Все мысли о китах хранились у меня где-то в подсоз нании до Международного физиологического конгресса, состоявшегося в 1953 году в Монреале (Канада). Здесь я снова встретил Пера Шоландера, и мы опять долго говорили о китах, и в частности о мозге этих животных. На этот раз он сообщил мне имя одного специалиста в Маринлэнде и посоветовал с ним связаться. Тогда я об ратился к д-ру Ежи Розе с предложением поехать в Маринлэнд, чтобы там выполнить на дельфинах некоторые нейрофизиологические исследования. Др Розе, д-р Клинтон Булей, давно мечтавший провести сравнительные нейрофизиолого-анатомические исследования на большой группе млекопитающих, и еще ряд ученых объединились и организовали экспедицию. Осенью 1955 года восемь будущих участников этой экспедиции съехались в Маринлэнд со всех концов Соединенных Штатов. Имущество пяти нейрофизиологических лабораторий было свезено в исследовательскую лабораторию Морской студии и передано на попечение куратора Ф. Дж. Вуда.
Каждый из нас имел некоторый опыт в проведении нейрофизиологических исследований на мозге различных животных, в том числе на кошках, собаках, свиньях, овцах, шимпанзе, крысах и мартышках. У всех этих видов животных была довольно подробно изучена кора головного мозга и установлены границы зрительной, слуховой, тактильной и двигательной областей; к последней относятся те участки коры, которые управляют движением. В наши намерения входило установить границы этих и всех других (которые удастся обнаружить) областей в мозге дельфина. Мы располагали необходимой электронной аппаратурой для раздражения мозга, а также определенных органов чувств (глаз, ушей, кожи и т. п.) и для регистрации электрических потенциалов, возникающих в мозге. В нашем распоряжении имелось такое количество различных наркотизирующих средств, что мы могли бы, кажется, усыпить весь Маринлэнд и все равно не исчерпали бы всех своих запасов. Мне поручили сконструировать для дельфинов респиратор (аппарат для искусственного дыхания), и я погрузил в свою машину прибор весом 60 килограммов вместе со всем нашим электронным оборудованием. Единственным пособием служила мне статья Пера Шоландера [10], опубликованная еще в 1941 г., из которой я узнал, как эти животные дышат, какой объем воздуха они вдыхают и каков механизм их дыхания. В ней сообщалось, например, что дельфины задерживают дыхание на вдохе, имеют чрезвычайно короткий выдох, сразу же сменяю щийся вдохом, и вдыхают 5-10 литров воздуха за очень короткое время (мы совершенно не представляли себе, насколько оно мало, до тех пор, пока не провели скоростной киносъемки). Я не знал, как мы будем прилаживать респиратор к животному, но предполагал, что, пожалуй, следует скопировать тип дыхания дельфинов, чтобы избежать проблем, связанных с аноксией (нехваткой кислорода) и накоплением углекислого газа. Я спроектировал и построил аппарат, который крайне быстро нагнетал в легкие животного 5-10 литров воздуха, имитируя тип дыхания с резким повышением «давления» при вдохе. Аппарат позволял также очень быстро изгонять воздух из легких; для этого в нем имелся особый клапан, открывающийся как раз перед заполнением легких. В то время мы еще не имели воз можности точно определить, сколько воздуха введено в легкие животного, однако позднее мы обнаружили очень простой способ, позволяющий вводить в легкие нужное количество воздуха.
Во время самой экспедиции мы справились и с другой трудностью, найдя удобный способ для подключения респиратора. Однажды это нас очень выручило, ибо только благодаря респиратору нам удалось вернуть к жизни животное, бывшее на грани гибели.
Персонал Морской студии предоставил в наше распоряжение пять дельфинов. Мы дали себе срок в две недели на составление карты гигантского дельфиньего мозга.
Первый эксперимент мы спланировали таким образом, как если бы собирались исследовать мозг какогонибудь очередного примата, например шимпанзе. Мы рассчитали дозу наркотического препарата, достаточную, чтобы обездвижить дельфина на несколько часов для операции, в течение которой надо было снять крышу черепа и путем нанесения электрических раздражений составить карту мозга животного. Такой подход мог, разумеется, оказаться и неудачным, но именно так мы привыкли работать.
Дельфина вынули из воды и поместили в станок. Д-р Вулси ввел ему рассчитанную дозу наркотического препарата — нембутала. Эта доза — 30 миллиграммов на килограмм веса — была лишь чуть меньше той, какая обычно применяется для приматов, так что животное должно было погрузиться в глубокий сон. Все 80 кубических сантиметров нембутала были введены в брюшную полость животного в один прием.
Последующие полчаса оказались для всех нас чрез вычайно мучительными. Дыхание дельфина становилось все реже и реже, и наконец сердце его остановилось. На экране электронно-лучевого осциллографа (прибора для регистрации быстрых электрических колебаний) мы наблюдали электрические потенциалы сердечной мышцы, отводимые с помощью электродов, наложенных на груд ную клетку. За дыханием животного следили одновременно три или четыре человека. Животное погибло не сразу; оно на наших глазах прошло через все фазы смерти от аноксии, о которой все мы, разумеется, слышали, но которую сами ни разу не наблюдали. Это было обескураживающее открытие, неожиданное для всех присутствующих. Трудно было сразу оценить его и связать с нашими прежними представлениями. Некоторые из нас были убеждены, что смерть дельфина наступила от наркоза вследствие нарушения дыхания. Однако другим такое объяснение казалось неправдоподобным. Все животные, на которых мы работали прежде, довольно легко без всяких нарушений дыхания переносили такую дозу наркотического препарата; 99 % из них выдерживали длительный наркоз, и он не причинял им никакого вреда. Даже при операциях на мозге человека применяли еще более глубокий наркоз без каких-либо вредных последствий. Поэтому мы решили продолжить работу с дельфинами и попытаться подобрать такие дозы наркотического препарата, при которых дыхание животного не нарушалось бы.
Для следующего животного мы уменьшили дозу нем-1 бутала до 10 миллиграммов на килограмм веса в надежде, что это поможет нам выяснить истинную причину гибели первого дельфина. При таком наркозе дельфин мог еще видеть нас, следить за нами глазами, подпрыгивал, когда его внезапно начинали гладить по «подбородку», и закрывал глаза, когда перед ним быстро махали рукой. Единственное изменение состояло в том, что постепенно у него нарушалась нормальная связь между вдохом и выдохом.
Обычно дыхательный цикл начинается с выдоха, за которым сразу же следует вдох. При дозе 10,3 миллиграмма нембутала на килограмм веса мы заметили, что воздух из легких выходил не через дыхало, а через рот и что если весь воздух выходил из легких животного, то оно вообще переставало дышать, не будучи в состоянии начать с вдоха.
В то время мы еще не умели определить, откуда идет воздух, который, как мы видели, выходил через рот, — действительно ли из легких или из желудка. В какой-то момент мы почувствовали запах рыбы, что как будто свидетельствовало в пользу второй возможности.
При дозе нембутала 10,3 миллиграмма на килограмм веса дыхание у животного тоже в конечном счете прекратилось.
Необходимо помнить, конечно, что животное было извлечено из воды, что тяжесть его собственного веса давила на его легкие и что самый тип дыхания, которое еще могло при этом поддерживаться в течение определенного времени, становился механически регулярным, что (как мы установили позже) совершенно противоесте ственно для дельфинов. По-видимому, остановка дыхания и выход воздуха через рот вызывались двумя причинами: расслаблением мышечного кольца вокруг гор тани (носоглоточного сфинктера, см. Приложение 1) и повышением давления воздуха в легких из-за упомянутого сдавливания легких, чего не бывает в воде.
Чтобы научиться оживлять дельфинов, нам прежде всего следовало тщательно изучить строение их дыхательных путей. С этой целью мы провели два вскрытия на трупе дельфина, который нам удалось раздобыть в Балтиморе, и на первом погибшем у нас животном. Были рассмотрены три возможных способа введения животному трубки от респиратора: через дыхало, что трудно осуществимо из-за костной перегородки, которая делит дыхало пополам несколько ниже его на ружного края; через рот, для чего требовалось вытянуть гортань из носоглоточного сфинктера и ввести через нее в трахею трубку от респиратора, и, наконец, через наружный разрез трахеи (путем трахеотомии). Мы быстро убедились, что трахея чрезвычайно коротка и очень широка, а это крайне затрудняет введение в нее со стороны шеи и укрепление достаточно большой трубки без сколько-нибудь серьезных повреждений.
Второй способ (через рот) казался единственно возможным.
Надо было также тщательно подобрать диаметр трубки, так как трубка должна плотно входить в гортань. Это выяснилось, когда мы попробовали оживить одного дельфина, после того как у него остановилось дыхание. Двое сильных мужчин раскрыли ему рот с помощью веревочных петель, надетых на верхнюю и нижнюю челюсти; третий вставил в рот деревянный брусок, который не давал челюстям сомкнуться, а д-р Маунткасл, засунув руку в горло животного и оттянув одним пальцем хрящи гортани, ввел в гортань трубку, соединенную с респиратором.
Трубка оказалась слишком узкой, и мы быстро обнаружили утечку воздуха. Пришлось перепробовать еще несколько вариантов; в конце концов мы остановились на пластмассовой трубке диаметром 2,8 сантиметра, которая плотно входила в гортань и трахею. Теперь можно было начать попытки оживить дельфина при помощи искусственного дыхания.
Правда, канитель с трубками заняла слишком много времени и оживить это животное так и не удалось. Но зато следующее животное мы все-таки спасли и сумели поддерживать в нем жизнь в течение всего наркоза до тех пор, пока у него не восстановилось нормальное дыхание.
Мы пустили этого дельфина после операции обратно в бассейн, чтобы посмотреть, сможет ли он плавать, так как опасались, что его мозг поврежден в результате аноксии (кислородного голодания). Видимо, мозг действительно пострадал, потому что животное, пытаясь плыть, все время заваливалось на правый бок. Именно при работе с этим дельфином мы впервые услышали и записали на магнитофонную пленку сигнал бедствия, а также засняли на кинопленку все, что произошло в дальнейшем.
Дельфин, выпущенный в бассейн, в котором находились два других дельфина, издал очень короткий, пронзительный, высокий свист, состоящий из двух фаз — возрастающей и убывающей по высоте. Этот звук трудно было расслышать, находясь на воздухе, но я услышал его через гидрофон; к счастью, в это время я вел магнитофонную запись и киносъемку.
Сигнал бедствия моментально возымел свое действие. Два других дельфина быстро подплыли к дельфину, подавшему этот сигнал, и, нырнув под него, вытолкнули его на поверхность, так чтобы он мог дышать.5Он, однако, сделал лишь один вдох и вновь погрузился в воду. После этого между тремя животными произошел быстрый обмен звуками, напоминавшими щебетание и свист.
Затем два здоровых дельфина подплыли к пострадавшему с правой стороны и, подставляя по очереди свои тела для опоры, помогли ему плыть в правильном положении (не заваливаясь на правый бок), так что на этот раз он сам смог подняться на поверхность, чтобы набрать в легкие воздух. Так они «опекали» его в течение некоторого времени. Мы, однако, еще слишком мало знали о подобных вещах и не рискнули положиться только на помощь других дельфинов.
Войдя в бассейн и погрузив нашего дельфина на носилки, мы попытались проделать с ним то, что обычно делают с утопленииками для того, чтобы их оживить. Мы попробовали, например, вылить воду из его легких через дыхало, наклонив для этого голову животного под углом 45°. Мы все еще считали, что у этих животных воздухоносные пути перекрещиваются с путями прохождения пищи. Однако все наши попытки не дали желаемых результатов, и тогда, зная, что мозг этого животного безнадежно поврежден, мы решили пожертвовать им, чтобы по крайней мере изучить анатомию его мозга.
Перед нами постепенно вырисовывалась картина странного существования и странной физиологии, к из учению которой мы совсем не были подготовлены. Быстрая гибель животных от наркоза страшно угнетала нас. Каждая смерть была для нас новым испытанием.
Однако мы при этом учились оберегать животных от гибели, постепенно устраняя свои основные методические ошибки.
Вначале у нас мелькнула мысль, что, может быть, нембутал представляет собой специфический яд для дельфинов. Поэтому мы попробовали применить паральдегид — самый безопасный из всех известных нам наркотических препаратов, который оказывает наименьшее влияние на дыхание человека. Он настолько безвреден, что применяется при белой горячке, чтобы снять явления возбуждения, наступающие у алкоголиков, когда их лишают спиртного.
Мы испытали паральдегид на одном из дельфинов, введя его внутрибрюшинно в дозе, меньшей, чем соответствующая доза для человека. И снова дыхание живот ного нарушилось.
Однако, пока животное еще дышало (после введения паральдегида), нам удалось сделать важное наблюдение, которое позволило нам лучше понять строение воздухоносных путей дельфина. Мы обнаружили, что изо рта животного выходит какой-то газ, который пахнет то паральдегидом, то рыбой. Газ, пах нувший паральдегидом, выходил из легких и попадал в полость рта, пройдя между гортанью и носоглоточным сфинктером. Увеличив дозу паральдегида, мы заметили, что при этом возросло и количество газа, выходившего через рот, пока наконец из легких не вышел весь воздух. Мы нашли, таким образом, «метку», позволявшую точно установить, когда газ выходит из желудка, а когда — из легких. Наружный клапан дыхала никогда не выходит из строя так быстро или так легко, как лежащий в глу бине носоглоточный сфинктер.
Все эти наблюдения помогли разработать метод оживления наркотизированных животных, который, несомненно, можно еще больше усовершенствовать. Мы измерили давление воздуха в трахее у живого ненарко тизированного дельфина. Оказалось, что ненаркотизированному животному можно легко ввести в трахею иглу через кожу без всякого сопротивления с его стороны. Когда животное не находится в воде, давление воздуха в трахее на 20 миллиметров ртутного столба выше давления окружающего воздуха. Когда животное погружено в воду, это давление также примерно на 20 миллиметров ртутного столба превышает гидростатическое давление воды на уровне середины тела животного.6
Это и есть то предельное давление, под которым респиратор должен нагнетать воздух в легкие животного, извлеченного из воды. По достижении этой величины введение воздуха следует прекратить, чтобы не переполнять легкие. В конце концов я разработал такой метод исследования мозга дельфинов, который исключал необ ходимость в общем наркозе, и мы прекратили дальнейшую работу по совершенствованию респиратора. Хотя автоматический респиратор так и не был создан, данные, которые мы получили, могут оказаться чрезвычайно полезными в будущем, если возникнет необходимость в какой-либо операции (например, на желудке) у одного из этих животных.
Когда выяснилось, что и паральдегид не безопасен Для дельфинов, в нашей группе едва не вспыхнул бунт. Мысль о гибели животных не давала нам покоя. Правда, сотрудники Маринлэнда вели себя очень благородно и по мере возможности скрывали свое возмущение по поводу того, как мы обращаемся с их друзьями. И только дрессировщик Андре Коуэн, управляющий Билл Роллестон, куратор Ф. Дж. Вуд и, наконец, братья Нортон и Том Баскины — владельцы местного ресторана и мотеЛя — настойчиво, хотя и мягко твердили нам, что дельФины — животные необычайно умные, игривые, дружески расположенные к людям и что так с ними обращаться нельзя. Вуд, впрочем, соглашался предоставить нам возможность продолжать наши исследования, если мы того пожелаем, однако он чувствовал, что гибель пяти животных должна была бы послужить нам достаточно серьезным уроком. Я совершенно уверен, что ему не хотелось продолжать жертвы во имя науки, пока мы не подытожим то, что нам уже удалось узнать. Все мы были очень опечалены и оправдывали себя лишь сознанием того, что если опыт удастся, то его уже больше не придется повторять.
В конце концов мы поняли, что не сможем получить никаких нейрофизиологических данных и что нам придется удовольствоваться пятью препаратами целого мозга для нейроанатомического изучения. Правда, эти препараты были гораздо лучше, чем все то, что удавалось получить ранее для изучения коры мозга и таламуса (другой части переднего мозга). Чтобы обеспечить хорошую фиксацию, мы произвели под глубоким наркозом перфузию формалином через аорту (основной кровеносный сосуд, идущий от сердца).
При последующем изучении полученных препаратов (позднее д-р Кругер и д-р Розе исследовали их вновь уже в Университете Джонса Гопкинса) мы установили, что у взрослого животного мозг очень велик и сложен и что он увеличивается в размерах с увеличением длины тела (см. табл. 4 в Приложении 2). Мозг был настолько велик, что для пропитывания его целлоидином (предварительная обработка, необходимая для приготовления срезов) понадобился целый год. Мы смогли определить вес мозга точнее, чем это делалось прежде, и обнаружили, что у животных длиной от 2 до 2,5 метра его вес колеблется в пределах 1175–1707 граммов.
Анализ, произведенный после заливки и окраски препаратов, показал, что плотность клеток в коре у дельфина почти такая же, как у человека.7Кроме того, этот анализ показал, что у дельфинов имеются те же таламические ядра, что и у приматов, в том числе и у человека, и что они сравнимы с человеческими по размеру [21].
Мы установили также, что перфузия мозга под наркозом через аорту бывает успешной только в том случае, если производить ее крайне быстро. Перфузия через сонные артерии невозможна, так как жидкость вытекает через "чудесную сеть" (особая сеть артерий и вен), которую перерезают при вскрытии.
Наши собственные наблюдения подтвердили долголетние наблюдения сотрудников Маринлэнда, уверявших, что дельфины не нападают на человека, даже если он причиняет им боль. Это кажется порой странным, потому что дельфины нападают, например, на акул и убивают их, а также дерутся друг с другом в брачный период. Физически дельфины достаточно сильны, чтобы оторвать или откусить человеку руку или ногу или чтобы отбить ему внутренности внезапным сильным ударом. Однако не известно ни одного случая, когда бы эти животные нанесли человеку травму, даже если этот человек плохо с ними обращается.
Все наблюдения и выводы, сделанные нами в 1955 году, имели неоценимое значение для нашей дальнейшей работы с дельфинами. Именно первые две недели, проведенные в
Маринлэнде, и вдохновили меня на то, чтобы в последующие годы тратить все больше и больше времени, сил и средств на изучение этих поистине замечательных существ.
|
