神經(jīng)科學(xué)群星燦爛1 ?+ o) L1 q6 E- p' {9 A, F3 b
諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)設(shè)立于1901年，100年來(lái)，至少有30位與神經(jīng)科學(xué)有關(guān)的科學(xué)家獲獎(jiǎng)，表明了神經(jīng)科學(xué)所取得的巨大成就。下面進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，以反映本世紀(jì)神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展軌跡。
6 I" R1 ^ ]% O: o4 _; s 一、神經(jīng)解剖學(xué)——建立神經(jīng)元學(xué)說(shuō)/ n7 R4 f& [+ h9 D
顯微鏡發(fā)明后，神經(jīng)解剖學(xué)的一個(gè)最重要的進(jìn)展是意大利解剖學(xué)家戈?duì)柤?(C.Golgi)所創(chuàng)造的一種神經(jīng)組織選擇性染色方法，他于1879年將腦徒手切成薄片，用鉻酸鹽－漬銀法染色，在顯微鏡下看到了神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，通過(guò)系統(tǒng)地觀察Golgi法染色的腦組織切片，就可以確定神經(jīng)細(xì)胞的種種類型。這是神經(jīng)科學(xué)史上一項(xiàng)重大突破。
* ~. B. j3 f9 f) t% O) U! I0 a6 E 與戈?duì)柤就瑫r(shí)代的西班牙科學(xué)家S.R. Cajal (拉蒙－卡哈爾)，盡畢生精力，應(yīng)用并改進(jìn)了Golgi的方法。1903年建立了還原硝酸銀染色法，能顯示最細(xì)微的神經(jīng)末梢，用此法對(duì)脊神經(jīng)在脊髓內(nèi)的分布作了大量的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元與神經(jīng)元之間沒(méi)有原生質(zhì)聯(lián)系，僅有接觸關(guān)系。這種二個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元之間的“接觸”，后來(lái)被英國(guó)學(xué)者謝靈頓命名為“突觸”。戈?duì)柤竞涂ü栂群笈浜?，提出?#8220;神經(jīng)系統(tǒng)是由分開(kāi)的、邊界明確的細(xì)胞通過(guò)高度有序的、特異的突觸連結(jié)而成的神經(jīng)元學(xué)說(shuō)”，為爾后對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的功能研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，從而共享1906年諾貝爾獎(jiǎng)。
二、神經(jīng)生理學(xué)——揭示神經(jīng)元信息傳遞方式& k; O! E" U( d, e9 `5 |
謝靈頓 (C. S. Sherrington)，英國(guó)牛津大學(xué)生理學(xué)教授，通過(guò)詳細(xì)研究膝跳反射，認(rèn)為反射是神經(jīng)系統(tǒng)基本的活動(dòng)形式。于1897年首先提出突觸的概念，即傳入神經(jīng)纖維的末梢在脊髓中與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的樹(shù)突或胞體形成“突觸”，可使互不連結(jié)的神經(jīng)元得以互通信息，完成一個(gè)反射。他的工作為其后神經(jīng)反射的研究奠定了基礎(chǔ)。關(guān)于“突觸”的概念在神經(jīng)科學(xué)中的作用就向“神經(jīng)元”這個(gè)概念一樣重大。1925年，英國(guó)劍橋大學(xué)生理學(xué)教授艾德里安(E. D. Adrian) 利用弦線電流計(jì)首次在單根神經(jīng)纖維上記錄到電活動(dòng)，即神經(jīng)沖動(dòng)。他發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元均以短暫的電脈沖群通過(guò)其纖維相互傳遞信息，這些脈沖大小不變，只是頻率各異，最高可達(dá)每秒1000次。這一普遍規(guī)律的發(fā)現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代神經(jīng)生理學(xué)研究的新紀(jì)元。這兩位英國(guó)學(xué)者共同獲得1932年諾貝爾獎(jiǎng)。! k- w- Q6 j8 R7 |9 W
謝靈頓認(rèn)為神經(jīng)沖動(dòng)沿傳出神經(jīng)纖維到達(dá)下一個(gè)神經(jīng)元或支配肌肉細(xì)胞是通過(guò)電興奮來(lái)傳遞的。是否還存在其它的方式？這是當(dāng)時(shí)的研究熱點(diǎn)。
1 d# ?* [& L3 R1921年，德國(guó)科學(xué)家勒維（O．Loewi）進(jìn)行了一個(gè)著名的“蛙心交叉灌流實(shí)驗(yàn)”。蛙的心臟受迷走神經(jīng)支配，電刺激蛙迷走神經(jīng)，蛙心跳即被抑制。如果用液體灌流被電刺激的蛙心，把灌流液注入另一個(gè)未受刺激的蛙心臟，后者也被抑制。證明迷走神經(jīng)末梢能分泌出某種“迷走物質(zhì)”，抑制心臟活動(dòng)。后被證實(shí)該物質(zhì)即乙酰膽堿。戴爾（H．H．Dale），英國(guó)科學(xué)家，他在1930年證明副交感神經(jīng)（包括迷走神經(jīng)）末梢能分泌出乙酰膽堿，而且證明交感神經(jīng)的節(jié)前纖維和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢也都能分泌乙酰膽堿。由于他們將神經(jīng)化學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的研究方法結(jié)合起來(lái)，相繼確認(rèn)了突觸傳遞的神經(jīng)遞質(zhì)，建立了突觸的化學(xué)傳遞學(xué)說(shuō)。戴爾的開(kāi)創(chuàng)性工作對(duì)神經(jīng)藥理學(xué)的創(chuàng)建起到了不可磨滅的作用。1936年這兩位科學(xué)家同獲諾貝爾獎(jiǎng)。
三、神經(jīng)生物物理學(xué)――發(fā)明腦研究?jī)x器
- z8 n& u3 X9 W 兩位美國(guó)科學(xué)家厄蘭格 (J. Erlanger) 和蓋塞 (H. S. Gasser) 發(fā)明了陰極射線示波器，可以記錄神經(jīng)纖維上微小的電變化，即動(dòng)作電位。并證明神經(jīng)纖維越粗，傳導(dǎo)沖動(dòng)的速度越快，可根據(jù)沖動(dòng)傳導(dǎo)的速度將神經(jīng)纖維分為A、B、C三類。這一方法學(xué)進(jìn)步為深入細(xì)致的電生理研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，他們也因此獲得1944年諾貝爾獎(jiǎng)。* b4 C4 U( w" J! D0 E4 S( O) T
瑞士學(xué)者赫斯 (W. R. Hess) 發(fā)明了腦立體定位儀，可以根據(jù)一定坐標(biāo)將電極插入動(dòng)物腦的特定核團(tuán)進(jìn)行刺激或損毀，從而開(kāi)啟了在自由活動(dòng)的動(dòng)物上進(jìn)行腦深部研究的大門。他獲得1949年諾貝爾獎(jiǎng)。
7 z4 s; g0 V+ O 以上兩項(xiàng)方法學(xué)進(jìn)步，為進(jìn)一步研究腦功能創(chuàng)造了必要條件。
四、神經(jīng)電生理學(xué)——揭示動(dòng)作電位和突觸電位的離子基礎(chǔ)1 {# p7 C2 B* }3 z
澳大利亞生理學(xué)家?？藸査?(J. C. Eccles)是謝靈頓的學(xué)生。他把微電極插入貓脊髓的前角細(xì)胞內(nèi)記錄電活動(dòng)，還記錄神經(jīng)與肌肉接頭處的終板電位，發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)與神經(jīng)元之間突觸電位很相似，并且還證明突觸部位不僅有興奮性遞質(zhì)，還有抑制性遞質(zhì)，證實(shí)了謝靈頓晚年強(qiáng)調(diào)的抑制性突觸的存在。兩位英國(guó)生理學(xué)家霍奇金(A. L. Hodgkin)和赫克斯利(A. F. Haxley)共同合作，利用微電極和陰極射線示波器為武器，以槍烏賊的巨大神經(jīng)纖維為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，深入研究神經(jīng)纖維上的動(dòng)作電位，描述了安靜時(shí)的靜息電位和神經(jīng)沖動(dòng)到來(lái)時(shí)的動(dòng)作電位，即這些電變化是細(xì)胞膜對(duì)Na+和K+的通透性發(fā)生一系列先后相繼的變化而產(chǎn)生的結(jié)果，并用計(jì)算機(jī)編制了一個(gè)計(jì)算動(dòng)作電位各項(xiàng)參數(shù)的理論公式，與實(shí)際情況非常吻合。這些理論性研究成為電生理的經(jīng)典著作，也為心電圖等的臨床應(yīng)用開(kāi)辟了道路。以上三位學(xué)者共享1963年諾貝爾獎(jiǎng)。/ e/ n0 I# ^! C6 m( F6 Q
卡茨（B. Katz）是一們德國(guó)生理學(xué)家。他與霍奇金共同研究神經(jīng)動(dòng)作電位，還用微電極在神經(jīng)肌肉接頭處記錄了微終板電位，認(rèn)為單根神經(jīng)末梢自發(fā)放出單個(gè)囊泡中所含有的乙酰膽堿，可以引起一個(gè)極微小的終板電位。當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)到來(lái)時(shí)，許多神經(jīng)末梢同時(shí)釋放出大量的乙酰膽堿，可引起終板電位。這些研究為神經(jīng)末梢的“量子釋放”理論打下了基礎(chǔ)?？ù挠谄渌麅晌豢茖W(xué)家共享1970年諾貝爾獎(jiǎng)。
) Q5 Q; x, _( ?2 o3 {9 n/ r' r 由于他們的杰出工作，使得微電極[尖端極細(xì)(? 1微米)的金屬絲或玻璃細(xì)管]為標(biāo)志的近代電生理技術(shù)開(kāi)始逐漸主導(dǎo)神經(jīng)生理的研究。
五、神經(jīng)藥理學(xué)――發(fā)現(xiàn)交感神經(jīng)的神經(jīng)遞質(zhì)
. y1 m9 q+ I- T' q 奧伊勒 (U. Von. Euler)，是瑞典生理學(xué)家、神經(jīng)化學(xué)與神經(jīng)藥理學(xué)的奠基人之一。1946年，奧伊勒發(fā)現(xiàn)交感神經(jīng)末梢釋放的神經(jīng)遞質(zhì)是去甲腎上腺素（NA），并深入研究了NA的生成、儲(chǔ)存、釋放、重?cái)z取等整套的代謝過(guò)程。美國(guó)生物化學(xué)家、分子藥理學(xué)的創(chuàng)始人之一阿克塞爾羅德（J. Axelrod），從1949年起集中研究?jī)翰璺影吩谏矬w內(nèi)的代謝過(guò)程，并發(fā)現(xiàn)可卡因、苯丙胺等可以阻斷兒茶酚胺的重?cái)z取過(guò)程，為研制治療高血壓、帕金森病藥物開(kāi)創(chuàng)新途徑。奧伊勒和阿克塞爾羅德的工作相輔相成，在發(fā)展神經(jīng)化學(xué)、神經(jīng)藥理學(xué)方面作出巨大貢獻(xiàn)，他們與卡茨一起共獲得1970年諾貝爾獎(jiǎng)。
六、神經(jīng)精神病學(xué)――揭示腦的結(jié)構(gòu)和功能
2 e6 h1 O r2 D6 |! C 1952年，美國(guó)科學(xué)家斯佩里（R. W. Sperry）進(jìn)行了分裂腦的研究。他將貓和猴的大腦兩半球之間的胼胝體切斷，發(fā)現(xiàn)兩半球各自保留自身的學(xué)習(xí)能力，但兩半球之間不再進(jìn)行信息傳遞。以后斯佩里又將癲癇病人聯(lián)系左右腦的胼胝體切斷作為治療措施，并進(jìn)行細(xì)致研究，發(fā)現(xiàn)左腦偏重抽象思維，右腦偏重空間認(rèn)識(shí)。' O8 E6 i" h7 f: J: d$ Q
美國(guó)神經(jīng)生理學(xué)家休伯爾（D.H. Hubel）與瑞典醫(yī)學(xué)家威塞爾（T.N. Wiesel）共同合作，深入研究了與視覺(jué)有關(guān)的大腦皮層的結(jié)構(gòu)和功能。得到兩方面重要發(fā)現(xiàn)：①大腦不同部位有職能分工，視覺(jué)皮層以細(xì)胞柱為功能單位，分別有取向柱（分辨線條的方向）和優(yōu)勢(shì)柱（分別以左眼和右眼作為優(yōu)勢(shì)眼），對(duì)視覺(jué)信息進(jìn)行加工。②出生早期視覺(jué)皮層的發(fā)育受環(huán)境影響，具有可塑性。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)了解大腦皮層的信息加工規(guī)律有重要價(jià)值。
! S5 A$ O+ G0 @4 z, B以上三位科學(xué)家共享1981年諾貝爾獎(jiǎng)。
七、分子生物學(xué)方法引入神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域& [& C) _& I( p3 Q4 T
意大利神經(jīng)生物學(xué)家蒙塔西尼（L. Montalcini）由于發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)生長(zhǎng)因子而榮獲1986年諾貝爾獎(jiǎng)。這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于神經(jīng)缺陷的修復(fù)，而且?guī)?dòng)了許多新的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的發(fā)現(xiàn)。
9 D3 O4 {. E# f* y/ }, ~德國(guó)電生理學(xué)家尼爾（E. Neher）和薩克曼（B. Sakmann）應(yīng)用改進(jìn)的膜片鉗技術(shù)，可以記錄細(xì)胞膜上單個(gè)離子通道的電流量，從而在電生理學(xué)和分子生物學(xué)之間架起了一座橋梁，為從分子水平闡明神經(jīng)元活動(dòng)打下基礎(chǔ)。他們因而雙雙榮獲1991年諾貝爾獎(jiǎng)。
八、細(xì)胞與分子生物學(xué)――揭示跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理
5 P8 e, m4 |1 c1 Z, f( Q A. Carlsson(阿爾維德-卡爾森)，瑞典神經(jīng)藥理學(xué)家。他首先發(fā)現(xiàn)了多巴胺是腦中一種極其重要的神經(jīng)遞質(zhì)，并且揭示了多巴胺對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制的重要性，而在此之前只是把它作為去甲腎上腺素合成過(guò)程中一種微不足道的中間產(chǎn)物。他意識(shí)到，患帕金森病的根本原因是由于人腦基底神經(jīng)節(jié)缺少多巴胺，于是發(fā)現(xiàn)了治療帕金森病的藥物－左旋多巴（L-DOPA）。他還證明了多巴胺對(duì)人的精神情感控制的重要性，從而進(jìn)一步闡明了治療精神分裂癥藥物的作用機(jī)制。
+ I" }& a* w, A& T) k h P. Greengard(保羅-格林加德)，美國(guó)神經(jīng)分子生物學(xué)家。他闡明了多巴胺及其它一些神經(jīng)遞質(zhì)作用的分子機(jī)制。他發(fā)現(xiàn)，多巴胺首先作用于細(xì)胞表面的受體，繼而誘發(fā)一個(gè)能夠影響某些“關(guān)鍵蛋白質(zhì)”的連鎖反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的各種功能。這些“關(guān)鍵蛋白質(zhì)”的磷酸化和去磷酸化時(shí)會(huì)導(dǎo)致其形態(tài)和功能上的改變。通過(guò)這種機(jī)制，神經(jīng)遞質(zhì)能夠?qū)⑿畔囊粋€(gè)神經(jīng)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。7 g5 L, N n! p& S5 u% K
E.R. Kandel(埃里克-坎德?tīng)?，美國(guó)神經(jīng)生物學(xué)家。他揭示了神經(jīng)突觸功能改變的模式及其相關(guān)的分子機(jī)制。他采用海兔的神經(jīng)系統(tǒng)作為模型顯示了在學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中突觸功能是如何改變的。他證明了突觸中的蛋白磷酸化在短期記憶的產(chǎn)生過(guò)程中扮演著一個(gè)重要的角色；而對(duì)于長(zhǎng)期記憶的產(chǎn)生，蛋白質(zhì)合成是必不可少的，因?yàn)樗梢詫?dǎo)致突觸形態(tài)和功能的轉(zhuǎn)變。7 \% o* R- b: P6 F% q- w2 H
這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解腦在正常情況下的運(yùn)作原理以及在信號(hào)傳導(dǎo)異常情況下會(huì)引發(fā)何種腦疾病將產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)已導(dǎo)致醫(yī)藥研制領(lǐng)域獲得重大進(jìn)展。為此，三位科學(xué)家共享本世紀(jì)末2000年諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠。
