Россия выдвинула немало ученых, получивших мировую славу. Такие люди, как Ломоносов, Мечников, Менделеев, Лобачевский, Сеченов, Тимирязев и ряд других, вывели российскую науку на одно из передовых мест в мире. Однако получить образование простому человеку, «кухаркиному сыну», было в то время почти невозможно.
Несмотря на эти преграды, ряд талантливой молодежи с величайшим трудом и упорством пробивали себе дорогу к знаниям. Среди ученых конца XIX в. и начала XX в. особое место занимает академик Иван Петрович Павлов.
И. П. Павлов родился в Рязани в 1849 г. Первоначальное образование он получил в семинарии, а затем поступил на естфак Петербургского университета, который успешно окончил. Не удовлетворившись этим, Иван Петрович прошел также курс Медико-хирургической академии и получил звание врача.
Павлов выделялся среди своих однокурсников самоотверженной любовью к науке. Будучи студентом университета, он выполнил научную работу по иннервации поджелудочной железы, за которую получил золотую медаль. После окончания высшей школы, Павлов работал в разных местах.
Талантливый ученый интересовался физиологией (исследованием причин и законов работы отдельных органов), но не мог сразу получить место по своим склонностям и способностям. Петербургский университет провалил его кандидатуру в профессора, Томский университет также предпочел ему лицо, рекомендованное министерством.
Несмотря на эти, личные неудачи, Павлов все же с увлечением вел научную работу и за неимением места оперированных животных часто держал дома. В 1891 г. Иван Петрович получил место в созданном по частной инициативе Институте экспериментальной медицины, а с 1895 г. и в Военно-медицинской академии. В 1907 г. Павлов был избран в члены АН, где организовал научную работу под своим руководством. В этих трех учреждениях и протекала вся деятельность великого ученого.
Изучение процессов пищеварения
До 1901 г. Павлова интересовала работа пищеварительного аппарата. Отдел пищеварения подробно изучался многими учеными и, чтобы достигнуть в этом разделе физиологии новых результатов, необходимо было вести работу не в рамках старых, уже исчерпанных методов, а создать что-то свое, новое. И ученому это удалось.
Он разработал ряд блестящих операций на собаках и получил возможность глубже проникнуть в тайны деятельности органов пищеварения. Вместе с сотрудниками, широко используя метод оперативного вшивания фистул (серебряных трубочек) в желудок и отдельные места кишечника, Павлов подробно изучил законы и причины отделения пищеварительных соков.
Однако вместе с такими соками через фистулу обычно вываливалось какое-то количество и непереваренной пищи, что затрудняло исследование. Для устранения этого недостатка, Павлов разработал две оригинальные операции. Хирургическим путем он отделил от желудка лоскут и выкроил из него маленький изолированный от пищевода желудочек, сохранив в целости нервы.
Произвести такую операцию, не перерезав нервов, ранее не удавалось. В такой желудочек пища при еде уже не попадала, но т. к. нервы были сохранены, желудочный сок выделялся, и его можно было собирать в чистом виде. Собрать этим методом большое количество сока было нельзя, ведь желудочек был крошечным.
Павлов хотел собирать сок в больших количествах, чтобы давать его больным с лечебной целью. Для этого им была проведена вторая, сложная и остроумная операция. На шее собаки через разрез выделялся пищевод, перерезался поперек, и оба конца вшивались в кожу. После заживления собака принимала пищу, жевала и глотала ее.
Однако пища, не достигая желудка, вываливалась из этого вшитого в область шеи конца пищевода в чашку. Как показали опыты, несмотря на это обстоятельство, из желудочных желез все же выделяется сок и в большом количестве.
Важные эксперименты Павлов проводил на собаках, отсюда выражение «Собака Павлова»
Этим было доказано, что вкусовое раздражение полости рта (нервный фактор) вызывает отделение не только слюны, но и желудочного сока. У собаки, подвергшейся подобной операции, стало возможно литрами собирать через желудочные фистулы — совершенно чистый продукт и употреблять его для лечения больных людей.
Кормят таких собак посредством вкладывания пищи через фистулу прямо в желудок или во второй, вшитый в кожу шеи, отрезок пищевода, соединенный с желудком. При помощи таких остроумных опытов было открыто много важных закономерностей в процессах пищеварения.
Выяснено, что желудочный сок может выделяться не только тогда, когда пища попадет в желудок, но и тогда, когда голодная собака только видит эту пищу издали или жует ее, не успев проглотить. Этот сок Павлов образно назвал «запальным». Значение его оказалось важным.
Когда пища попадает после проглатывания в желудок, она встречает там этот запальный сок в готовом виде, вследствие чего переваривание начинается немедленно. Если собаке незаметным для нее образом (минуя рот) вложить в желудок размельченный хлеб через фистулу, то хлеб будет лежать часами, не перевариваясь.
Не встретив в желудке готового запального сока, хлеб не вызовет секреции желудочных желез. Запальным этот сок назван потому, что он является как бы запалом для побуждения к дальнейшей работе желез желудка: переваренная в запальном соке первая порция пищи начинает всасываться в кровь и через нее действовать на желудочные железы, побуждая их к дальнейшей секреции.
Много внимания уделялось школой Павлова выяснению механизмов работы слюнных желез. Изучение проводилось при помощи операции выведения и подшивания протоков слюнных желез к коже щеки. После такой операции слюна при еде выделяется по протокам не в полость рта, а наружу и ее легко было собрать. В 1897 г. Павлов издал книгу «О работе главнейших пищеварительных желез», где подытожил результаты исследований.
Книга имела колоссальный успех, врачи и ученые спешили ознакомиться с ней, ибо результаты исследований Павлова имели неоценимое значение для понимания процессов пищеварения и лечения желудочно-кишечных заболеваний. Ряд заграничных ученых приезжал в лаборатории Павлова. В 1904 г. И. Павлову была присуждена Нобелевская премия, которой удостаиваются только ученые с мировым именем.
Павлов много и упорно трудился, оставив новым поколениям важные знания
Условные рефлексы
Изучая процессы пищеварения, Павлов постоянно сталкивался с фактом выделения слюны не на пищу, введенную в рот, а на ее показ и запах. Излагая на лекциях причины этого слюноотделения студентам Военно-медицинской академии, Павлов, как и все ученые того времени, объяснял их не с точки зрения секреции на какое-то раздражение (рефлекс), а с точки зрения особых, так называемых психических причин.
Все ученые допускали, что, когда пища находится в полости рта, она производит вкусовое раздражение, в результате которого начинается рефлекс слюноотделения. Однако причину выделения слюны на показ пищи объясняли не результатом какого-то раздражения, а «страстным желанием» собаки получить пищу; допускали, что собака «представляет и воображает», как эта пища вкусна и аппетитна, и т. д. Это психическое слюноотделение связывали с высшими «духовными» качествами и считали, что изучать их обычными лабораторными методами нельзя.
Павлова такое объяснение не удовлетворяло. Исследователи не могут увидеть непосредственных желаний и воображений собаки! А может быть собака ничего не «воображает» и это «психическое» слюноотделение подчиняется тем же законам, которые действительны и по отношению ко всем остальным органам?
Павлов перешел к изучению механизмов работы головного мозга. Трудность этого изучения заключалась в том, что нельзя увидеть этой работы. Можно наблюдать работу мышц (при сгибании руки мышцы изменяют форму, делаются короче и тверже), работа желез проявляется в виде секреции (слюна, желудочный сок, слезы и т. д.), работа же мозга невидима. Несмотря на это, Павлов решил «подсмотреть» эту работу. Каким же способом он нашел то «окно», через которое можно видеть, как работает мозг?
Оказалось, что сделать это возможно с помощью того самого «психического» слюноотделения. Давно было известно, что на вкусовое раздражение пищей выделяется слюна. Это физиологическое свойство передается по наследству, с этим свойством родятся и умирают.
Такое слюноотделение Павлов обозначил термином «безусловный рефлекс». Но помимо безусловных рефлексов (оборонительных, пищевых, половых) Павлов открыл и исследовал рефлексы условные, т. е. такие, которые не передаются по наследству, но могут при известных условиях приобретаться и исчезать.
До 80 лет Павлов поддерживал физическую и умственную деятельность
Какие же условия необходимы для этого?
Если систематически давать собаке ржаные сухари и при этом каждый раз будет звучать звонок (т. е. сочетать звонок с безусловным рефлексом), то в результате через некоторое время произойдет выработка условного рефлекса. Проявляется этот рефлекс в том, что на звук звонка, на который собака до того не обращала внимания, она начнет выделять слюну.
Понятно, что это слюноотделение происходит не от вкусовых раздражений: звонок воспринимается посредством органа слуха, головным мозгом. И если на звонок начинает выделяться слюна, то очевидно следует допустить, что головной мозг, возбуждаемый звонком, связался со слюнной железой и заставляет ее работать.
Таким образом, условное слюноотделение является показателем работы головного мозга, отражением его деятельности. В том случае, когда под влиянием определенных условий слюна начинает выделяться в большом количестве, можно сделать вывод о более сильном возбуждении мозга. И наоборот, при уменьшении условного слюноотделения о развитии тормозных процессов в мозговой ткани.
Тормозные процессы могут развиваться при различных обстоятельствах. Можно не подкреплять условного сигнала (звонок), на который происходит условная секреция — выделение слюны в этом случае будет постепенно уменьшаться и, наконец, исчезнет (угасательное торможение).
При наличии выделения слюны на звонок можно неожиданно для собаки дать второй мощный раздражитель, например, свисток; условное слюноотделение затормозится (внешнее торможение). Наконец, при наличии первого, подкрепляемого звонка, ввести добавочный звонок другого тембра и не подкреплять его сухарями.
Вначале собака будет давать условную слюну на оба звонка, но постепенно второй, неподкрепленный звонок будет дифференцироваться от первого (подкрепляемого) и на него перестанет выделяться условная слюна (дифференцированное торможение).
По условному слюноотделению Павлову удалось «подсмотреть», как работает мозг, как в нем возникает и распределяется возбуждение, как оно сменяется торможением — полным или частичным. Пресловутое «психическое» слюноотделение оказалось простым условным рефлексом. Удалось это выяснить таким образом.
Щенка в лаборатории вскармливали молоком и хлебом, и, когда он вырос, у него при виде молока и хлеба выделялась слюна. При показе мяса слюноотделение отсутствовало. Но стоило накормить этого щенка хотя бы раз мясом, слюноотделение начинало появляться и на вид мяса. Очевидно, вид пищи является таким же условным раздражителем, как и звонок, и при сочетании вида пищи с едой вырабатывается настоящий условный рефлекс.
Экспериментальные неврозы, типы нервной деятельности
Вскоре в лабораториях Павлова научились «управлять» возбудительными и тормозными процессами в головном мозгу, вызывать их чередование и смену, производить «сшивку» их между собой, вследствие чего у животных часто получались «неврозы», т. е. мозговые заболевания.
В частности, при перенапряжении тормозного процесса удалось получить такие сложные заболевания, как боязнь глубины. При вхождении с собакой на 2-й этаж животные со страхом и проявлением ужаса отбегают от лестничных перил в противоположную сторону и жмутся к стене.
Механика работы головного мозга была раскрыта до такой степени, что оказалось возможным не только получать эти неврозы экспериментальным путем, но и лечить их. На основании точных экспериментов научились безошибочно классифицировать всех собак по способностям их нервной системы на отдельные типы.
Так, например, у некоторых собак преобладает возбудительный процесс; они легко и быстро на все реагируют, живы, «общительны» и агрессивны. У других собак при работе мозга преобладает тормозной процесс; такие собаки пугливы и робки. Собаки первого типа быстро вырабатывают условные рефлексы, второго — более трудно.
Условные рефлексы у последних бывают не так стойки и быстро затормаживаются. Эти «тормозные» собаки при искусственном столкновении тормозных и возбудительных процессов в мозгу быстро впадают в болезненное состояние (неврозы). У собаки возбудительного типа, наоборот, получить невроз бывает трудно.
Типы нервной деятельности собак Павлов сравнивает с той классификацией типов людей, которая создана народной наблюдательностью (флегматики, холерики, сангвиники). В последние годы своей жизни он пришел к выводу, что тип нервной системы при соответствующих условиях можно изменять искусственно.
Изучение этого вопроса имеет большое практическое значение, так как работы в этом направлении выявляли бы пути воспитания собак в активных и боевых животных. Очевидно, законы этого перевоспитания, выяснение возможностей влияния на отдельные стороны нервной деятельности должны иметь значение и для человека.
Поэтому по инициативе Павлова была создана знаменитая биостанция в Колтушах, где, помимо изучения высшей нервной деятельности на человекообразных обезьянах, изучались законы образования типов нервной деятельности путем скрещивания специально подобранных для этого собак.
Решение других вопросов
Ряд других сложнейших вопросов получил разрешение также при помощи исследования методом условных рефлексов. В частности, вопрос о том, как видит собака и как она слышит, был выяснен довольно детально. Для разрешения этой задачи был применен следующий способ.
Собаке показывали зеленый и желтый круги, причем зеленый круг всегда подкрепляли сухарями, а желтый нет. Таких опытов провели тысячи, и, несмотря на это, собака выделяла условную слюну на желтый круг так же хорошо, как и на зеленый. Очевидно, собака не различала цветов.
Форму предметов, наоборот, собаки различают прекрасно. Если животному показать круг и подкреплять его сухарями, а показ треугольника не подкреплять, то собака будет выделять слюну только на круг. Это свидетельствует о том, что животное хорошо различает (дифференцирует) эти предметы.
Удалось более глубоко объяснить и такие явления, как сон. В процессе работы в лабораторных условиях часто наблюдали собак, которые во время опытов начинали дремать и даже засыпали.
После того как научились свободно управлять возбудительными и тормозными процессами в мозгу, оказалось, что вызывание чрезмерной силы тормозного процесса часто ведет к засыпанию собак. Это позволило Павлову высказать предположение, что сон есть не что иное, как развитое торможение, захватывающее всю мозговую кору.
Как работал Павлов
Работа по условным рефлексам велась в течение десятилетий, до самого дня смерти Павлова. Учение об условных рефлексах в настоящее время признано всеми, однако развитие его шло не без борьбы. В момент зарождения этого учения было необычным изучать «высшую психическую» деятельность в лаборатории и на собаках, подобно любому разделу физиологии.
Против павловского учения выдвигалось много возражений. Но Павлов был не только ученым, но и страстным борцом за свои научные убеждения. Пользуясь каждым случаем, он пропагандировал свое учение, читал лекции, делал доклады, устраивал дискуссии и, продолжая экспериментальную работу, отвечал на возражения все новыми опытами.
Завершением этих работ явился выход Павлова в клинику, где он нашел возможным применить свои результаты для объяснения и лечения некоторых нервных и психических заболеваний. Работая всю жизнь на собаках, он никогда не упускал из поля своего внимания человека, стремясь получить полезные практические результаты.
Следует особо отметить, что результаты, полученные в лабораториях Павлова не требуют проверки. Будучи строгим наблюдателем, Павлов не терпел в исследовательской работе натяжек и непроверенных данных. Вот почему и примитивное объяснение «психического» слюноотделения им было отброшено как непригодное, ибо это объяснение нельзя было проверить и доказать.
Стремление к строгой объективности заставило Павлова создавать сложнейшую аппаратуру и оборудование. Он не верил своим ушам и глазам, ибо считал, что они могут обманывать. Поэтому, не удовлетворяясь непосредственными наблюдениями, Павлов создал специальную аппаратуру, записывающую все поведение собаки.
Опыты Павлова обычно ставились в специально построенном здании, «башне молчания», куда не достигали никакие звуки. Это делалось для того, чтобы собака реагировала исключительно на условный раздражитель, а не на что-либо другое. Собаку помещали в особую камеру, экспериментатор же находился в помещении, отделенном от нее толстой стеной.
Только через стекло маленькой щелки можно было наблюдать собаку. Посредством наклейки к щеке собаки, в область выведенного слюнного протока, стеклянного баллончика и через систему резиновых трубок, соединенных со слюнным манометром, на находящейся в предкамере закопченной бумажной ленте каждая выделившаяся капля слюны отмечалась в виде черточек.
Не видя собаки, научный сотрудник мог судить о количестве выделенной ею слюны. Дача раздражителя, например звонка, и момент автоматического подкрепления сухарями (без вхождения в камеру) отмечались на этой же закопченной бумаге в виде черточек и линий. Все манипуляции сотрудника и поведение собаки регистрировались объективно и точно.
Работы академика Павлова получили высокую оценку. На Международном физиологическом конгрессе, состоявшемся в 1935 г. в СССР, он заслуженно был признан величайшим физиологом ХХ столетия. Расцвет творчества Павлова происходил в советское время.
В Рязани есть дом-музей Павлова с бюстом знаменитого ученого
Правительство высоко оценило талант этого человека и создало ему все условия для плодотворной работы. В годы гражданской войны Совнарком, по инициативе Ленина, издал специальный декрет о создании для Павлова наиболее благоприятных условий работы и об издании его книги на лучшей бумаге.
Для лабораторий Павлова не жалели ни оборудования, ни средств. В последние годы жизни Павлова правительство, идя навстречу его пожеланиям, ассигновало огромные средства на строительство биологической станции в Колтушах. Павлов своей работой оправдал эти затраты и доверие.
Другая причина научного успеха ученого заключается в нем самом, в его личности, в его темпераменте и уме. С детских лет отличительными чертами Павлова являлись упорство и настойчивость.
Так, например, будучи левшой, он упражнениями развил возможность свободно пользоваться и правой рукой. Наметив цель, он упорно добивался ее осуществления, не смущаясь временными неудачами. И в конце концов, испробовав много путей и подходов, он всегда достигал желаемого.
Настойчивость сочеталась у Павлова с большим трудолюбием. Труд Иван Петрович любил всякий — и умственный и физический. В течение своей жизни он постоянно сочетал то и другое. 80-летний старик с увлечением играл в городки, обыгрывая своих молодых учеников.
До самых последних дней он работал в саду, занимался гимнастикой и даже катался на велосипеде. Сочетание умственного труда с физическим сохраняло крепость его здоровья и умственные способности. Иван Петрович был до конца молод духом и телом, что позволяло ему напряженно и плодотворно работать до самых последних дней (он умер в 86 лет).
Павлов не мог работать с «прохладцей», он горел на работе и зажигал личным примером энтузиазм своих многочисленных учеников. Работа для него всегда стояла на первом месте. И когда однажды между ним и одним из его сотрудников произошла крупная ссора, все были уверены в неизбежном уходе последнего из лаборатории.
Однако Павлов в этот же вечер прислал записку: «Брань делу не помеха. Приходите вечером ставить опыт». Пунктуальность и точность великого ученого была известна всем. Он никогда не опаздывал, на работу приходил минута в минуту.
Обладая простым и прямым характером, Павлов привлекал к себе людей. Эти качества сплотили вокруг него многих учеников, образовавших дружный целеустремленный коллектив. Павловская школа заслуженно пользуется уважением.
Сам И. П. Павлов говорил, что все его достижения являются результатом коллективного творчества. После смерти этого великого человека его ученики успешно продолжали его дело.
