数百幅灵魂画作，让他收获诺奖、成为现代神经科学之父

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数百幅灵魂画作，让他收获诺奖、成为现代神经科学之父
                               
                                  
                               
                                第十四回 | 捕捉大脑奥秘的画作



撰文 | 弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）
翻译 | 胡风?梁丁当

最近在西班牙的瓦伦西亚参观当地的科学博物馆时，我看了西班牙伟大的神经生物学家圣地亚哥 · 拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramon y Cajal）的原画展。它不仅带给我一次独特的心灵旅程，也让我看到了一些尚待探索的科学机遇。


圣地亚哥 · 拉蒙-卡哈尔（来源：wikipedia）

卡哈尔（1852-1934）利用一种新的染色技术、一台普通的显微镜，以及自己无与伦比的凭记忆徒手作画的天赋，把神经网络最深处的结构描绘出来。早在基于磁共振（MRI）、断层扫描（CT）和光遗传学的现代脑成像技术诞生之前，卡哈尔就已绘制了数百幅精确的、呈现出美丽复杂性的神经元与神经网络图。（卡哈尔作品巡回展《美丽的大脑》刚刚在麻省理工学院博物馆展出，然后于2019年1月27日至4月7日在北卡罗来纳州教堂山的阿克兰艺术博物馆展出。）


人类小脑中的浦肯野细胞（文中卡哈尔的画作均来自卡哈尔研究所）



啮齿动物海马体的神经回路

卡哈尔的画揭示，人和动物神经系统的不同部位存在多种有序的结构。其中一些结构的功能如今已经被破解了，但大部分的作用仍然是待解之谜。对那些研究思维的学生来说，解密这些绘图依然是独一无二的挑战。当然，今天的神经生物学家可以拍摄放大了的大脑照片。但是，正如一个成熟的画家能让场景显得“比生活更真实”，卡哈尔的画作所呈现出来的神经元的真实性也是照片所不能完全捕捉的。这些艺术家是施展了什么魔法吗？某种程度上，他们能够提炼出作品主题的重要特质，并将它们集中的表达出来，而这只有通过人的慧眼才能洞察。





哺乳动物视网膜的结构

如果没有意大利生物学家卡米洛 · 高尔基（CamilloGolgi ，1843-1926）的发现，卡哈尔不可能完成他的这些杰作。高尔基发明了一种用银染色神经细胞的方法。这是个幸运的奇迹，我们至今都未能完全理解这个方法为何有效。高尔基染色法虽然只对一小部分细胞进行染色，但那些染了色的部位会完全变黑。正是利用染色法的这种选择性，我们能够在神经系统这个难以穿越的密林中找到神经连接的通道。

高尔基用他发明的技术做了一些具有开拓性的研究。但是卡哈尔凭借着非凡的观察与绘画天赋，加上热情和耐心，把这些研究带到了新的高度。在这些画的基础上，他发展了“神经元学说”，其核心思想是神经系统是由一个个独立的细胞构成的。


大脑中的肿瘤细胞


儿童大脑皮质中的神经胶质细胞

高尔基和卡哈尔一起分享了1906年的诺贝尔生理学或医学奖。结果，在斯德哥尔摩的颁奖仪式上，出现了一场单方面发起的传奇争论。高尔基在通常用于回顾与致谢的诺贝尔奖演讲中，谴责了卡哈尔的神经元学说。和很多科学优先权的争论类似，他开始说“这是错误的”，紧接着道 “我是第一个”。卡哈尔随后非常巧妙地应对了这个困难的局面，大方地称赞高尔基是“染色方法的创始人，利用这种方法我取得了自己最突出的发现。”

我曾经看过几幅卡哈尔画作的复制品，但是近距离的观看原作仍然让我心潮澎湃。面对着如此不可思议的精湛技艺，我不仅感叹 ：“一个人能创造出这样的艺术品真是让人叹为观止。”我为身为这个物种的一员而感到骄傲。而与此同时，一个让我震撼的念头也清晰地浮现出来 ：当我们在研究神经网络时，其实就是在研究自我。大脑深处的那些活动才是真正的我们，脸和身体只不过是外在表现。卡哈尔捕捉到了大脑的结构，这个世界在等待新的卡哈尔，希望他用类似的魔法去呈现思维的动态过程。