Тельце Пачини имеет форму луковицы длиной 1 мм и толщиной 0,5 мм (фиг. 3). Эта луковица образована слоями ткани, окружающей тонкое окончание нервного волокна. При действии на луковицу слабого давления она слегка изгибается и возникает серия нервных импульсов. Если удалить все слои луковицы, нервные импульсы все еще будут регистрироваться; это означает, что преобразование энергии происходит в нервном окончании, расположенном в центре луковицы. Осторожно изменяя степень изгиба и одновременно регистрируя последовательность нервных импульсов, исследователи обнаружили, что чем сильнее изгибается пачиниево тельце, тем больше частота нервных импульсов. Итак, центральная нервная система получает информацию о сжатии и напряжении тканей организма с помощью простого кода: число поступающих в каждую секунду нервных импульсов соответствует степени давления, испытываемого рецепторной клеткой.
Изолированное нервное окончание глубоко входит в луковицу, состоящую из тонких слоев ткани. Оказываемое на луковицу давление изгибает нервное окончание, в результате чего в нервном волокне возникает серия импульсов. 1 — луковица; 2 — нервное окончание; 3 — нервное волокно.
В результате многочисленных экспериментов были разрешены некоторые загадочные аспекты процесса, при помощи которого давление, оказываемое на пачиниево тельце, преобразуется в нервные импульсы. Мы располагаем достаточно ясной картиной этого процесса преобразования, хотя и не понимаем до конца, как он осуществляется. Можно провести аналогию между рецепторной клеткой и микрофоном. В нервном окончании тельца Пачини, как и в других рецепторных клетках, имеется постоянный электрический заряд, который меняется по мере деформации мембраны, покрывающей окончание нерва.
Этот постоянный заряд сенсорной клетки обусловлен различными концентрациями ионов (заряженных атомов или молекул) по обе стороны мембраны. На внешней поверхности мембраны концентрация положительных ионов больше, благодаря чему внешняя поверхность клетки оказывается заряженной положительно по отношению к внутренней. Когда клеточная мембрана деформируется, она как бы «дает течь», и положительные ионы устремляются внутрь, инвертируя при этом электрический заряд клетки. Не известно, каким именно образом свет, тепло, давление, химическая или другие формы энергии вызывают такой эффект, но в результате измененный заряд, т. е. рецепторный потенциал, распространяется по поверхности рецепторной клетки и, если он достаточно велик, порождает в связанном с ней нервном волокне «взрывной» импульс. После этого мембрана клетки вновь «запирается» и восстанавливается начальная разница в концентрации ионов.
Прежде чем сможет реализоваться какое-либо одно из этой последовательности событий, энергия из окружающей среды должна достичь рецепторной клетки. На пути к клетке она изменяется с помощью вспомогательных образований, таких, как хрусталик или зрачок глаза. Часть энергии отфильтровывается, т. е. уже с самого начала животное отбирает информацию из ошеломляющего множества бомбардирующих его сигналов. Например, на ярком свету зрачок сокращается, количество входящего в глаз света уменьшается, и глаз не слепнет; хрусталик же фокусирует свет на рецепторных клетках сетчатки, благодаря чему детализируется передаваемая ими в мозг информация.
Другая важная функция фильтрующего механизма — выбор того вида энергии, который следует пропустить к рецепторам, поскольку рецепторные клетки чувствительны не к какому-то одному определенному виду энергии, а ко многим разным ее видам. В результате деятельности хрусталика и других структур глаза лишь свет имеет возможность стимулировать рецепторные клетки сетчатки, поскольку мозг способен воспринимать от глаза только зрительную информацию. Простой способ «обмануть» мозг — это надавить пальцами на глаза: давление стимулирует рецепторные клетки сетчатки, мозг интерпретирует его как свет, и мы видим яркие пятна.
Ученых тоже сбивала с толку чувствительность сенсорных клеток к различным видам энергии. У скатов (относящихся к классу хрящевых рыб, поскольку их скелеты построены из мягкого хряща, а не из твердой кости) имеются чувствительные органы, названные по имени открывшего их исследователя ампулами Лоренцини. Тщательные эксперименты показали, что эти органы, расположенные в особых ямках, реагируют на давление и температуру. В качестве рецепторов давления они должны были бы воспринимать волны давления в воде, но, казалось, нет никакого смысла иметь температурные рецепторы, расположенные так глубоко в коже. В конце концов обнаружили, что у этих рецепторов совершенно другая функция. Они чрезвычайно чувствительны к электрическому току и сравнительно мало чувствительны к давлению или температуре — раздражителям, которые как раз и создают побочные эффекты, подобные вспышкам света, вызванным надавливанием на глазные яблоки. Функция ампул Лоренцини и других электрочувствительных органов обсуждается более подробно в гл. 11.