоянии). Электростатические генераторы позволяли накапливать электричество и производить более сильные разряды, чем янтарь, и люди впервые смогли выбирать, как, когда и куда направить эти разряды. Следом появились другие инструменты, и некоторые из них позволяли заряжать генератор с помощью ручки, так что не нужно было утомлять руки, натирая шар шелком. Более крупные стеклянные трубки создавали более мощные разряды. Удар от такого разряда был несильным, но достаточным, чтобы положить начало столетию искусства новых игр – от “поцелуя Венеры”, когда наэлектризованная женщина при поцелуе била джентльмена по губам электрическим током, до развлечения маленьких мальчиков, которые, как по волшебству, притягивали к себе кусочки бумаги и другие мелкие предметы.
Но все подобные генераторы имели одно и то же ограничение: при прикосновении к ним запас накопленного статического электричества высвобождался полностью и единовременно (то же самое происходит, когда вы беретесь за ручку двери и испытываете резкую боль от электрического разряда). Возможности запасать электричество для последующего использования еще не было.
Примерно через сто лет после изобретения первых электростатических генераторов несколько ученых независимым образом пришли к мысли о создании специальных емкостей, которые могли бы “откачивать” из генератора загадочное невидимое вещество и запасать его. Чтобы избежать решения щекотливого вопроса об авторстве открытия, новое изобретение назвали лейденской банкой, что негласным образом отдавало пальму первенства Питеру ван Мушенбруку, который проделал значительную часть работы в одноименном голландском городе. Ученые соревновались в том, кто сможет накопить в таких банках больше электричества, и из-за этого, как нетрудно догадаться, случались беды. Однажды, когда ван Мушенбрук заряжал лейденскую банку, та взорвалась в его руках, как перегруженный чемодан. Удар был настолько сильным, что частично парализованный физик провел в постели два дня.
По мере того как люди учились заряжать все более и более емкие сосуды, демонстрация лейденских банок становилась все более захватывающей. Например, толпу из двухсот монахов, соединенных между собой металлической проволокой, ударило током от одной лейденской банки. А еще появилась популярная шутка, в рамках которой специально изготовленный бокал для вина заряжали электричеством к большому удовольствию гостей на пикнике (и к меньшему удовольствию несчастной жертвы)[18]. Хотя представителям высшего общества эти эксперименты нравились, они считали электричество лишь новой игрой, и никто даже не предполагал, что эти фокусы могут принести пользу, пока в середине 1740-х годов шотландский циркач Доктор Спенсер не послал свой аппарат в филадельфийскую резиденцию молодого Бенджамина Франклина[19].
В заслугу Франклину часто ставят то, что он единолично превратил электричество из забавы в науку. И хотя реальная история была несколько сложнее, знаменитый опыт Франклина с воздушным змеем действительно положил начало процессу унификации, доказавшему, что разные электрические предметы и явления, включая молнию, янтарь и электростатические генераторы, являются лишь разными проявлениями действия одной и той же невидимой субстанции.
Знаменитый эрудит и политик Франклин относился к числу первых исследователей, пытавшихся создать общую теорию электричества, которая связала бы “природное электричество” (молнию) с субстанцией, производимой генератором и запасаемой в лейденской банке (“искусственное электричество”). Однажды во время грозы он привязал ключ к длинной бечевке, свисающей с воздушного змея. Если бы ему удалось зарядить лейденскую банку с помощью молнии, он бы доказал свою гипотезу. Это был чрезвычайно опасный эксперимент, но он сработал так гладко, что о нем все еще заставляют читать детей в школе. Вывод был однозначен: молния – это электричество.
Эксперимент Франклина имел последствия огромной важности и помог проложить путь новым знаниям, сформировавшим область науки, последователи которой стали называть себя электриками (тогда это слово имело гораздо более возвышенный оттенок, “электрики” XVIII века были сродни современным ракетостроителям). Кроме того, электричество стали воспринимать как невидимую жидкость, которую можно собрать в банку и которая может преодолевать большие расстояния и перемещаться по проводам – неважно, полым или нет.
Где еще было электричество? Люди начали задавать себе вопрос, не родственна ли эта “нематериальная жидкость” занимавшему умы общественности животному духу. В 1776 году эта идея нашла первое подтверждение благодаря экспериментам Джона Уолша с электрическими угрями.
Уолш был классическим натурфилософом: полковник, член палаты общин, состоятельный во всех отношениях человек. Он вращался в тех же кругах, что и Франклин, который тоже начал интересоваться электрическими рыбами. Когда были описаны электрические органы рыб, Франклин счел, что удар, который наносят эти существа, является еще одним проявлением электричества, и поэтому убедил Уолша “направить свою научную энергию” (читай: выделить часть своего огромного состояния) на проведение экспериментов, доказывающих реальность “рыбьего электричества”[20].
Для этого требовалось поместить электрическую рыбу в темную комнату и заставить произвести удар – в надежде, что при этом появится видимая вспышка. Это было бы прямым доказательством, “дымящимся пистолетом”. Невероятно, но, по-видимому, Уолшу это удалось. В нескольких исторических документах приводятся свидетельства людей, присутствовавших на демонстрации в 1776 году, которые подтверждают, что электрические угри и впрямь электрические. В газете British Evening Post писали о “ярких вспышках”.
Хотя данный эксперимент не является прямым доказательством связи между “рыбьим электричеством” и какими-либо процессами в человеческом организме, идея уже зародилась: возможно, нервы и мышцы тоже приводятся в действие какой-то формой электричества. Если угорь может производить искры, может быть, и мы создаем наши внутренние искры?
Именно так электричество настигло Луиджи Гальвани.
Человек, желавший узнать тайну Бога
Историкам немногое известно о семье Луиджи Гальвани и о его юности. Мы знаем, что он родился в 1737 году в папской Болонье, в благополучном и прогрессивном городе Италии. Как сообщает историк Марко Брезадола, Гальвани происходил из купеческой семьи; его отец Доменико Гальвани был золотых дел мастером, и к моменту появления на свет Луиджи у него была уже четвертая жена, Барбара, и дети начали появляться по второму кругу[21]. В семье Гальвани было достаточно денег, чтобы позволить нескольким детям получить университетское образование, которое стоило дорого. Заполучить ученого в купеческую семью означало повысить ее социальный статус и престиж, так что Доменико отправил детей учиться.
Поначалу Луиджи противился этому решению. Он был мечтательным ребенком, предпочитавшим домашнюю жизнь болонскому студенческому кутежу. Больше всего ему нравилось беседовать с монахами в монастыре вблизи Болоньи, в задачу которых входило посещение умирающих в последние часы жизни[22]. Гальвани восхищали мысли монахов, навещавших людей на грани между жизнью и смертью. От них он впитал ценности и идеи прогрессивного католического Просвещения, в том числе теории правящего папы о “всеобщем счастье”. Прогрессивный папа Бенедикт XIV уделял церемониям и роскоши меньше внимания, чем многие его предшественники, и пытался усилить набожность своих сограждан путем реального улучшения их жизни, что выражалось в реализации гражданских инженерных проектов, таких как строительство канализационных стоков, но также и в улучшении системы образования, включая снабжение университетов современными инструментами, в том числе электрическими[23]. Вера для него была проявлением милосердия, а не соревнованием в набожности.
Эта философия нравилась молодому Гальвани, и в ранней юности он попросился в монашеский орден. Однако семья убедила монахов отговорить его от этого шага, желая направить своего совершенно очевидно одаренного ребенка по пути с более широким кругом социальных возможностей. Так что в итоге Гальвани сдался и поступил в Университет Болоньи для изучения медицины и философии (он также изучал химию, физику и хирургию). Отец не ошибся относительно его способностей: Гальвани написал двадцать трактатов только о структуре, развитии и патологии костей. Получив докторскую степень, Гальвани начал изучать и преподавать анатомию в том же университете. По характеру он не был экстравертом, но стал популярным лектором[24]. Он был одним из первых профессоров, оживлявших лекции экспериментальными демонстрациями, и его энтузиазм оказался настолько заразительным, а объяснения настолько доходчивыми, что у него на занятиях часто собирались студенты из соседней академии искусств. В Университете Болоньи Гальвани быстро поднимался по академической лестнице и удостаивался почетных наград, а вскоре получил должность в Институте наук Болоньи – одном из первых современных экспериментальных институтов Европы.
Но Гальвани никогда не терял из виду дорогу, по которой так и не пошел; по всем свидетельствам, до конца дней он оставался истинным католиком. Не сумев посвятить свою жизнь Богу, уйдя в монастырь, он пытался сделать это в лаборатории. Он жил в соответствии со своими принципами, превратив работу в выражение веры. Кроме работы в университете, он стал практикующим врачом в местном госпитале и предпочитал оказывать помощь самым обездоленным, особенно женщинам. Акушерская деятельность подпитывала в нем глубокий и неизменный интерес к Творению. Больше всего ему хотелось понять научные основы того, как Бог смог разжечь в человеке искру жизни.
Гальвани оказался в идеальном месте и в идеальное время. Основанный в 1088 году Университет Болоньи был не только старейшим университетом Европы, но и самым прогрессивным и передовым. Например, там впервые в истории приняли на должность лектора по экспериментальной физике – женщину, Лауру Басси. Басси была чрезвычайно одаренной девушкой: она осваивала физику Ньютона в своей домашней лаборатории и установила контакт с электриками всего мира, включая Бенджамина Франклина и Джамбаттисту Беккариа, считавшихся ведущими теоретиками электричества той эпохи[25]. Эта связь означала, что университет находился в авангарде исследований важного нового явления. В отличие от некоторых современников, Гальвани никоим образом не был возмущен высоким положением женщины в университете и, вообще говоря, в науке в целом. Хотя никто в здравом уме и не повесил бы на него анахронистический ярлык феминиста, его все же раздражало мнение о том, что получать знания из уст женщины “смехотворно”. В частности, он невозмутимо сотрудничал со скульптором Анной Моранди и использовал изготовленные ею восковые анатомические модели на своих уроках анатомии[26], тогда как некоторых его коллег ужасала одна мысль о том, что женщина может их чему-то научить[27]. Эти предрассудки не волновали Гальвани, он часто посещал лекции Басси, и вскоре она и ее муж, профессор медицины Джузеппе Вератти, сделались его наставниками.
На пике своего влияния Джамбаттиста Беккариа послал им свой учебник, в котором он, подобно Франклину, начал выстраивать единую теорию электричества. Изучив потрясающую новую публикацию Джона Уолша с подробным изложением анатомии электрического угря, Беккариа стал тщательно прорабатывать идею о наличии природного электричества у животных. Басси и Вератти уговаривали своих учеников изучать влияние разряда лейденской банки на животных и предложили использовать лабораторию Басси для электрических опытов на сердцах, внутренностях и нервах лягушек.
В лаборатории Басси интерес Гальвани разгорался все больше и больше. В своих лекциях он сравнивал животный дух с электрической жидкостью. На одной лекции по анатомии, посвященной причинам смерти, Гальвани заявил, что они заключаются в исчезновении “самой благородной электрической жидкости, от которой, по-видимому, зависят движения, чувства, циркуляция крови и сама жизнь”[28].
Многие ученые уже начали склоняться к похожей интерпретации, однако они с осторожностью отнеслись к этому выводу, вызывавшему ненаучные ассоциации. Главная практическая проблема заключалась в отсутствии экспериментального метода для проверки этой гипотезы. Гальвани по-прежнему верил, что электричество (такое, как в молнии) может быть именно тем механизмом, с помощью которого Господь дает жизнь человеку и всем другим существам. И еще его волновало, что он может стать первым, кто откроет этот аспект Божьей милости.
В 1780 году он разработал программу изучения роли электричества в движении мышц и занялся строительством домашней лаборатории, что позволило бы ему уделять больше времени экспериментальной работе. В лаборатории была электростатическая машина, лейденская банка и другие новые версии электрических инструментов.
Вот тогда-то он и начал эксперименты с лягушками. Почему с лягушками? У лягушек очень легко найти нервы и легко наблюдать за сокращением мышц, которые продолжались вплоть до сорока четырех часов после того, как Гальвани расчленял их ужасающим способом в ходе препарирования. Все публикации Гальвани изобилуют жутковатыми изображениями экспериментов с земноводными. На одном рисунке представлена лягушка без головы, почти полностью лишенная передней части тела, но с тонкими нитями бедренных нервов, все еще соединяющих лапки с позвоночником[29]. На других изображены лягушки, разрезанные пополам ниже передних конечностей, без кожи и внутренностей. От них остались только лапки, соединенные куском позвоночника. Есть рисунок, на котором Гальвани и его помощники Джованни Альдини (его племянник) и Лючия (его жена) изображены в подвале лаборатории в окружении десятков таких освежеванных трупиков.
Этот весьма характерный способ препарирования лягушек (от которого Гальвани никогда не отходил) был позаимствован у Ладзаро Спалланцани – одного из ведущих натуралистов той эпохи, с которым Гальвани часто переписывался. Указания Спалланцани позволяли легко отделить причину от следствия. Если не оставалось ничего, кроме нерва, становилось понятно, что происходило при приложении электричества к нерву или мышцам.
Гальвани начал исследования с серии экспериментов, которые могли объяснить, почему электрический ток от искусственного источника вызывает мышечные сокращения. Было очевидно, что электрический разряд, приложенный к мышце, вызывает сокращение. Но каков механизм этого процесса? Для начала он просто повторил предыдущие эксперименты, прикладывая электрический контакт к разным частям тела лягушки. Электричество от генератора к конкретному участку тела он подводил с помощью проволоки и других металлических предметов, называемых арками, которые были присоединены к внешнему источнику электричества.
Обычно результаты соответствовали его ожиданиям, но в один прекрасный день вышло иначе. В тот день лягушка дернулась, хотя между ней и генератором не было никакого контакта. Гальвани дотронулся до оголенного бедренного нерва распластанной лягушки, а в это время в шести футах от него Лючия поднесла палец к генератору, от чего неожиданно возникла искра. И лягушка вздрогнула. Гальвани был поражен. Он не понимал, каким образом электричество могло быть передано мертвому животному при отсутствии привычного контакта между лягушкой и генератором электричества. Почему лягушка дернулась без воздействия электричества от какого-либо внешнего источника?
Ни одна из существующих гипотез не давала удовлетворительного объяснения, и с этого момента у Гальвани началось “воспаление”, как он позднее написал в рукописи[30]. Он начал маниакально повторять эксперимент в различных вариантах, используя все возможные источники “искусственного” электричества – лейденские банки, электростатические генераторы – и поочередно приближая к ним или удаляя от них тело лягушки. И каждый раз лягушка дергалась.
Пару раз Гальвани заходил в тупик. Поначалу он подумал, что в лаборатории есть какое-то атмосферное электричество, которое накапливается в теле лягушки, а потом разряжается при прикосновении. В 1786 году Гальвани решил поставить новый эксперимент и попытаться получить такой же результат с другими источниками электричества. Он повторил в несколько менее приглядном виде эксперимент Франклина с молнией, которым в итоге и определил мнение о себе среди широкой публики. Гальвани прицепил освежеванных лягушек крючками к металлическим перилам на террасе, так что их мышцы подсоединялись к длинной металлической проволоке, направленной в небо, где в это время собрались грозовые облака и раздавались раскаты грома. Отдаленная молния оказала на лягушек, висящих на металлических перилах, такое же действие, как и искусственный разряд: их лапки задергались в канкане смерти (еще несколько десятилетий после этого эксперимента Гальвани называли “мастером лягушачьих танцев”).
Гальвани решил, что надлежит повторить тот же эксперимент при свете дня. Но и в солнечный день лягушачьи лапки периодически повторяли свой танец. Гальвани смотрел на небо и не находил никаких признаков “штормового атмосферного электричества”. Тогда он стал тщательно рассматривать лягушек. Понаблюдав некоторое время за их подергиваниями, он начал понимать, что те совпадали не с погодными явлениями, а скорее с движениями латунных крючков, бьющихся о металлические перила. Он подошел к лягушке и надавил на крючок, за который она была подвешена к перилам. Лягушачья лапка сократилась. Он отпустил крючок, и лапка расслабилась. Он надавливал вновь и вновь, и каждый раз, когда он этот делал, лягушачья лапка реагировала, как по команде.
Тот факт, что лапка дергалась при любой манипуляции с крючком, указывал, что что-то есть внутри самой лягушки, возможно, какая-то “внутренняя молния”. Или собственная “лейденская банка”, как Гальвани предположил позднее. И это все меняло.
Тогда Гальвани притащил лягушек в лабораторию, теперь чтобы избежать малейшего влияния отдаленной молнии, поскольку считал, что это возбуждает нервы лягушек, как отдаленная искра в его предыдущих экспериментах. Он положил одну лягушку, все еще насаженную на крючок, на металлическую пластинку вдали от всех электрических устройств. Лапка дернулась. Можете представить себе, в каком возбуждении и напряжении Гальвани описывал этот эксперимент. Не было никакого внешнего источника электричества – он их все убрал. И это могло означать только одно: это доказывало, что электрический импульс исходил из самого животного. Или, как написал Гальвани, от механизма, позволявшего телу действовать “по указанию души”. В первый раз в этом документе, после страниц с описанием многочисленных экспериментов, он осмелился использовать выражение “животное электричество”[31].
Но он опубликовал свои результаты не сразу. Ученый, католический монах и биограф Гальвани брат Потамиан объясняет это силой характера Гальвани: “У него не было такого жгучего желания известности, которое заставляет людей меньшего масштаба кидаться публиковать свои зародышевые идеи в тот момент, как только они получают первые свидетельства новой истины”[32]. Прошло еще примерно пять лет, прежде чем он убедил сам себя в том, что другого объяснения этому явлению быть не может. В январе 1792 года Гальвани опубликовал свои результаты на пятидесяти трех страницах письма, озаглавленного “De viribus electricitatis in motu musculari” (“Трактат о силах электричества при мышечном движении”). Труд был опубликован на латыни в официальном издании Института наук Болоньи Commentarii и предназначался лишь для небольшого круга читателей. И все же статья распространилась со скоростью лесного пожара. Историки полагают, что Алессандро Вольта раздобыл одну из первых копий[33], и это объясняет быстроту его реакции.
Амбициозный электрик
Обстоятельства жизни Алессандро Вольты в некоторой степени напоминали обстоятельства жизни Гальвани. Он вырос на берегу одноименного озера в небольшом городке Комо в Ломбардии и происходил из семьи мелкопоместных дворян. Он жил на доходы от своего имения, а также вместе с братьями унаследовал еще немного средств от богатого родственника. Семья владела несколькими домами в Комо и Милане[34]. Вольта мог просто пользоваться этими деньгами и удовлетворять свое любопытство натурфилософа, как было модно в то время, но его раздражала перспектива тихого провинциального комфорта. Формально он был католиком, но больше всего желал проникнуть в круг натурфилософов, которых считал авангардом новой эры просвещения. “Новая эпоха взрывает “слепое суеверие” и людской бред старых времен” – такой помпезный дифирамб науке он записал в шестнадцать лет[35]. Вполне в соответствии с общим пренебрежительным отношением к теоретической физиологии (со всеми этими “животными духами” и “нервными соками”) в качестве “полезной науки” Вольта избрал физические науки с проверяемыми гипотезами.
В частности, зарождающаяся наука об электричестве казалась ему проявлением триумфа Разума над суеверием. Например, по его мнению, доказательство Франклином того, что молния имеет электрическую природу, а не является “элементом огня”, как гласили древние поверья, подтверждало очевидное превосходство понимания мира современных ему натурфилософов. Вольта мечтал примкнуть к их числу, но не просто в качестве образованного человека. Он жаждал называться электриком.
Он жадно поглощал все, что писали авторитеты в области электричества: Франклин, Мушенбрук и Джамбаттиста Беккариа, которые вместе с Басси распространяли в Европе идеи Франклина. Вольта избрал необычный путь, чтобы примкнуть к кругу знаменитостей: он начал им писать. Причем часто. В то время обращение к таким выдающимся фигурам без связей или протекции считалось довольно большой наглостью. Вольте было всего восемнадцать лет, но он комментировал зарождающуюся теорию электричества так, как будто был профессором, вступавшим в диалог с равными себе. В конечном итоге он отправил свое многословное сочинение Беккариа.
Беккариа не отвечал целый год, а когда наконец ответил, его послание содержало в себе оттиск его собственной новой статьи, в которой он излагал свою