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诺奖得主绘笔下,神经元的秘密花园
点击次数:146 发布时间:2019-04-24

COURTESY INSTITUTO CAJAL(图1)  

 

图1,1934年  图中描绘了脑干内听觉系统的一部分。Cajal 用黑色粗线条代表轴突,突出它们的绝缘特性,这也是 Cajal 提出的“神经元学说”的要点。

 

撰文 SHARON BEGLEY

编译 卓思琪

 

审校 严冰

 

“如果没有从事科学行业,你会去干什么?”

 

当你向科学家抛出这个问题的时候,大概会得到两种反应:

 

“这……”

 

“我曾经也是身不由己……”

 

诺奖得主 Santiago Ramón y Cajal 的反应很有可能属于后者。Cajal 是一名神经解剖学家,生于1852年,逝于1934年。因为对神经系统结构的认识做出了杰出贡献,于1906年被授予诺贝尔生理或医学奖。

 

如果 Cajal 的父亲没有坚持让他进入医学院,Cajal 可能会成为一名艺术家。

 

Cajal 将他在显微镜下详细观察的神经细胞绘制出来,以细致的铅笔笔触和条理清晰的墨迹线条描绘了大脑内部的结构,作为他科学研究的重要组成部分。MIT  博物馆周四(5月3日)的展览开幕中展示了部分作品。19世纪的解剖学教科书曾经相信,这些让人能够思考、感受和运动的神经元是连成一束的,而 Cajal 认为,神经元是独立的、一个个的细胞。

 

“这就是 Cajal 的‘神经元学说’。”明尼苏达大学(University of Minnesota)的神经生物学家 Eric Newman 解释道。

 

在两位同事的协助下,Newman 在韦斯曼艺术博物馆(Weisman Art Museum)发起了名为“美丽的大脑:Santiago Ramón y Cajal 绘笔下的神经元”的巡回展览。你看,Cajal 那米罗风格的绘图仿佛在向世界讲述“神经元学说”:神经信号沿神经元的轴突向下传递,进入下一个神经元的树突,通过细胞体,再沿轴突传出,进入回路中的下一个神经元。

 

神经元-神经元之间的信号传递发生在细胞间的间隙处,也就是说,这种复杂精巧之极的结构之间的信号传递,竟然是“隔空”发生的!

 

“神经元之间看上去连续的连接部位,实际上却存在空隙”,Newman 说道:“到了19世纪90年代,Cajal 的神经元学说已经被大多数学者认可”——部分归功于 Cajal 的绘图。

 

19世纪后半叶,生物科学的中心在德国,而不是Cajal所处的西班牙,因此 Cajal 当时的工作可以说孤立无援,他甚至将论文发表在自己创建的期刊上——像是老套故事中那些不得志的艺术家。

 

但这可能“让 Cajal 不受主流观点的影响,用不带偏见的眼光来思考所有人都能观察到的现象。”——某神经学家如是写道。

 

Cajal 绘制了约2900张科学绘图。从“美丽的大脑”展出的80张来看,他的眼光绝不仅仅是“不带偏见”可以形容的。他洞悉了大脑最深处的隐秘,其清晰程度是科学发展多年所不能及的。

 

COURTESY INSTITUTO CAJAL(图2)  

 

图2  Cajal 最出名的这幅绘画,不仅以其形似秃树枝的美感而闻名,还因其囊括了神经元学说的观念而为人称道。图中描绘了一个简单的锥体细胞——大脑中最大的细胞。它长长的直指向下的轴突,胡须般的从相邻神经元接受信号的树突,以及茕茕独立的形象,都是对“神经元是独立实体”这一发现的经典描绘。  

 

COURTESY INSTITUTO CAJAL(图3)  

 

图3,1890年 图中是脑膜内的肿瘤细胞。几乎所有人都会联想到梵高的《星月夜》。这种旋涡样结构正好是该类细胞的特征。  

 

COURTESY INSTITUTO CAJAL(图4)  

 

图4,1914年 任何一份的大脑样本的脑干区域(猫的)都不会包含如此多样的受损的浦肯野神经元(Purkinje neurons)类型,但 Cajal 将它们展示在同一幅图中,以展示细胞退化的次序。细胞中心的空白区域是胞液,在受损细胞接近死亡的时候会变得越来越大。不过,脑细胞不可能是图中的企鹅形状。这大概源于 Cajal 顽皮的想象力,他从正在死亡的细胞中看到一只鸟的形象,以艺术家的笔触为严谨的科学绘图添彩。  

 

SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL(图5)  

 

图5,1876年  Cajal 选择用画笔绘制脑内世界,因为他觉得相比当时的摄影技术,绘画更能准确、完整地捕获信息。有趣的是他本人就是个摄影大师,从这张自拍便可看出。  

 

COURTESY INSTITUTO CAJAL(图6)  

 

图6,1899年 这张小鼠脊髓截面图展现了辐射状的神经胶质细胞——它们是脑细胞中得不到任何尊重的“罗德尼·丹泽菲尔德”,Cajal 猜测——后来也被证实——胶质细胞不仅仅是当时广泛认为的支持细胞,而且还能转化为神经元、调节脑内血流、影响神经元电性。尽管后来神经科学家曾一度忽略胶质细胞的作用,到20世纪60年代其重要性又被重新发现,并与 Cajal 绘图中推测的角色几乎无二。  

 

COURTESY INSTITUTO CAJAL(图7)  

 

图7,1904年  星形胶质细胞是一种典型的胶质细胞,Cajal 绝不可能在显微镜下观察到图中这么多迥然不同的形态。但在这幅儿童大脑皮层细胞中,他试图对这些烟火一般的细胞进行分类。  

 

JEFF LICHTMAN, JOSHUA SANES AND JEAN LIVET(图8)  

 

图8,2007年 这些“脑内彩虹”是2007年哈佛学者 Jeff Lichtman, Joshua Sanes 和 Jean Livet 构造的,通过遗传工程,让细胞表达绿色、黄色、橙色和红色的荧光蛋白。图中是通过共聚焦显微镜拍摄的锥体细胞,将它和Cajal画的单个锥体细胞比较一下——长长的直指向下的轴突,胡须般的从相邻神经元接受信号的树突——两者是不是很相似?

 

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