С этим инструментом в руках будущий нобелевский лауреат Рамон-и-Кахаль показал миру, на что похожи деревья, составляющие мозговой лес, и реки, которые его омывают: таким образом он заложил основы гистологии нервной системы.

Дон Сантьяго Рамон-и-Кахаль родился в 1852 году в Петилья-де-Арагон, чуть более чем в 100 км от Сарагосы, в университете которой его отец был профессором анатомии. С любознательным и скорее шутливым, чем игривым, характером в юности он выделялся своими способностями к рисунку. Этот талант определил историю нейроанатомии, использовавшей его рисунки для описания структуры нейронов и нервной системы.

Рамон-и-Кахаль изучал медицину в университете Сарагосы и совмещал учебу с чтением трудов по философии и долгими часами, проводимыми в гимнастическом зале. Проработав какое-то время в Университете Валенсии, он переехал в Мадрид в 1887 году, где познакомился с профессором Луисом Симарро, неврологом, психиатром и психологом, который научил его технике окрашивания, позволившей ученому описать нейронный лес и его деревья. В том же году Рамон-и-Кахаль был назначен профессором медицинского факультета Барселонского университета, где он пережил свой самый плодотворный этап в карьере, добившись международного признания. В 1906 году он был удостоен Нобелевской премии по медицине, которую разделил с Камиллом Гольджи за изобретение метода окрашивания, позволившего Кахалю открыть архитектуру нервной системы. В том же году художник Хоакин Соролья изобразил гения, закутанного в элегантную испанскую накидку, на фоне одного из своих мозговых рисунков. Соролья нарисовал Дона Сантьяго, смотрящего на зрителя, как будто желая выразить то, что нейробиология говорит о нас самих.

В математике светлячки и нейроны определяются как осцилляторы. Они испускают электричество прерывисто, с разной скоростью, в виде электрического удара. Каждый из 86 млрд нейронов, составляющих наш мозг, обладает способностью излучать электрический импульс, также называемый возбуждением нейронов, или потенциалом действия, который передается аксоном посылающего нейрона и принимается дендритом принимающего нейрона. Подобно тому, как светлячки какое-то время находятся в темноте, пока не завершится химическая реакция в их брюшках, нейроны проводят время в электрическом безмолвии, пока их нейронное тело не накопит определенный уровень электричества, а затем, подобно светлячкам, испускают разряд, который в случае нейронов проявляется в виде электрического разряда. Подобно светлячкам, нейроны активируются периодически, а не произвольно. Удивительная хореография света, рисуемого светлячками в лесу Пьедра Кантеада[2], также наблюдается на поверхности мозга. Электрические разряды нейронов колеблются, нейроны также являются осцилляторами, поскольку демонстрируют ритмичное поведение. Было идентифицировано пять нейронных ритмов, или способов, где нейроны колеблются или испускают электрические разряды. Они также известны как нейронные языки, так как представляют собой коммуникационный код между нервными клетками. Похоже на азбуку Морзе. Есть быстрые ритмы и другие, медленные, и в норме все они присутствуют одновременно и в самых разных задачах. Говорят, что мозг многоязычен. Чем быстрее темп, тем ниже его диапазон. Таким образом, быстрые ритмы полезны для передачи информации соседним нейронам. И, наоборот, чем медленнее ваш темп, тем больше возможностей пройти дальше.

Изучение электрической динамики нейронов показало, что колебательные ритмы ограничены по частоте, и было установлено пять спектральных диапазонов в порядке греческого алфавита: дельта (0,5–2 Гц), тета (3,5–6 Гц), альфа (8–12 Гц), бета (18–30 Гц) и гамма (> 45 Гц). Утверждается, что Гц – это мера частоты, так что 8 Гц предполагает 8 электрических импульсов в секунду. Это мера скорости и периодичности, с которой нейрон активируется электрически. В колебательном поведении нейронов заключен секрет, столь же прекрасный, сколь и практичный. Отношение между центральными частотами каждого диапазона спектра равно золотому числу фи, (1 + √5)/2 ~~ 1,61803. Столь же важное в математике, как и в эстетике, это число присутствует в природе, начиная от улиток и до расположения лепестков цветов относительно ветвей и стволов деревьев. В основе нейронного языка лежит золотое сечение. Средняя частота диапазона нейронного спектра может быть рассчитана путем умножения частоты предыдущего диапазона на золотое число. С точки зрения оптимизации вычислений можно было бы ожидать, что частоты различных диапазонов будут следовать естественному соотношению, а не иррациональному числу. В 2010 году было опубликовано исследование, предлагающее ответ на этот вопрос. Если бы взаимосвязь между диапазонами была естественной, например, если бы одна частота была вдвое или втрое больше другой, мозг мог бы войти в состояние полной синхронизации и постоянно находиться в деятельности, негибкость которой сделала бы его бесполезным. Это происходит, например, при эпилептическом приступе, когда гиперсинхронизация обширной области мозга препятствует ее функционированию. Это было бы похоже на компанию, где все работники делают одно и то же каждый день. Такая работа не кажется полезной. Однако если отношения между частотами иррациональны, то предпочтение отдается синхронизации, но остается возможность для перестановки. Это позволяет мозгу чередовать состояния синхронизации и состояния разрыва связи. Описаное свойство известно как метастабильность мозга. Знать, как войти, не менее важно, чем знать, как выйти.