Нейроперсоналии. Сэр Дуглас Эдриан: всё или ничего

Наш нынешний герой 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 одному из главных методов нейронаук, электроэнцефалографии и получил за заслуги баронский титул. Итак, встречайте: сэр Эдгар Дуглас Эдриан.

Родился 30 ноября 1889 года, Лондон, Великобритания.
Умер 4 августа 1977 года, Лондон. Великобритания.
Нобелевская премия по физиологии или медицине 1932 года (совместно с Чарльзом Шеррингтоном). Формулировка Нобелевского комитета: «за открытия, касающиеся функций нервных клеток».


Наш 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, быть Джеймсом Бондом в академических кругах, суметь ввести в науку современную технику и пользоваться ею, в общем, прожить по изученному им самим принципу «всё или ничего». Итак, встречайте: 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, урождённой Бартон, родился второй ребёнок. Семья была вполне обеспеченной: официальная биография Эдриана пишет о его отце как «юристконсульт», но надо понимать, что он был консультантом Муниципального совета, надзорного органа при британском правительстве, созданного в 1871 году.

И школу Эдгар заканчивал не абы какую, а саму Вестминстерскую школу, о которой известно, что здесь школа работала с 1179 года как минимум. И вуз по окончании Вестминстера в 1908 был выбран тоже не абы какой – Тринити Колледж в Кембридже. Его оканчивали Ньютон, Байрон, Френсис Бэкон, Бор и Резерфорд, Эддингтон…

В Тринити-колледже Эдриан попал к выдающемуся физиологу (и одному из пионеров британской авиации) Киту Лукасу. Лукас был всего на 4 года старше Эдриана, но ко времени их встречи уже автором многих статей по физиологии нервов и мышц, а также одним из пионеров применения навигационных приборов в авиации. В физиологии же он был известен термином «всё или ничего».

Кит Лукас




Давайте сделаем небольшое отступление в 1871 год, еще до рождения и Эдриана, и Лукаса. Американский физиолог Генри Боудич (1840-1911), только-только ставший доцентом в Гарварде, открыл тот факт, что при попытке возбудить сердечную мышцу, до определенного момента (порога) сердце не отвечает на раздражитель, а затем отвечает максимально.

Генри Пикеринг Боудич




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 8 лет – до трагической гибели наставника Эдриана во время столкновения двух аэропланов, которая произошла 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». Сигналы от них были очень слабые, достоверно было известно, что нервы генерируют электрический сигнал – но импульсы очень короткие (тысячные доли секунды), и очень слабые (микровольты). Техники, которая могла регистрировать их – не было.

А тут еще война прервала работы — Эдриан еще до войны 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 изучая их… 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, и на то, чтобы продолжать искать. Он решил найти способ усилить сигнал, используя для усиления 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»… Прошёл век, а ничего не изменилось…

Капиллярный электрометр Липпмана – первый из приборов Эдриана


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 кропотливейших работ 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 неё 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». Впрочем, тогда еще механизмы передачи сигнала в нервных клетка

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

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

«Я внедрил электроды в оптический нерв жабы в связи с некоторыми экспериментами с сетчаткой. В комнате была почти полная темнота, и меня озадачили повторяющиеся шумы, которые доносились из динамика, подключённого 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, сэр Алан Ходжкин, тоже добившийся Нобелевской премии.

Изучая разные нервы, Эдриан постепенно создавал общую теорию чувствительности [3]. Именно он показал, что поступающие в мозг импульс от света и импульсы от звука – одинаковые по своей физической природе, и только мозг определяет, что есть что, а затем начал выстраивать карту «кортикального гомункулуса» — различных зон в соматосенсорной системе, отвечающих за обработку той или иной информации, приходящей из различных органов чувств.

«Сенсорный» гомункулус, показывающий, куда в мозг приходит информация от различных частей тела.


 


Чарлз Шеррингтон


Два десятка лет изучения нервных импульсов [4] привели к закономерному результату: вместе с Чарльзом Шеррингтоном [5] 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 её еще в 1901 году вместе с Эмилем Берингом), в очередной раз «пролетел» номинировавшийся в общей сложности 77 (!) раз Альбер Кальметт, буква «Ц» в аббревиатуре БЦЖ (бацилла Кальметта-Геретта, вакцина от туберулёза), уже номинировались получившие премии позже нейробиолог Отто Лёви и генетик Томас Морган

В своей речи на Нобелевском банкете [6] Эдриан выступил как настоящий патриот своего Тринити-колледжа: подчеркнул гордость за то, что уже восемь выпускников его стали нобелевскими лауреатами, 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.

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. Могли бы и на вторую «нобелевку» разориться, кстати: после премии Эдриан прожил еще достаточно долго – целых 45 лет, а ведь получил он премию почти в 50! (Тем более, первую электроэнцефалограмму в истории на собаках получил еще в 1912 году вообще житель Российской империи, киевлянин Владимир Владимирович Правдич-Неминский).

Ганс Бергер


ЭЭГ, снятое Бергером


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. Бергер очень долго не мог пробиться к признанию научного сообщества, до тех пор, как уже в статусе нобелевского лауреата, в 1934 году повторил и подтвердил все основные результаты Бергера и «продвинул» его в научное сообщество. Он даже поспособствовал тому, чтобы альфа-ритмы получили название «волн Бергера» и первым (в 1940 году), номинировал его на Нобелевскую премию (впрочем, в 1941 году Бергер покончил с собой, так и не увидев премии, не присуждавшейся в 1940-42 годах)…

До 1950-х Эдриан изучал самые различные участки нервной системы, пытаясь понять ее целиком. Слуховую кору, мозжечок, соматосенсорную кору, систему вестибулярного аппарата, органы обоняния… Много экспериментов ставил на себе: рассказывают, что он как-то ввел себе на два часа иглу-электрод в плечо и регистрировал активность собственных мышц.

Кстати, надо сказать, что как истинный джентльмен, Эдриан уделял много внимания и физической форме, и вообще – мужским удовольствием. Он был прекрасным альпинистом, обожал гонять на автомобиле (ну прямо Джеймс Бонд), а когда он в весьма почтенном возрасте стал ректором Кембриджа, 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».

Эдриан в поздние годы


В 1955 году Эдриан доказал, что наука – истинно аристократическое занятие, кем бы ты ни родился. В тот год Её Величество королева Елизавета II, всё еще правящая 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. Поскольку внуков он Первому барону не оставил, дворянский род пресёкся 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 был великий философ Давид Юм), иметь троих детей, достичь всех мыслимых и немыслимых вершин, стать недосягаемым примером для нескольких поколений учёных и даже продлить удивительную традицию для british neuroscientists…

Давид Юм


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 учёные.

Текст: Алексей Паевский

1. Keith Lucas. ‘The “All or None” Contraction of the Amphibian Skeletal Muscle Fibre’, Journal of Physiology (1909), 38, 133.
2. http://biomolecula.ru/content/1753
3. The Basis of Sensation (1928)
4. The Mechanism of Nervous Action (1932)
5. http://biomolecula.ru/content/1587

6. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1932/adrian-speech.html

7. Berger, H. 1929. U¨ ber das Elektrenkephalogramm des Menschen (On the human electroencephalogram). Archiv f. Psychiatrie u. Nervenkrankheiten 87:527–70.