Rozkoszuj się tymi cudownymi rysunkami Ojca Neuronauki

Obrazy są ikoniczne dla każdego, kto zanurzył palec u nogi w ogromnej i zagadkowej puli neuronauki: delikatny rozgałęziony wzór emanuje i otacza małą czarną plamę. Zróżnicowane grubości linii wskazują na trójwymiarową strukturę, którą opisuje rysunek, przypominającą zimą rozgałęzione drzewo. Są to rysunki neuronów hiszpańskiego neuroanatomisty Santiago Ramóna i Cajala.

powiązana zawartość

• Nauka za naszymi poszukiwaniami Waldo

W ciągu pięciu dekad pracy Cajal (1852–1935) stworzył ponad 2900 rysunków przedstawiających architekturę układu nerwowego. Niezliczone godziny dokładnej obserwacji poinformowały te rysunki i pomogły mu zrozumieć dwie podstawowe prawdy neuroanatomii. Po pierwsze, wywnioskował, że mózg składa się z wielu pojedynczych komórek, zwanych neuronami, a nie z pajęczynowej struktury połączonych komórek (widok wielu współczesnych). Po drugie, sygnały elektryczne generowane przez te komórki przepływają przez neurony w jednym kierunku: rozgałęzione dendryty odbierają puls, przekazują go do głównego ciała komórki, a następnie wzdłuż swoich aksonów - długie projekcje, które mogą łączyć odległe części mózgu.

Za swoją pracę Cajal podzielił Nagrodę Nobla z 1906 r. W dziedzinie fizjologii lub medycyny z Camillo Golgim, Włochem, który wynalazł metodę barwienia tkanek, którą Cajal widział, aby zobaczyć poszczególne neurony. Niesamowicie, minie dziesięciolecia, zanim inni badacze potwierdzą jego poglądy na temat struktury i funkcji mózgu. Teraz jest uważany za ojca współczesnej neurobiologii.

„Był geniuszem i wielkim naukowcem, który widział rzeczy, których inni nie mogli” - mówi Eric Newman, neurobiolog z University of Minnesota, który był współredaktorem nowej książki o Cajal, The Beautiful Brain: The Draws Santiago Ramón y Cajal, wraz z kolegami Alfonso Araque i Janet M. Dubinsky, także neurobiologami na uniwersytecie. Ich książka zawiera ponad 80 rysunków Cajala i jest towarzyszem wystawy podróżniczej, która zostanie otwarta 28 stycznia w Muzeum Sztuki Weisman w Minneapolis.

The Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramon y Cajal

Kupować

Jak pokazują książki i seriale, Cajal był utalentowanym artystą, a jego zdolności obserwacji doprowadziły go do bycia tytanem w historii nauki.

Surowe piękno rysunków Cajala wynika ze skomplikowanych nakazów biologii neuronów i ciemnej metody barwienia Golgiego, którą Cajal udoskonalił, ale jego praca zawiera coś więcej. Wiele zdjęć jest tak pouczających, że są one nadal używane na lekcjach neurobiologii. „Jego rysunki wciąż są najlepszymi” - mówi Newman. „Ilustrują tak wiele kluczowych punktów.” Nawet współczesne technologie obrazowania nie mogą przekroczyć elegancji, z jaką Cajal łączył formę i funkcję.

Książka podzielona jest na cztery główne części. Pierwszy wprowadza menażerię różnych typów komórek w mózgu, od bujnych rozgałęzionych neuronów Purkinje, które utrzymują ciało w pozycji wyprostowanej i zrównoważonej, po rzadkie neurony, które regulują skurcze mięśni poruszające się po jelitach.

Druga sekcja pokazuje, jak wiele komórek integruje się, tworząc systemy sensoryczne. Tutaj obrazy Cajala pokazują, jak mózg i narządy zmysłów odbierają i przetwarzają zapachy, widoki i dźwięki. Trzecia część zawiera rysunki neuronów pracujących razem w obwodach, budujących ścieżki łączące różne części mózgu lub wywołujące określone zachowania. Ostatnia część bada obrazy komórek rosnących, dzielących się i umierających.

Newman napisał podpisy do zdjęć. „Od jednego rysunku do drugiego staram się opowiedzieć historię, aby ludzie mogli dowiedzieć się o neuronauce podczas czytania” - mówi. Ale jego wyjaśnienia są dalekie od dydaktyki; zamiast tego historia układu nerwowego rozgrywa się w sposób przekonujący, w niemałym stopniu ułatwiona wizualną ucztą dzieła Cajala.

„Niektóre z rysunków wybraliśmy przede wszystkim ze względu na ich piękno”, mówi Newman. Następnie zespół musiał zagłębić się w czasopisma Cajala i oryginalne prace naukowe, aby lepiej zrozumieć kontekst i znaczenie każdego rysunku.

W książce znajduje się także esej Larry'ego W. Swansona, neurobiologa z University of Southern California, oraz inny napisany wspólnie przez Lyndela Kinga, dyrektora i głównego kustosza Weisman Art Museum oraz Erica Himmela, redaktora naczelnego Abrams Books, wydawca.

Swanson zagłębia się w życie i osiągnięcia naukowe Cajala, nazywając go „fascynującą, wielowymiarową postacią większą niż życie”. King i Himmel badają swoją sztukę i metody. Oba eseje czerpią z autobiografii mężczyzny, Recollections of My Life .

Autoportret, wykonany przez Cajala w jego laboratorium w Walencji, gdy miał około trzydziestu lat, ok. 1885. (Dzięki uprzejmości Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madryt, © 2017 CSIC) Autoportret, zrobiony przez Cajala w jego bibliotece, gdy miał trzydzieści lat. (Dzięki uprzejmości Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madryt, © 2017 CSIC) Cztery autoportrety wykonane przez Cajala w wieku 34 lat, 1886 r. (Dzięki uprzejmości Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madryt, © 2017 CSIC)

Urodzony w 1852 roku w małym miasteczku w północno-wschodniej Hiszpanii Cajal opisał siebie jako biednego studenta, nieśmiałego i nietowarzyskiego, pisze Swanson. W młodym wieku rysował kompulsywnie i chciał być artystą. Jego ojciec, miejscowy lekarz, chciał, aby był lekarzem. Obaj pogodzili się, gdy Cajal odkrył, jak bardzo fascynowało go ludzkie ciało, a jego ojciec zobaczył, jak doskonałe były jego rysunki do nauczania anatomii. Cajal uczęszczał do lokalnej szkoły medycznej.

Po zarażeniu się malarią podczas służby wojskowej, Cajal stał się zbyt słaby, aby zostać praktykującym lekarzem, zwrócił się do histologii, mikroskopijnego badania tkanek ciała. Miał też talent do poetyckich wyjaśnień: Cajal napisał, że histologia ujawniła mu „szum niespokojnego ula, który wszyscy mamy w sobie”. W samodzielnie zbudowanym laboratorium w swoim domu doskonalił swoje rzemiosło. Wizyta u Golgiego we Włoszech zapoznała go z metodą opartą na srebrze, która zabarwia kilka przypadkowych neuronów na głęboką czerń, stanowiąc podstawę jego rysunków.

Cajal często destylował obserwacje setek neuronów, aby narysować osobliwą elegancką strukturę na swoim ostatecznym obrazie. King i Himmel wykorzystują jeden ze swoich autoportretów, aby wyobrazić sobie swój typowy dzień: Cajal siedzi przy stole z kilkoma mikroskopami, opierając głowę na dłoni i wpatrując się w widza. Półki chemikaliów w szklanych butelkach i poplamionych materiałach na stole potwierdzają barwienie tkanek praktykowane na tkankach zwierzęcych, w tym na królikach, żabach i gołębiach, a także na ludzkich tkankach zwłok.

Eseiści wyjaśniają, że Cajal mógł zajrzeć przez mikroskop przed sobą i szkicować na małej powierzchni do rysowania w bok. Piszą:

Mógł zacząć rysować ołówkiem, a następnie przejrzeć go tuszem w Indiach, dodając popłuczyny lub akwarele dla obszarów tonalnych. Często spędzał poranek pod mikroskopem bez szkicowania i rysował z pamięci po południu, wracając do mikroskopu, aby potwierdzić i zrewidować swoje obserwacje; możemy zobaczyć ślady tego procesu w odciętych obszarach, z których nie był zadowolony.

Ten pracochłonny proces był kluczem do odkryć Cajala. „Można argumentować, że był po prostu znacznie lepszym obserwatorem i potrafił zinterpretować to, na co patrzył pod mikroskopem” - mówi Newman.

Dla Newmana praca Cajala ma szczególny rezonans. Badania własne Newmana koncentrują się na nieneuronalnych komórkach w mózgu zwanych glejami. Tradycyjnie komórki te uważano za pasywne komórki wspierające, drugie skrzypce neuronów. Dopiero w ostatnich latach pomysł ten został obalony. Komórki glejowe są głównymi graczami, które zachęcają i przycinają połączenia między neuronami, pomagają modulować sygnalizację neuronów i regulują przepływ krwi w mózgu. W jeszcze innym przykładzie jego wglądu, Cajal rozpoznał znaczenie komórek glejowych ponad sto lat temu.

„W rzeczywistości zaproponował wiele funkcji komórek glejowych, o których wiemy, że są prawdziwe” - mówi Newman.

Książkę zamyka ostatni esej Dubinsky'ego, który przedstawia i wyjaśnia obrazy mózgu i jego struktur stworzonych nowoczesnymi technikami i opublikowanymi dzisiaj w czasopismach naukowych. Należą do nich mysz Brainbow, która nosi neurony, które fluoryzują w około 100 różnych kolorach, oraz cyfrowa rekonstrukcja samego końca aksonu - oparta na skaningowych mikroskopach elektronowych i eksperymentach identyfikujących białko - wypełniona chemicznymi posłańcami czekającymi na wylanie i wysłanie informacje do następnej komórki. Ich wielobarwny blask podkreśla to, co zrobił Cajal, a także postępy zrozumienia naukowców od jego czasów.

Nawet nieśmiali naukowcy potrafią docenić wizualną świetność rysunków Cajala i to, jak dokładnie oświecili tajemnice mózgu, które mogą wydawać się równie zniechęcające jak sam wszechświat. „Kiedy dziś patrzymy na jego rysunki” - piszą King i Himmel w swoim eseju - „nie widzimy schematów ani argumentów, ale pierwszy wyraźny obraz tej odległej granicy, narysowany przez człowieka, który podróżował najdalej w jej nieskończone granice”.

The Beautiful Brain został opublikowany 17 stycznia i jest dostępny do zakupu. Wystawa towarzysząca z oryginalnymi rysunkami Cajala znajduje się w Muzeum Sztuki Weisman w Minneapolis w dniach 28 stycznia - 21 maja. Przez cały rok i do wiosny 2019 r. Odbędzie się w Vancouver w Kanadzie; Nowy Jork; Cambridge, Massachusetts; i wreszcie Chapel Hill, Karolina Północna.