Åben sig i disse vidunderlige tegninger af Neuroscience Faderen

Billederne er ikoniske for enhver, der har dyppet en tå i den store og gådefulde pulje af neurovidenskab: Et delikat forgreningsmønster udspringer fra og omgiver en lille sort plet. Varierede linievægte antyder den tredimensionelle struktur, som tegningen beskriver, der minder om et bare grenet træ om vinteren. Dette er den spanske neuroanatomist Santiago Ramón y Cajals tegninger af neuroner.

Relateret indhold

• Videnskaben bag vores søgning efter Waldo

I løbet af fem årtiers arbejde skabte Cajal (1852-1935) mere end 2.900 tegninger, der detaljerede nervesystemets arkitektur. Utallige timers nøje observation informerede disse tegninger og hjalp ham med at indse to grundlæggende sandheder om neuroanatomi. Først udledte han, at hjernen var sammensat af mange individuelle celler, kaldet neuroner, snarere end en spindelvevlignende struktur af smeltede celler (synet af mange af hans samtidige). For det andet genererer de elektriske signaler disse celler strøm gennem neuroner i en retning: forgrenede dendriter modtager pulsen, passerer den til hovedcellelegemet og derefter langs deres aksoner - lange fremspring, der kan forbinde fjerne dele af hjernen.

Til sit arbejde delte Cajal Nobelprisen i fysiologi eller medicin fra 1906 med Camillo Golgi, en italienske, der opfandt den vævfarvningsmetode, som Cajal brugte til at se individuelle neuroner. Utroligt nok ville det gå årtier, før andre forskere kunne bekræfte hans syn på hjernens struktur og funktion. Nu indrømmes han som far til moderne neurovidenskab.

”Han var et geni og en stor videnskabsmand, der var i stand til at se ting, andre ikke kunne, ” siger Eric Newman, en neurovidenskabsmand fra University of Minnesota, der co-redigerede en ny bog om Cajal, The Beautiful Brain: Tegningerne af Santiago Ramón y Cajal med kollegerne Alfonso Araque og Janet M. Dubinsky, også neurovidenskabsmænd på universitetet. Deres bog indeholder mere end 80 af Cajls tegninger og er ledsager til en rejseudstilling, der åbner 28. januar på Weisman Art Museum i Minneapolis.

Den smukke hjerne: tegningerne af Santiago Ramon y Cajal

Købe

Som bogen og showet demonstrerer, var Cajal en dygtig kunstner, og hans observationsstyrker førte til, at han blev titan i videnskabshistorie.

Den skarpe skønhed af Cajls tegninger stammer fra de indviklede dikter af neuronbiologi og den mørke Golgi-farvningsmetode, som Cajal har perfektioneret, men hans arbejde indeholder noget mere. Mange af billederne er så informative, at de stadig bruges i neurobiologiklasser i dag. ”Hans tegninger er stadig de bedste tegninger, ” siger Newman. ”De illustrerer så mange nøglepunkter.” Selv moderne billedteknologiteknologier kan ikke overgå den elegance, som Cajal forbinder form og funktion med.

Bogen er opdelt i fire større sektioner. Den første introducerer menageriet af forskellige celletyper i hjernen fra de sprudlende forgrenende Purkinje-neuroner, der holder kroppen opret og afbalanceret til sparsomme neuroner, der regulerer muskelsammensætningerne, der bevæger mad gennem tarmen.

Det andet afsnit viser, hvordan disse mange celler integreres for at skabe sensoriske systemer. Her udforsker Cajals billeder, hvordan hjernen og sanseorganerne modtager og behandler lugt, seværdigheder og lyde. Det tredje afsnit inkluderer tegninger af neuroner, der arbejder sammen i kredsløb, bygger veje, der forbinder forskellige dele af hjernen eller giver anledning til visse opførsler. Det sidste afsnit udforsker billeder af celler, der vokser, opdeler og dør.

Newman skrev billedtekstene til billederne. ”Fra en tegning til den næste prøver jeg at fortælle en historie, så folk kan lære om neurovidenskab, når de læser, ” siger han. Men hans forklaringer er langt fra didaktiske; I stedet udspiller historien om nervesystemet sig overbevisende, lettet i ikke en mindre del af den visuelle behandling af Cajls arbejde.

”Nogle af tegningerne valgte vi primært på grund af deres skønhed, ” siger Newman. Derefter måtte teamet dykke ned i Cajals tidsskrifter og originale videnskabelige artikler for bedre at forstå konteksten og betydningen af ​​hver tegning.

Bogen indeholder også et essay af Larry W. Swanson, en neurobiolog ved University of Southern California, og et andet co-skrevet af Lyndel King, direktør og chefkurator for Weisman Art Museum, og Eric Himmel, redaktør i Chief of Abrams Books, udgiveren.

Swanson kaster sig ind i Cajals liv og videnskabelige præstationer og kalder ham "en fascinerende, flerdimensionel, større karakter end livet." King og Himmel udforske hans kunst og metoder. Begge essays trækker fra mandens selvbiografi, Recollections of My Life .

Selvportræt, taget af Cajal i sit laboratorium i Valencia, da han var i begyndelsen af ​​trediverne, ca. 1885. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) Selvportræt, taget af Cajal på sit bibliotek, da han var i tredive. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) Fire selvportrætter taget af Cajal da han var 34 år gammel, 1886. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC)

Han blev født i 1852 i en lille by i det nordøstlige Spanien og beskrev sig selv som en fattig studerende, genert og usocial, skriver Swanson. I ung alder trak han tvangsmæssigt og ville være kunstner. Hans far, en lokal læge, ville have ham til at være en læge. De to forsonede sig, da Cajal opdagede, hvor meget den menneskelige krop fascinerede ham, og hans far så, hvor fremragende hans tegninger var til undervisning i anatomi. Cajal gik på en lokal medicinskole.

Efter at malaria blev kontraheret under hærens lægetjeneste efterlod Cajal for svag til at blive praktiserende læge, vendte han sig til histologi, den mikroskopiske undersøgelse af kropsvæv. Han havde også en flair til poetisk forklaring: Cajal skrev, at histologien afslørede for ham ”brummen fra den rastløse bikuber, som vi alle har inden i os.” På et selvbygget laboratorium i hans hjem fandt han sit håndværk. Et besøg i Golgi i Italien introducerede ham til den sølvbaserede metode, der pletter nogle få tilfældige neuroner dybt sort, hvilket danner grundlag for hans tegninger.

Cajal destillerede ofte observationer af hundreder af neuroner for at tegne den entydige elegante struktur i sit endelige billede. King og Himmel bruger en af ​​sine selvportrætter til at forestille sig sin typiske dag: Cajal sidder ved et bord, der holder flere mikroskoper, hviler hovedet på hånden og ser på beskueren. Hylder med kemikalier i glasflasker og farvet klud på bordet attesterer vævfarvning, der er praktiseret på dyrevæv, inklusive dem fra kaniner, frøer og duer samt på humant kadavervæv.

Essayisterne forklarer, at Cajal kunne kikke gennem mikroskopet foran ham og tegne på en lille tegneoverflade til siden. De skriver:

Han kan muligvis starte en tegning i blyant og derefter senere gå over det i Indien blæk, tilføje blækvask eller akvarel til tonearealer. Ofte tilbragte han en morgen ved mikroskopet uden at tegne overhovedet og trække ud af hukommelsen om eftermiddagen og vende tilbage til mikroskopet for at bekræfte og revidere hans observationer; vi kan se spor af processen i hvide områder, som han ikke var tilfreds med.

Denne møysommelige proces var nøglen til Cajls opdagelser. "Man kunne hævde, at han bare var en meget bedre iagttager og i stand til at fortolke, hvad han kiggede på under mikroskopet, " siger Newman.

For Newman bærer Cajals arbejde særlig resonans. Newmans egen forskning fokuserer på ikke-neuronale celler i hjernen kaldet glia. Traditionelt er disse celler blevet betragtet som passive understøttelsesceller, den anden fede til neuroner. Først i de senere år er denne idé væltet. Gliaceller er store spillere, der tilskynder og beskær forbindelserne mellem neuroner, hjælper med at modulere neuronsignaler og regulerer blodgennemstrømningen i hjernen. I endnu et eksempel på hans indsigt anerkendte Cajal glialcellernes betydning for mere end et århundrede siden.

"Han foreslog faktisk mange af funktionerne i gliaceller, som vi nu finder ud af, er sandt, " siger Newman.

Bogen lukkes med et sidste essay af Dubinsky, der giver og forklarer billeder af hjernen og dens strukturer skabt med moderne teknikker og offentliggjort i videnskabelige tidsskrifter i dag. Disse inkluderer en hjernebue-mus, der bærer neuroner, der fluorescerer i cirka 100 forskellige farver, og en digital genopbygning af enden af ​​en axon - baseret på elektronisk scanningsmikroskop og proteinidentificerende eksperimenter - pakket fuld af kemiske budbringere, der venter på at spilde ud og sende information til den næste celle. Deres flerfarvede pragt fremhæver, hvad Cajal gjorde rigtigt, samt hvor langt videnskabsforståelsen er kommet frem siden hans dag.

Selv den videnskabelige genert kan værdsætte den visuelle pragt af Cajls tegninger, og hvor grundigt de belyste hjernens mysterier, der kan virke lige så skræmmende som universet selv. "Når vi ser på hans tegninger i dag, " skriver King og Himmel i deres essay, "vi ser ikke diagrammer eller argumenter, men det første klare billede af den fjerntliggende grænse, tegnet af den mand, der rejste længst ind i dens uendelige rækkevidde."

The Beautiful Brain blev offentliggjort den 17. januar og kan købes. Ledsagerudstillingen med Cajals originaltegninger er på Weisman Art Museum i Minneapolis fra 28. januar til 21. maj. I løbet af dette år og ind i foråret 2019 rejser den til Vancouver, Canada; New York City; Cambridge, Massachusetts; og endelig Chapel Hill, North Carolina.