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圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔:大脑艺术家

解剖学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔以艺术家的眼光和科学家的头脑,首次看到了——并描绘了——神经元真正起作用的样子。他精美细致的绘画改变了我们对大脑和神经系统的理解。

作者:Kat McGowan
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1883年,31岁的圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔。

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西班牙解剖学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔之所以开始研究组织学,是因为它很便宜。卡哈尔身体不好,经济拮据,检查染色标本除了显微镜和耐心,几乎不需要其他东西。他无法获得当时科学界的明星——细菌学家——的昂贵工具,这使他转向研究动物组织和细胞。正如他在自传《我一生的回忆》中所说,这些“无穷小的生命中迷人的景象”激发了他推翻科学家对大脑和神经理解的想法。

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卡哈尔出生于1852年。年轻时,他自学绘画,但选择医学作为职业。在他三十多岁时,他了解到意大利人卡米洛·戈尔吉开发了一种新的组织染色方法,并用这种技术观察和绘制神经细胞,有些神经元有长而弯曲的轴突;有些则粗壮,有茂密的树突。他狂热的兴趣、艺术技巧以及对神经系统结构的不断认识,在他对脑细胞的美丽肖像和神经纤维的图表中得到了体现。他在《回忆录》中写道:“我意识到我发现了一个富饶的领域,于是我开始利用它,全身心地投入工作,不再仅仅是认真,而是狂热地工作。”“随着我的制备品中出现新的事实,想法在我脑海中涌现并相互碰撞。”

1894年,圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔绘制的视网膜线描图。| Wellcome Images

在卡哈尔的时代,普遍的观点认为大脑和神经系统形成一个“网状结构”,一个连续传导神经信号的纤维网络,通过相互连接的网络将一切联系在一起。这无疑比卡哈尔在显微镜下看到的事实——大脑充满了数十亿个大小和形状各异的微小细胞——更简单、更合理。每一个神经冲动——每一次抽搐、每一个想法——都通过从一个细胞跳到另一个细胞来在大脑中传播。因此,他在1906年获得了诺贝尔奖,与戈尔吉分享。卡哈尔还发现神经细胞是极性的,这意味着信号通过一端的树突的“灌木丛”进入细胞,然后从另一端的鞭状轴突离开。

一个多世纪后,我们拥有了能够可视化小于光波长的生命结构的机器。然而,今天的神经科学学生仍然认识到卡哈尔对神经元艺术且详尽的插图。他常被称为神经科学的奠基人之一,但或许更准确的描述是其真正的艺术家之一。感谢他的远见,我们都看到了一个全新的真理。

左图:1899年卡哈尔绘制的鸽子小脑的浦肯野细胞(A)和颗粒细胞(B)。右图:具有红色和蓝色标记突触的金字塔形细胞树突。| 右:Synapse Web / Kristen M. Harris

卡哈尔绘制的神经元捕捉到了被称为树突棘的蜘蛛状突起,那里是每个神经元与邻居交流的地方。

这些观察结果通过现代可视化的树突棘得到了证实,这些可视化是通过将电子显微镜图像转换为3D渲染而创建的。

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