Опыты с вживлением электродов начал в 1924 году швейцарский физиолог Гесс. Гесса интересовал гипоталамус, про который было известно, что он контролирует температуру тела, участвует в регуляции эндокринной системы, сердечных сокращений и дыхания и ведает чувством голода и жажды. Один физиолог обнаружил у козы два участка в гипоталамусе: если разрушали один, коза упорно не желала есть, а если разрушали другой, ела до изнеможения. Такое тесное соседство центров, ведающих частотой сокращения сердца, частотой дыхания и едой, более чем естественно. Когда животное ощущает голод, оно отправляется на охоту. Охота же требует согласованной работы сердца, системы дыхания, желез внутренней секреции. И при охоте должен работать аппарат грубых эмоций. Не находится ли и он в гипоталамусе? Гесс не удивился, обнаружив там участок, при раздражении которого кошка принимала агрессивную позу.

Через тридцать лет в распоряжении нейрофизиологов уже были подобные карты так называемых центров удовольствия и центров наказания, которые обнаружил канадец Джемс Олдс, осваивая технику точного попадания в крысиный мозг. У одной крысы электрод очутился не в той структуре, которая интересовала Олдса, а поблизости от гипоталамуса. Когда крыса приблизилась к месту, откуда ей надлежало броситься наутек, Олдс включал слабый разряд, крыса пустилась бежать, но тут же вернулась. Неужели понравилось? Олдс посадил крысу в ящик, где был рычаг. Если нажать на него, в то же место мозга пройдет такой же разряд. Крыса дотронулась до рычага, и оторвать ее от этого занятия можно было только силой. Электрод находился у нее в центре удовольствия.

Эти центры были разбросаны по всей лимбической системе — в гипоталамусе, в таламусе, в соседних отделах. Раздражение одних было равносильно насыщению едой, раздражение других — удовлетворению полового инстинкта. Раздражение центров удовольствия пришлось по вкусу всем животным. Ради этого они были готовы вытерпеть любую боль. Но поблизости от центров удовольствия находились и центры наказания, и их было больше. Раздражая их у какого-нибудь орангутанга, физиолог рисковал быть растерзанным на куски.

Неподалеку от одного из центров наказания — того самого, который заставлял кошку выгибать спину и злобно шипеть, Гесс нашел зону сна. От раздражения этой зоны слабым гальваническим током кошка засыпала.

Начались поиски центров сна. В том, что они существуют, не сомневался никто, кроме И. П. Павлова. В письмах к Гессу Павлов восхищался его экспериментами, но не желал соглашаться с тем, что в процессах сна ведущая роль принадлежит глубинным мозговым структурам, как думал Гесс. Гесс выражал свое восхищение перед павловскими опытами, но, в свою очередь, не желал признавать господствующей роли за корой больших полушарий, на чем настаивал Павлов.

Сотрудники Павлова обнаружили, что в процессе выработки условных рефлексов собаки иногда погружаются в глубокий сон. Сон этот вызывали некоторые раздражители, которые провоцировали в больших полушариях «тормозной процесс». Павлов говорил: «Торможение и сон — это одно и то же». Вместе с тем он признавал существование и такого стимулятора сна, как иссякание притока внешней информации. Это была дань многолетней традиции, существовавшей со времен зарождения первых нервных теорий сна. Иссяканием сигналов извне Павлов объяснял результаты опытов своих сотрудников, перерезавших у кошек зрительные, слуховые и обонятельные нервы. Это был, как говорил Павлов, «пассивный сон». И у больных летаргическим энцефалитом был пассивный сон. И у кошек, которым Гесс раздражал определенную зону в гипоталамусе, тоже пассивный: у них, как считал Павлов, из-за этого раздражения тоже разрывалось сообщение между полушариями и внешним миром.

Однажды бельгийский нейрофизиолог Бремер взял кошачий мозг и отрезал его от всего остального на уровне первого шейного сегмента. На электроэнцефалограмме, снятой с этого мозга, отражалась нормальная смена сна и бодрствования. Из этого можно было бы сделать вывод, что все аппараты, включающие сон и бодрствование, находятся в изолированном мозге, а не где-нибудь еще. Бремер сделал перерезку на уровне среднего мозга. У него получился препарат, который он назвал «конечный изолированный мозг». Электроэнцефалограмма показала, что он беспрерывно спит. Бремер, подобно Павлову и многим своим предшественникам, рассудил, что сон вызывается снижением притока импульсов к коре. Но каких импульсов? Может быть, не столько внешний мир заставляет нас бодрствовать, сколько внутренний? К такому выводу пришли американский нейрофизиолог Мэгун и его итальянский коллега Моруцци.

Мэгун исследовал больных полиомиелитом, который поражает нижние отделы мозгового ствола. Довольно скоро он установил зависимость между неполадками в мышечном тонусе и разрушением нижних отделов ретикулярной формации — огромной сети нейронов, растянутых по всему стволу. Мэгун и Моруцци доказали, что беспробудный сон, в который у Бремера погрузился «конечный изолированный мозг», вызван был отсечением от полушарий именно ретикулярной формации, чьи активирующие импульсы поддерживают как мышечный тонус, так и уровень бодрствования.

Любые импульсы, приходящие от органов чувств в соответствующие отделы коры, попадают по особым ответвлениям и в ретикулярную формацию. Ближайший сосед ее, гиппокамп, оценивает поступающие сигналы, сравнивая все, что приходит извне, с тем, что хранится в памяти. О результатах анализа сообщается ретикулярной формации: если поступающий сигнал нов или по каким-либо причинам достоин особого изучения, находящаяся в верхних отделах ретикулярной формации активирующая восходящая система посылает в кору дополнительный поток энергии. Организм переходит к активному бодрствованию. Даже во сне этот поток импульсов не прекращается совсем, а лишь снижается до определенного уровня, что позволяет животным просыпаться при приближении опасности.

Однажды физиологи вживили кошке электроды в то место, где происходит сортировка сигналов, идущих от уха к коре. Приборчик, стоявший около клетки с кошкой, издавал щелчки с регулярными интервалами, и такая же регулярная серия пиков возникала на кривой, вычерчиваемой самописцем. Неожиданно экспериментатор показывал кошке мышку. Кошка проявляла интерес к новому раздражителю, и в тот же миг амплитуда пиковых потенциалов, вызываемых щелчками, резко снижалась. Что же происходило в ее мозгу? Ретикулярная формация получала сигнал о мышке и перераспределяла потоки своих активирующих импульсов. Поток, направлявшийся в слуховые зоны коры, ослабевал, а поток, направлявшийся к зрительным, обонятельным и двигательным центрам, усиливался.

Амплитуда пиков снижалась, но не исчезала. Эта «фоновая активность» мозга — энергетическая основа нашего неосознаваемого внимания к фону жизни, к тому, на чем мы не сосредотачиваемся никогда, но что, благодаря этой активности, оседает в нашей памяти, чтобы потом, когда потребуется, всплыть перед нами в виде уже удобном для сознательного восприятия. Без ретикулярной формации не может работать ни внимание, ни восприятие, ни память, ни мышление. Это силовая станция нашего бодрствования, и даже отчасти нашего сна, ибо сон, как мы вскоре увидим, процесс весьма активный, и на него уходит немало энергии.

Сначала Луиджи Гальвани, экспериментируя с лягушачьими лапками, открыл «животное эклектричество». Потом два врача прусской армии Фритч и Гетциг решили посмотреть, что получится, если раздражать током обнаженный мозг. Получилось то же, что и у Гальвани: мертвецы, усеявшие поле под Седаном, где экспериментировали любознательные врачи, шевелили конечностями. Электрические свойства мозга оказались родственны свойствам нерва и мышцы.

Затем испанский нейрогистолог Рамон-и-Кахал открыл, что знаменитое серое вещество мозга состоит из отдельных клеток — нейронов, а белое, менее знаменитое, из их отростков — дендритов. По самому длинному из дендритов, аксону, нервный импульс бежит от одного нейрона к другому. Кончик аксона разветвляется на множество мелких волоконцев. То место, где они приближаются к соседнему нейрону, физиолог Чарльз Шеррингтон называл синапсом. Когда нервный импульс достигает конца аксона, там высвобождается химическое вещество — медиатор (переносчик). Медиатор пересекает синаптический промежуток, возбуждает соседний нейрон, в нем меняется потенциал, импульс бежит к следующему аксону, и так далее. Каждый аксон образует синапсы на телах и дендритах нескольких нейронов, а каждый нейрон получает импульсы от нескольких аксонов. Так что некоторая медлительность медиаторной передачи импульсов окупается бесчисленностью этих импульсов. Шеррингтон сравнил мозг с «чудесным ткацким станком, на котором миллионы сверкающих челноков ткут мимолетный узор, непрестанно меняющийся, но всегда полный значения».