219｜神经元：大脑里的神经细胞是单打独斗还是团队作战？

我是孙轶飞，欢迎来到《医学文明300讲》。

诺贝尔医学奖的前五届每届都只有一名获奖者，而1906年第一次同时给了两位科学家，分别是意大利医学家卡米洛·高尔基（Camillo Golgi，1843-1926）和西班牙医学家圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal，1852-1934）。

这个奖项是为了表彰他俩在神经系统方面的研究。但有趣的是，这两位学者的学术观点针锋相对，都认为对方不配获得诺奖，甚至在颁奖典礼上，两人依然不停地互相嘲讽。这到底是怎么回事？他俩究竟谁对谁错呢？今天我们就来聊聊二十世纪神经领域的进展。

一次染色事故与高尔基技术

先来认识一下卡米洛·高尔基。

高尔基是一个出生在奥地利的意大利科学家，和我们熟悉的文学家高尔基完全没关系。不过你也在中学课本里见过他的身影，中学生物课讲过细胞里的高尔基体，就是他发现并命名的。

那么，他是怎么发现高尔基体的呢？这还要从他实验室的一次小事故说起。1873年，高尔基用重铬酸钾对神经组织切片进行了处理，然后不小心把硝酸银洒在了标本上，导致这些标本变成了黑色。

乍一看，这些标本已经被彻底毁掉了，但是高尔基不死心，他还是把这些黑色的标本切片放在显微镜下面观察。然后他发现，虽然整体看起来发黑，但切片里的神经细胞只有一小部分被染色了。

这是个好消息，因为如果全部细胞都被染色，那么把一个个细胞分辨出来其实相当困难，可是现在高尔基可以观察单个神经细胞的结构。

这个小事故造就了神经细胞染色技术的重大突破，这种染色方法一开始叫黑色反应，但很快就被称为“高尔基染色”，并成为了神经细胞染色的标准方法。

网状学说的两个依据

利用这项新技术，高尔基对神经系统的很多结构进行了研究，然后他发现神经系统的细胞可能不是独立存在的，而是组成了一个复杂的网状结构。

之所以会有这样的印象，有两个原因。

第一个原因是神经细胞的形状特殊。很多细胞都是圆滚滚的，但神经细胞有分叉，一种叫树突（Dendrite），数量多、长度短，另一种叫轴突（Axon），一个神经细胞通常只有一根轴突，长度几毫米甚至超过一米，比如脊髓里的有些神经细胞，轴突可以一直延伸到脚。

值得一提的是，给轴突命名的人是德国解剖学家科利克，你肯定记得，伦琴的第二张X线照片拍的就是科利克的手。重点在于，轴突这么长，不同神经细胞的轴突自然有可能相互接触，而高尔基也确实认为，轴突是相互纠缠融合在一起，并形成了网状结构。

第二个原因则是高尔基染色的局限性。虽然这项技术能把细胞看得更清楚了，但还不够清楚，轴突这样的细微分支到底是相互融合还是各自独立，其实高尔基看不清。

就这样，高尔基认为神经细胞的轴突相互融合，而神经系统的功能“显然不是细胞个体的孤立活动，而是大量群组的同时活动”，这就是“网状学说”。

网状学说是对神经科学的颠覆，因为此前的医生们认为，大脑不同区域有不同的功能，但如果神经细胞结合成网状，也就成为了一个整体，大脑也就不存在什么分区了，大脑的功能也就没法定位了。

因此高尔基的这个学说很快就受到了学术界的广泛批判，而反对他的人里，卡哈尔是相当有代表性的一个。

卡哈尔的医学与艺术之路

那么，卡哈尔是个什么样的人？他提出的理论又是什么样的呢？

卡哈尔出生在西班牙的一个医生家庭，从小就爱好广泛、多才多艺，对摄影、写作和绘画都相当感兴趣。但是他的医生父亲非要让他学医不可，甚至带着他去墓地找尸体进行研究。在父亲的努力影响下，卡哈尔在1873年加入西班牙军队，成为驻古巴军队的一名军医，从此走上了医学之路。

卡哈尔也对神经系统进行了研究，而他的研究方法正是高尔基染色。这种技术让他非常着迷，毕竟他热爱摄影和绘画。他写道，经过高尔基染色的神经细胞就像中国水墨画。他还把自己看到的东西画了下来，直到今天还在出版发行。

神经元学说与信息传递难题

更重要的是，带着对科学和艺术的热情，卡哈尔对高尔基染色进行了改进，能看到神经细胞更加丰富的细节。结果他发现，神经细胞的轴突并不是相互融合、形成网状，而是各自独立存在的。因为神经细胞又叫“神经元”，所以他的这个学说叫作“神经元学说”，跟网状学说针锋相对。

只不过神经元学说很难解释这样一个问题，神经细胞之间是怎么传递信息的？我们在十九世纪的版块讲到过电生理学创始人雷蒙，从他开始，生理学家就默认了一个观点，神经系统里的信息是靠电信号传递的。如果神经细胞之间是各自独立的，没有直接接触，那么电流是怎么通过的呢？

为了解释这个问题，卡哈尔想到了当时最先进、快捷的信息传递方式：电报。他认为，神经细胞那些为数众多的树突就是传输信息的接触点。今天我们知道，他的这个观点并不正确，但在当时已经能让他的神经元学说自圆其说了。

清晰的图像赢得学界关注

只不过，西班牙医学界对卡哈尔的发现并不感兴趣。1889年，他在德国解剖学会的会议上用不熟练的语言介绍自己的发现，观众都在准备看他的笑话。

但是当他精心准备的幻灯片被播放出来的时候，在坐的专家立刻意识到了其中的价值，从来没人看到过这么清晰的神经细胞照片。

尤其是科利克，也就是被伦琴用X线拍照并命名了轴突的那位科学家，他在会后很快重复并证实了卡哈尔的研究。因为科利克在学术界的崇高地位，卡哈尔的成果和观点很快成为了学术界的热门。

诺奖典礼上的学术争论

就这样，高尔基和卡哈尔都对神经系统进行了相当深入的研究，但他们的观点截然相反。虽然他俩从没见过面，但他们的矛盾从十九世纪延续到了二十世纪。

直到1906年，两人终于有了见面的机会，诺奖委员会决定让他俩分享这一年的诺贝尔医学奖，这个决定充满了黑色幽默，这才造就了获得同一奖项的两位诺奖得主在颁奖典礼上唇枪舌剑的名场面。

突触概念弥补理论短板

那么，高尔基和卡哈尔、网状学说和神经元学说哪个才是正确的呢？其实，在他俩获奖的时候，已经有人给出了一个不完整的答案，他就是英国生理学家查尔斯·谢灵顿（Charles Scott Sherrington，1857-1952），他在1897年提出了“突触”这样一个概念，并沿用到了今天。

所谓突触，就是指两个神经细胞之间建立联系的结构，这种结构可以让神经元在结构上封闭并各自独立，但又能顺利地传递信息。

突触这个概念弥补了神经元学说的短板，谢灵顿爵士显然支持神经元学说，而他也因为对神经系统的研究获得了1932年的诺贝尔医学奖。和他一同获奖的人是埃德加·阿德里安（Edgar Adrian，1889-1977），他同样是神经元学说的支持者，这一年的两位诺奖得主总算不再剑拔弩张，而神经元学说也获得了胜利。

勒维的化学解释与心脏实验

只不过，这个胜利还不够完美。突触这个概念虽然看起来很好，但怎么让神经细胞在相互不接触的情况下传递信息，其中的原理到底是什么呢？德国药理学家奥托·勒维（Otto Loewi，1873-1961）给出了答案。

作为一名药理学家，勒维的研究更偏向化学而不是物理学。之前的学者在困惑，不接触的神经细胞怎么传递电信号？而勒维直接绕开了这个问题，不研究电，我们来看看化学物质能不能传递神经信号？

我们之前讲过，迷走神经可以抑制心脏活动，而勒维从迷走神经里提取化学物质，然后把实验动物的心脏泡在盐水里，并把提取的物质也注入到水里，结果这些心脏的跳动明显变慢了。

这意味着，在神经系统的活动里，起作用的不仅有电活动，还有化学物质发挥作用。那么，神经细胞不接触而能传递信息也就解释得通了。

乙酰胆碱与神经递质

后来，勒维在实验中提取的物质被命名为乙酰胆碱，这类能在神经系统传递信号的化学物质被称为神经递质。英国神经科学家亨利·戴尔（Henry Hallett Dale，1875-1968）发现，乙酰胆碱在动物体内广泛存在，而且能帮助突触传递神经信号。

也就是说，这两位科学家证明，神经细胞之间传递信息主要靠化学物质，不需要相互直接接触来传递电信号。到了此时，神经元学说终于获得了彻底的胜利。同时，对于神经系统的认识也进入了新的时代。勒维和戴尔也因此共同获得了1936年的诺贝尔医学奖。

枪乌贼神经元与精确测量

现在，神经元学说的支持者只需要回答最后一个问题了，既然突触里的信息传递靠化学物质，那么这个过程具体是怎么回事呢？研究这个问题有个困难，就是神经细胞太小，做试验难度太大。

巧的是，一位英国科学家在1936年发现，神经元也有大的。原来，枪乌贼这个神奇的物种拥有尺寸傲视众生的神经元，直径将近一毫米，肉眼都能看得见，这毫无疑问是绝佳的研究对象。

听说这个消息之后，三位生理学家开始着手研究，他们分别是英国人艾伦·霍奇金（Alan Hodgkin，1914-1998）、安德鲁·赫胥黎（Andrew Fielding Huxley，1917-2012），以及澳大利亚人约翰·埃克尔斯（John Carew Eccles，1903-1997）。

他们三个在轴突周围放了各种不同的化学物质，然后用探针插到枪乌贼的轴突里，进行精确测量。

经过一番枯燥的研究之后他们确信，突触传递信息的原理完全可以从化学角度进行解释。神经元学说终于取得了彻底胜利。而这三位研究枪乌贼神经元的生理学家也获得了1963年的诺贝尔医学奖。

总结

神经细胞各自独立，但它们之间存在突触这一结构，通过存在于突触的化学物质，神经细胞可以相互传递信息。在得出这个结论的过程中，成就了四届诺贝尔医学奖，分别在1906年、1932年、1936年和1963年，获奖者足有9个人。

思考题

既然乙酰胆碱可以作用于神经系统，那么它是否可以作为药物使用呢？欢迎你在评论区留言，把知识分享给我。

好啦，今天的内容就到这里，明天见！