Возможность фокусирования ультразвука в небольшой по размерам (фокальной) области создала условия для локального воздействия на определенные глубокие участки организма без каких-либо существенных влияний на окружающие ткани. В исследованиях отечественных авторов были предприняты и увенчались успехом систематические поиски структур, чувствительных к раздражающему действию фокусированного ультразвука.
Впервые именно в нашей стране сформировалось новое направление в изучении физиологии сенсорных систем, ставящее своей целью выяснение возможности использовать фокусированный ультразвук для введения информации по различным сенсорным каналам. О работах в этом направлении, о попытках прикоснуться к невидимому и услышать неслышимый ультразвук, о трудностях, с которыми встречаются исследователи на этом пути, и о перспективах ультразвукового способа воздействия на органы чувств и мозг рассказывается в предлагаемой вниманию читателей книге.
Глава 1. Органы чувств и ощущения
Прямой контакт организма с внешним миром обеспечивается поверхностными (кожными) структурами. Осязание, температурное и химическое чувства являются первоначальными, наиболее древними чувствами. У высокоорганизованных животных контактная чувствительность также имеет огромное значение: без восприятия границы между Я и не-Я, между организмом и его окружением не может быть ощущения «самого себя». Граница эта не психологическая, а физиологическая, определяемая нервным аппаратом — жизненно важными поверхностными структурами кожи — этой первой «зоны раздела» между организмом и окружающим миром. Деятельность интероцепторов (т. е. рецепторов, расположенных во внутренних органах и тканях) как осознанная (например, ощущение напряжения мышц, движения в суставе, степени наполнения желудка и т. д.), так и неосознанная (например, деятельность мышечных рецепторов, обеспечивающих контроль движений) является также необходимой предпосылкой и частью комплекса ощущений, лежащих в основе адекватного отражения внешнего мира.
Опосредованный контакт с внешним миром обеспечивается дистантными органами чувств. Например, зрительная система воспринимает свет, представляющий собой электромагнитные волны с определенными периодическими свойствами, длинами волн. Слуховая система воспринимает звук — колебания частиц среды, чередование сгущений и разрежений. На основе слухового восприятия колебаний среды можно сделать вывод и о свойствах источника этих колебаний, о свойствах среды.
Мы знаем, однако, что частоты колебаний ниже и выше воспринимаемых ухом человека (инфра- и ультразвуки) также оказывают заметное влияние на ряд показателей деятельности животных и человека. Например, низкочастотные звуки большой интенсивности оцениваются человеком как прикосновение. С этой точки зрения подобные звуки являются воспринимаемыми. Известно, что многие животные слышат эти неслышимые человеком звуки и даже используют их для ориентации в пространстве. Известно также, что волны, находящиеся за пределами возможностей зрительного восприятия человека, в ультрафиолетовой части спектра, влияют на зрение рептилий и некоторых насекомых, а у человека вызывают четкие кожные реакции и изменение общего состояния организма. Недоступные зрению инфракрасные лучи являются мощным тепловым раздражителем кожных покровов.
Что же кроется в этом «безмолвии» неслышимых звуков и во «тьме» невидимых лучей? Как коснуться невидимого и услышать неслышимое? Можно ли использовать каким-либо образом в качестве раздражителей органов чувств те физические свойства внешнего мира, которые находятся за пределами уже известных возможностей восприятия их человеком или животным? Чтобы попытаться ответить на эти вопросы, необходимо в первую очередь рассмотреть некоторые данные о структурах, системах и процессах, обеспечивающих восприятие внешних раздражителей различного качества.
Информация и раздражители
Какими бы ни были механизмы и процессы, лежащие в основе восприятия и реализации различных форм поведения, они обусловлены прежде всего информационной структурой внешнего мира. И хотя большинство организмов воспринимают лишь малую часть информации, которая определяется физическими свойствами внешней среды, этого оказывается достаточным для формирования адаптивного поведения.
Между организмом и средой существует «зона раздела». Именно в этой зоне физические процессы, связанные с предметами, явлениями и событиями внешнего мира, превращаются в содержание той информации, которой оперирует организм. В качестве «зоны раздела» между источниками информации и организмом можно рассматривать не только поверхностные нервные структуры, воспринимающие раздражители, но и все «вспомогательные» структуры, преобразующие различные формы сигналов в тот вид, которым владеет организм на основе врожденных качеств или овладевает на протяжении жизни в процессе обучения. Итак, первые «зоны раздела» — это системы, преобразующие разные формы воздействия в так называемый нервный код. Код содержит информацию, которая, будучи преобразованной в воспринимающих структурах — органах чувств — и переданной в мозг, используется организмом для оценки качества внешнего мира и обусловливает основные качества биологического отражения (рис. 1).
Рис. 1. Информация о действующих сигналах и свойствах биологической воспринимающей системы.
Получаемая нервной системой информация, представленная уже в виде нервного кода, должна пройти следующую «зону раздела», где после формирования ощущения код превращается в «образ», и только тогда процесс воздействия на организм переходит в процесс восприятия воздействия. Именно процесс осознания, или интерпретации сенсорного сообщения, является той вехой, которая отделяет сенсорные процессы от перцептивных. Наконец, третья «зона раздела» — это переход от восприятия к ответу, к действию, которое предваряется принятием решения на основе наследованно закрепленных программ и обучения. Реакция организма может быть активной — реализуемой в движении, и пассивной — в бездействии, отсутствии видимого наблюдателем ответа. И в том и в другом случае — это ответ организма на воздействия, на поступившую, преобразованную и воспринятую информацию (рис. 1).
Биолог-экспериментатор, исследующий деятельность органов чувств, этих «входных ворот информации», содержащих несколько «зон раздела», сталкивается со множеством сложных, спорных, а подчас и неразрешенных вопросов. Условия здесь диктует природа, поскольку любая биологическая организация — это система, заданная длительной эволюцией, система многокомпонентная, саморегулирующаяся, единая и вместе с тем постоянно взаимодействующая со множеством других систем. Несомненно, что аналитический подход к изучению биологических систем, подход, широко использующий методы точных наук, является необходимым и первым шагом на пути раскрытия закономерностей деятельности системы как единого целого. Именно аналитическими методами, с использованием достижений физики, химии и других наук, изучены многие фундаментальные вопросы физиологии сенсорных систем. Очевидно также, что аналитический подход, столь плодотворно использующийся на протяжении последних 100 лет в экспериментальной физиологии и далеко не исчерпавший себя, должен дополняться системными изучениями организма как единого целого, с учетом деятельности его составных частей в их взаимодействии и взаимообусловленности.
В последнем случае, однако, возникают особо сложные в методологическом отношении проблемы. Известно, например, что значительная часть информации, получаемой организмом, не реализуется в виде конкретного образа, и более того, вообще не доходит до сферы сознания. Это не значит, однако, что организм не отвечает на данный раздражитель и, соответственно, на передаваемую сенсорной системе информацию. Отсутствие ощущения, двигательной реакции или речевого ответа отнюдь не означает полного отсутствия восприятия данного раздражителя. Используя психофизиологический эксперимент, направленный на изучение соотношения и соответствия раздражителя, ощущения и реакции, исследователь одновременно может применять методы оценки непроизвольных физиологических показателей, проводить параллели или корреляции между стимулами и реакциями, а также учитывать промежуточные этапы, которые в терминах нейрофизиологии описываются как процессы передачи и переработки информации в нервной системе животных. Особое значение приобретает использование идентичных стимулов в исследованиях реакций животных и человека, равно как и применения количественно сравнимых измерений стимулов и реакций. Системный подход к изучению сенсорных процессов, не расчленяющий целостный акт восприятия на процессы чисто сенсорные и прецептивные, является важнейшей задачей будущих исследований, хотя первые шаги в этом направлении делаются уже в настоящее время.
