Изображения являются знаковыми для любого, кто окунул носок в обширном и загадочном бассейне нейробиологии: тонкий и разветвленный рисунок исходит из маленького черного пятна и окружает его. Различный вес линий намекает на трехмерную структуру, описанную на чертеже, напоминающую голое ветвистое дерево зимой. Это рисунки нейронов испанского нейроанатома Сантьяго Рамона и Кахала.
Связанный контент
- Наука, стоящая за нашим поиском Уолдо
За пять десятилетий работы Кахал (1852-1935) создал более 2900 рисунков, подробно описывающих архитектуру нервной системы. Бесчисленные часы тщательного наблюдения информировали эти рисунки и помогли ему осознать две фундаментальные истины нейроанатомии. Во-первых, он сделал вывод, что мозг состоит из множества отдельных клеток, называемых нейронами, а не из структуры слитых клеток, похожей на паутину (взгляд многих его современников). Во-вторых, электрические сигналы, которые эти клетки генерируют, протекают через нейроны в одном направлении: ветвящиеся дендриты получают импульс, передают его основному телу клетки, а затем вдоль своих аксонов - длинные проекции, которые могут соединять отдаленные части мозга.
За свою работу Кахал поделился Нобелевской премией 1906 года по физиологии и медицине с Камилло Гольджи, итальянцем, который изобрел метод окрашивания тканей, который Кахал использовал для наблюдения отдельных нейронов. Невероятно, но прошли бы десятилетия, прежде чем другие исследователи смогли подтвердить его взгляды на структуру и функционирование мозга. Теперь он объявлен отцом современной неврологии.
«Он был гением и великим ученым, который мог видеть то, что другие не могли», - говорит Эрик Ньюман, нейробиолог из Университета Миннесоты, который редактировал новую книгу о Кахале «Прекрасный мозг: рисунки Сантьяго Рамона и Кахал с коллегами Альфонсо Араке и Джанет М. Дубински, также неврологами в университете. Их книга содержит более 80 рисунков Кахала и является дополнением к передвижной выставке, которая открывается 28 января в Художественном музее Вейсмана в Миннеаполисе.
Прекрасный мозг: рисунки Сантьяго Рамон-и-Кахаль
купитьКак показывают книги и шоу, Кахал был искусным художником, и его наблюдательность позволила ему стать титаном в истории науки.
Строгая красота рисунков Кахала проистекает из запутанных требований биологии нейронов и метода окрашивания темных Гольджи, который Кахал усовершенствовал, но в его работе есть нечто большее. Многие изображения настолько информативны, что они до сих пор используются на уроках нейробиологии. «Его рисунки до сих пор остаются лучшими», - говорит Ньюман. «Они иллюстрируют так много ключевых моментов». Даже современные технологии визуализации не могут превзойти элегантность, с которой Кахал связывает форму и функционирование.
Книга состоит из четырех основных разделов. Первый вводит зверинец различных типов клеток в мозге, от обильных ветвящихся нейронов Пуркинье, которые поддерживают тело в вертикальном положении и сбалансированных, до редких нейронов, которые регулируют сокращения мышц, которые перемещают пищу через кишечник.
Во втором разделе показано, как эти многочисленные клетки объединяются для создания сенсорных систем. Здесь изображения Кахала показывают, как мозг и органы чувств воспринимают и обрабатывают запахи, образы и звуки. Третий раздел включает рисунки нейронов, работающих вместе в цепях, выстраивая пути, которые соединяют различные части мозга или вызывают определенное поведение. В последнем разделе рассматриваются изображения роста, деления и умирания клеток.
Ньюман написал подписи к изображениям. «Из одного рисунка в другой я пытаюсь рассказать историю, чтобы люди могли узнать о нейробиологии, когда они читают», - говорит он. Но его объяснения далеки от дидактики; вместо этого история нервной системы разворачивается убедительно, в немалой степени облегченная визуальным восприятием работы Кахала.
«Некоторые рисунки мы выбрали в первую очередь из-за своей красоты», - говорит Ньюман. Затем команде пришлось погрузиться в журналы Кахала и оригинальные научные статьи, чтобы лучше понять контекст и значение каждого рисунка.
Книга также содержит эссе Ларри У. Суонсона, нейробиолога из Университета Южной Калифорнии, и еще одно в соавторстве с Линделом Кингом, директором и главным куратором Художественного музея Вейсмана, и Эриком Химмелом, главным редактором Abrams Books Издатель.
Свансон углубляется в жизнь и научные достижения Кахала, называя его «увлекательным, многогранным персонажем, превосходящим жизнь». Кинг и Химмель исследуют его искусство и методы. Оба эссе взяты из мужской биографии « Воспоминания о моей жизни» .
Автопортрет, сделанный Кахалом в его лаборатории в Валенсии, когда ему было около тридцати, c. 1885. (Предоставлено Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Мадрид, © 2017 CSIC) 
Автопортрет, сделанный Кахалем в его библиотеке, когда ему было за тридцать. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Мадрид, © 2017 CSIC) 
Четыре автопортрета, сделанные Кахалем, когда ему было 34 года, 1886 год. (С разрешения Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Мадрид, © 2017 CSIC) Свансон пишет, что Кахал родился в 1852 году в небольшом городке на северо-востоке Испании. Он считал себя бедным студентом, застенчивым и необщительным. В молодом возрасте он навязчиво рисовал и хотел стать художником. Его отец, местный врач, хотел, чтобы он был врачом. Они примирились, когда Кахал обнаружил, насколько сильно человеческое тело очаровало его, а его отец увидел, насколько хороши его рисунки для преподавания анатомии. Кахал посещал местную медицинскую школу.
После того, как малярия подхватила во время службы в армии, Каджал стал слишком слабым, чтобы стать практикующим врачом, он обратился к гистологии, микроскопическому исследованию тканей организма. У него был талант к поэтическому объяснению: Кахал писал, что гистология открыла ему «гул беспокойного улья, который есть у всех нас внутри». В собственной лаборатории, построенной в его доме, он оттачивал свое мастерство. Посещение Гольджи в Италии познакомило его с методом на основе серебра, который окрашивает несколько случайных нейронов в глубокий черный цвет, обеспечивая основу для его рисунков.
Кахал часто искажал наблюдения сотен нейронов, чтобы нарисовать исключительную элегантную структуру в своем окончательном изображении. Кинг и Химмел используют один из своих автопортретов, чтобы представить свой типичный день: Кахал сидит за столом с несколькими микроскопами, кладет голову на руку и смотрит на зрителя. Полки с химикатами в стеклянных бутылках и окрашенная ткань на столе свидетельствуют о окрашивании тканей, практикуемых на тканях животных, в том числе на кроликах, лягушках и голубях, а также на тканях трупа человека.
Эссеисты объясняют, что Кахал мог заглянуть в микроскоп перед ним и сделать набросок на небольшой поверхности для рисования сбоку. Они пишут:
Он мог бы начать рисовать карандашом, а потом рисовать тушью в Индии, добавляя чернила или акварель для тональных областей. Часто он проводил утро у микроскопа, не делая никаких набросков, а днем извлекал из памяти воспоминания, возвращаясь к микроскопу, чтобы подтвердить и пересмотреть свои наблюдения; мы можем видеть следы процесса в заштрихованных областях, которыми он не был доволен.
Этот трудоемкий процесс был ключом к открытиям Кахала. «Можно утверждать, что он был гораздо лучшим наблюдателем и способен интерпретировать то, на что он смотрел под микроскопом», - говорит Ньюман.
Для Ньюмена работа Кахала несет особый резонанс. Собственные исследования Ньюмана сосредоточены на нейрональных клетках в мозге, называемых глией. Традиционно эти клетки считались пассивными опорными клетками, второй скрипкой для нейронов. Только в последние годы эта идея была отменена. Глиальные клетки являются основными игроками, которые поощряют и сокращают связи между нейронами, помогают модулировать передачу сигналов нейронов и регулируют кровоток в мозге. Еще одним примером своей проницательности Кахал признал важность глиальных клеток более века назад.
«Он фактически предложил многие из функций глиальных клеток, которые, как мы теперь выяснили, являются правдой», - говорит Ньюман.
Книга заканчивается заключительным эссе Дубинского, в котором представлены и объясняются изображения мозга и его структур, созданные с использованием современных технологий и опубликованные в научных журналах сегодня. Они включают в себя мышь Brainbow, которая несет нейроны, которые флуоресцируют приблизительно в 100 различных цветах, и цифровую реконструкцию самого конца аксона - на основе электронных сканирующих микроскопов и экспериментов по идентификации белка - упакованных полными химическими посланниками, ожидающими разлива и отправки информация до следующей ячейки. Их разноцветное великолепие подчеркивает то, что Каджал сделал правильно, а также то, как далеко продвинулись знания ученых с его дня.
Даже стеснительные в науке могут оценить визуальное великолепие рисунков Кахала и то, как тщательно они освещают тайны мозга, которые могут казаться такими же пугающими, как и сама вселенная. «Когда мы смотрим на его рисунки сегодня, - пишут Кинг и Химмель в своем эссе, - мы видим не диаграммы или аргументы, а первую ясную картину того отдаленного рубежа, нарисованную человеком, который путешествовал дальше всего в его бесконечных пределах».
The Beautiful Brain была опубликована 17 января и доступна для покупки. Сопутствующая выставка с оригинальными рисунками Кахала проходит в Художественном музее Вейсмана в Миннеаполисе с 28 января по 21 мая. В течение этого года и весной 2019 года она отправится в Ванкувер, Канада; Нью-Йорк; Кембридж, Массачусетс; и наконец Чапел Хилл, Северная Каролина.
