神經(jīng)科學群星燦爛1 ?+ o) L1 q6 E- p' {9 A, F3 b
諾貝爾生理學和醫(yī)學獎設(shè)立于1901年，100年來，至少有30位與神經(jīng)科學有關(guān)的科學家獲獎，表明了神經(jīng)科學所取得的巨大成就。下面進行簡要的介紹，以反映本世紀神經(jīng)科學的發(fā)展軌跡。
6 I" R1 ^ ]% O: o4 _; s 一、神經(jīng)解剖學——建立神經(jīng)元學說/ n7 R4 f& [+ h9 D
顯微鏡發(fā)明后，神經(jīng)解剖學的一個最重要的進展是意大利解剖學家戈爾季 (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)細胞，通過系統(tǒng)地觀察Golgi法染色的腦組織切片，就可以確定神經(jīng)細胞的種種類型。這是神經(jīng)科學史上一項重大突破。
* ~. B. j3 f9 f) t% O) U! I0 a6 E 與戈爾季同時代的西班牙科學家S.R. Cajal (拉蒙－卡哈爾)，盡畢生精力，應用并改進了Golgi的方法。1903年建立了還原硝酸銀染色法，能顯示最細微的神經(jīng)末梢，用此法對脊神經(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)元之間沒有原生質(zhì)聯(lián)系，僅有接觸關(guān)系。這種二個或多個神經(jīng)元之間的“接觸”，后來被英國學者謝靈頓命名為“突觸”。戈爾季和卡哈爾先后配合，提出了“神經(jīng)系統(tǒng)是由分開的、邊界明確的細胞通過高度有序的、特異的突觸連結(jié)而成的神經(jīng)元學說”，為爾后對神經(jīng)系統(tǒng)的功能研究打下堅實基礎(chǔ)，從而共享1906年諾貝爾獎。
二、神經(jīng)生理學——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)，英國牛津大學生理學教授，通過詳細研究膝跳反射，認為反射是神經(jīng)系統(tǒng)基本的活動形式。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動神經(jīng)元的樹突或胞體形成“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)科學中的作用就向“神經(jīng)元”這個概念一樣重大。1925年，英國劍橋大學生理學教授艾德里安(E. D. Adrian) 利用弦線電流計首次在單根神經(jīng)纖維上記錄到電活動，即神經(jīng)沖動。他發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元均以短暫的電脈沖群通過其纖維相互傳遞信息，這些脈沖大小不變，只是頻率各異，最高可達每秒1000次。這一普遍規(guī)律的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了現(xiàn)代神經(jīng)生理學研究的新紀元。這兩位英國學者共同獲得1932年諾貝爾獎。! k- w- Q6 j8 R7 |9 W
謝靈頓認為神經(jīng)沖動沿傳出神經(jīng)纖維到達下一個神經(jīng)元或支配肌肉細胞是通過電興奮來傳遞的。是否還存在其它的方式？這是當時的研究熱點。
1 d# ?* [& L3 R1921年，德國科學家勒維（O．Loewi）進行了一個著名的“蛙心交叉灌流實驗”。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。后被證實該物質(zhì)即乙酰膽堿。戴爾（H．H．Dale），英國科學家，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)前纖維和運動神經(jīng)末梢也都能分泌乙酰膽堿。由于他們將神經(jīng)化學和神經(jīng)生理學的研究方法結(jié)合起來，相繼確認了突觸傳遞的神經(jīng)遞質(zhì)，建立了突觸的化學傳遞學說。戴爾的開創(chuàng)性工作對神經(jīng)藥理學的創(chuàng)建起到了不可磨滅的作用。1936年這兩位科學家同獲諾貝爾獎。
三、神經(jīng)生物物理學――發(fā)明腦研究儀器
- z8 n& u3 X9 W 兩位美國科學家厄蘭格 (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，即動作電位。并證明神經(jīng)纖維越粗，傳導沖動的速度越快，可根據(jù)沖動傳導的速度將神經(jīng)纖維分為A、B、C三類。這一方法學進步為深入細致的電生理研究打下堅實基礎(chǔ)，他們也因此獲得1944年諾貝爾獎。* b4 C4 U( w" J! D0 E4 S( O) T
瑞士學者赫斯 (W. R. Hess) 發(fā)明了腦立體定位儀，可以根據(jù)一定坐標將電極插入動物腦的特定核團進行刺激或損毀，從而開啟了在自由活動的動物上進行腦深部研究的大門。他獲得1949年諾貝爾獎。
7 z4 s; g0 V+ O 以上兩項方法學進步，為進一步研究腦功能創(chuàng)造了必要條件。
四、神經(jīng)電生理學——揭示動作電位和突觸電位的離子基礎(chǔ)1 {# p7 C2 B* }3 z
澳大利亞生理學家?？藸査?(J. C. Eccles)是謝靈頓的學生。他把微電極插入貓脊髓的前角細胞內(nèi)記錄電活動，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)，證實了謝靈頓晚年強調(diào)的抑制性突觸的存在。兩位英國生理學家霍奇金(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)纖維為實驗對象，深入研究神經(jīng)纖維上的動作電位，描述了安靜時的靜息電位和神經(jīng)沖動到來時的動作電位，即這些電變化是細胞膜對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，并用計算機編制了一個計算動作電位各項參數(shù)的理論公式，與實際情況非常吻合。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用開辟了道路。以上三位學者共享1963年諾貝爾獎。/ e/ n0 I# ^! C6 m( F6 Q
卡茨（B. Katz）是一們德國生理學家。他與霍奇金共同研究神經(jīng)動作電位，還用微電極在神經(jīng)肌肉接頭處記錄了微終板電位，認為單根神經(jīng)末梢自發(fā)放出單個囊泡中所含有的乙酰膽堿，可以引起一個極微小的終板電位。當神經(jīng)沖動到來時，許多神經(jīng)末梢同時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家共享1970年諾貝爾獎。
) 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(? 1微米)的金屬絲或玻璃細管]為標志的近代電生理技術(shù)開始逐漸主導神經(jīng)生理的研究。
五、神經(jīng)藥理學――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)，是瑞典生理學家、神經(jīng)化學與神經(jīng)藥理學的奠基人之一。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、儲存、釋放、重攝取等整套的代謝過程。美國生物化學家、分子藥理學的創(chuàng)始人之一阿克塞爾羅德（J. Axelrod），從1949年起集中研究兒茶酚胺在生物體內(nèi)的代謝過程，并發(fā)現(xiàn)可卡因、苯丙胺等可以阻斷兒茶酚胺的重攝取過程，為研制治療高血壓、帕金森病藥物開創(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、神經(jīng)藥理學方面作出巨大貢獻，他們與卡茨一起共獲得1970年諾貝爾獎。
六、神經(jīng)精神病學――揭示腦的結(jié)構(gòu)和功能
2 e6 h1 O r2 D6 |! C 1952年，美國科學家斯佩里（R. W. Sperry）進行了分裂腦的研究。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習能力，但兩半球之間不再進行信息傳遞。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，并進行細致研究，發(fā)現(xiàn)左腦偏重抽象思維，右腦偏重空間認識。' O8 E6 i" h7 f: J: d$ Q
美國神經(jīng)生理學家休伯爾（D.H. Hubel）與瑞典醫(yī)學家威塞爾（T.N. Wiesel）共同合作，深入研究了與視覺有關(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，視覺皮層以細胞柱為功能單位，分別有取向柱（分辨線條的方向）和優(yōu)勢柱（分別以左眼和右眼作為優(yōu)勢眼），對視覺信息進行加工。②出生早期視覺皮層的發(fā)育受環(huán)境影響，具有可塑性。這些發(fā)現(xiàn)對了解大腦皮層的信息加工規(guī)律有重要價值。
! S5 A$ O+ G0 @4 z, B以上三位科學家共享1981年諾貝爾獎。
七、分子生物學方法引入神經(jīng)科學研究領(lǐng)域& [& C) _& I( p3 Q4 T
意大利神經(jīng)生物學家蒙塔西尼（L. Montalcini）由于發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)生長因子而榮獲1986年諾貝爾獎。這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于神經(jīng)缺陷的修復，而且?guī)恿嗽S多新的神經(jīng)營養(yǎng)因子的發(fā)現(xiàn)。
9 D3 O4 {. E# f* y/ }, ~德國電生理學家尼爾（E. Neher）和薩克曼（B. Sakmann）應用改進的膜片鉗技術(shù)，可以記錄細胞膜上單個離子通道的電流量，從而在電生理學和分子生物學之間架起了一座橋梁，為從分子水平闡明神經(jīng)元活動打下基礎(chǔ)。他們因而雙雙榮獲1991年諾貝爾獎。
八、細胞與分子生物學――揭示跨膜信號轉(zhuǎn)導機理
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于運動控制的重要性，而在此之前只是把它作為去甲腎上腺素合成過程中一種微不足道的中間產(chǎn)物。他意識到，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人的精神情感控制的重要性，從而進一步闡明了治療精神分裂癥藥物的作用機制。
+ I" }& a* w, A& T) k h P. Greengard(保羅-格林加德)，美國神經(jīng)分子生物學家。他闡明了多巴胺及其它一些神經(jīng)遞質(zhì)作用的分子機制。他發(fā)現(xiàn)，多巴胺首先作用于細胞表面的受體，繼而誘發(fā)一個能夠影響某些“關(guān)鍵蛋白質(zhì)”的連鎖反應，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)細胞的各種功能。這些“關(guān)鍵蛋白質(zhì)”的磷酸化和去磷酸化時會導致其形態(tài)和功能上的改變。通過這種機制，神經(jīng)遞質(zhì)能夠?qū)⑿畔囊粋€神經(jīng)細胞傳遞給另一個神經(jīng)細胞。7 g5 L, N n! p& S5 u% K
E.R. Kandel(埃里克-坎德爾)，美國神經(jīng)生物學家。他揭示了神經(jīng)突觸功能改變的模式及其相關(guān)的分子機制。他采用海兔的神經(jīng)系統(tǒng)作為模型顯示了在學習記憶過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)生過程中扮演著一個重要的角色；而對于長期記憶的產(chǎn)生，蛋白質(zhì)合成是必不可少的，因為它可以導致突觸形態(tài)和功能的轉(zhuǎn)變。7 \% o* R- b: P6 F% q- w2 H
這些發(fā)現(xiàn)對于理解腦在正常情況下的運作原理以及在信號傳導異常情況下會引發(fā)何種腦疾病將產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)已導致醫(yī)藥研制領(lǐng)域獲得重大進展。為此，三位科學家共享本世紀末2000年諾貝爾獎的桂冠。
