И. А. Вартанян, Е. М. Цирульников Коснуться невидимого, услышать неслышимое

Действие фокусированного ультразвука на органы чувств и мозг

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

Предисловие

В книге, предлагаемой вниманию читателя, впервые популярно рассказывается о новой области науки, связывающей технику, биологию и медицину.

Ультразвук, фокусирование которого технически разработано, обладает свойствами поистине уникальными для его использования в медико-биологических исследованиях и непосредственно в клинике. Пожалуй, только электрический ток способен вызывать столь разнообразные функциональные реакции, когда его применяют в качестве раздражителя. Однако при электрическом воздействии на глубинные структуры к ним необходимо подвести электроды, а для этого, естественно, нужно оперативное вмешательство. Ультразвуку не преграда мягкие ткани по пути к заданному глубокому участку, стоит только совместить этот участок с фокальной областью излучателя, в которой сконцентрирована ультразвуковая энергия. Кроме того, при электрическом воздействии трудно обеспечить строгую локальность, при использовании же фокусированного ультразвука это легко достижимо.

Давно не ново утверждение, что развитие науки находится в тесной взаимосвязи с развитием методов исследования. В области физиологии органов чувств и многих областей медицины методы ультразвукового воздействия позволили получить экспериментальные результаты, не укладывающиеся в традиционные представления. Тем самым стимулируется развитие дальнейших исследований, появление новых гипотез и коррекция старых. Например, результаты ультразвуковых исследований температурной рецепции существенно модифицируют наиболее распространенную гипотезу о существовании самостоятельных рецепторных систем тепла и холода. В свете полученных данных более убедительной становится гипотеза о единой рецепторной системе, работающей в разных режимах. В физиологии слуха исследования с помощью фокусированного ультразвука укрепляют гипотезу о преимущественно временном кодировании сигналов слуховой системой и приводят к необходимости пересмотра устоявшихся воззрений на функцию слухового органа — улитки.

Читателю — неспециалисту было бы трудно ориентироваться во множестве интересных, но весьма узко направленных разделов без разъяснения общих представлений о функции органов чувств и методических подходов к ее изучению. Таким своеобразным путеводителем можно рассматривать введение и первую главу, ибо они содержат краткую, но достаточно исчерпывающую сводку современных взглядов на функцию органов чувств. В похвалу авторам можно отметить, что, популяризируя, они не прибегали к нарочитым упрощениям и не затушевывали нерешенные или спорные вопросы.

Последующие главы включают оригинальные экспериментальные подходы к изучению органов чувств, основанные на использовании фокусированного ультразвука. При этом читатель получает материал «из первых рук», так как авторы принимали непосредственное участие в большинстве освещаемых исследований. Этот материал должен быть интересен не только для широкого читателя, но и для специалистов — в первую очередь биологов и медиков, а также для физиков и инженеров. Независимо от того, убедят или нет читателя представленные авторами гипотезы, они, вероятно, стимулируют его интерес к рассмотренным проблемам и к более углубленному знакомству с отдельными вопросами уже по специальной литературе.

Перед вами популярная книга, но это не подразумевает легкого чтения. Материал, как теперь часто говорят, «находится на стыке разных наук». А отсюда следует, что представителям технических дисциплин может показаться недостаточным уровень формализации, биологам — уровень обобщения, медикам захотелось бы побольше подробностей, неспециалистам — поменьше терминов, и т. д. Однако все это — неизбежные препятствия в таких случаях, и думается, что в целом авторы их преодолели.

Хочется пожелать, чтобы книга имела побольше читателей, а новое направление в науке приобрело больше сторонников.

Докт. техн. наук Л. Р. Гаврилов

Введение

Передача человеку информации с помощью различных технических средств играет существенную и все возрастающую роль во всех областях его жизнедеятельности. Несмотря на то что уже существует масса способов и искусственных систем, предназначенных для информационного обеспечения людей в самых разнообразных условиях, разработка подходов к проблемам передачи, приема, обработки, хранения и воспроизведения информации привлекает внимание все большего числа исследователей, и главное — биологов. Это объясняется прежде всего тем, что каковы бы ни были теоретические возможности, конструкции и принципы работы тех или иных технических устройств, поиск новых систем ориентируется в первую очередь на их практическое использование с непременным учетом возможностей восприятия человека, поскольку именно человек в данном случае является монопольным потребителем информации, выступая в качестве конечного звена подобных систем.

Человек легко ориентируется в окружающем мире. Воспринимая внешние раздражители, сравнивая полученные сведения с предшествующим опытом, он формирует целесообразное приспособительное поведение. Все это происходит как бы само собой. Именно поэтому складывается впечатление, что операции, связанные с процессом восприятия, просты, полностью обеспечиваются органами чувств и определяются свойствами внешнего мира.

Однако из опыта создания машин и устройств, воспринимающих информацию и способных распознавать образы, известно, что результаты, полученные в самых современных технических системах, значительно ниже возможностей восприятия даже примитивных позвоночных животных. Следовательно, биологические системы наделены такими способностями, располагают такой надежностью, не говоря уже о малогабаритности, которые еще не реализованы в технике.

Можно привести множество примеров уникальных сочетаний свойств органов чувств, обусловливающих их исключительную чувствительность и огромные способности к различению, высокую надежность и помехоустойчивость. Так, абсолютная чувствительность слуха ограничена лишь величиной броуновского движения молекул воздуха. Ориентировка в пространстве обеспечивается совместной и согласованной деятельностью многих органов чувств и сохраняется в полном объеме даже в случае повреждения одного из них за счет компенсаторных возможностей других. Именно поэтому не следует забывать, что ориентировка