И интересные факты, с ними связанные
Наш мозг с самых древних времён является источником самых сложных загадок и бесконечных вопросов для человека. Нейробиология — это дисциплина, посвященная раскрытию секретов этого сложного органа и сетей, из которых он состоит. Если окинуть взором путь от самых первых открытий в этой области и до самых современных достижений, то мы увидим, что исследователи добились огромных успехов в приоткрытии завесы тайны, скрывающей секреты нашего мозга. Но путь предстоит еще немалый. В этой статье мы рассмотрим 10 самых важных научных открытий, которые лежат в основе современной нейробиологии, начиная с самых ранних и заканчивая современными.
1) Биоэлектричество: Луиджи Гальвани (1737-1798)
Луиджи Гальвани — итальянский врач и биолог, который наиболее известен своей новаторской работой по биоэлектричеству. В 1780 году Гальвани обнаружил, что мышцы мертвых лягушек дергаются, когда к ним прикасаются металлическим инструментом, заряженным статическим электричеством. Этот новаторский эксперимент продемонстрировал существование электрических сигналов в живых тканях, заложив основу для будущих исследований роли электричества в нервной системе.
Интересный факт:
Знаменитые эксперименты Гальвани с лягушачьими лапками были на самом деле случайными открытиями. Он занимался изучением других явлений, но во время одного из экспериментов его помощник случайно коснулся лапки препарированной лягушки заряженным скальпелем, в результате чего лапка дернулась. Это неожиданное наблюдение побудило Гальвани исследовать связь между электричеством и мышечными сокращениями, что в конечном итоге привело к его новаторской работе по биоэлектричеству.
2) Учение о нейронах: Сантьяго Рамон-и-Кахаль (1852-1934)
Сантьяго Рамон-и-Кахаль, испанский нейробиолог — один из «отцов» современных нейронаук. С помощью тщательных наблюдений и скрупулезных рисунков тканей мозга под микроскопом Кахаль продемонстрировал, что нервная система состоит из отдельных клеток, называемых нейронами. Его открытие, известное как учение о нейронах, заложило основу для понимания того, как эти клетки общаются друг с другом, образуя сложные сети, из которых состоит мозг.
Интересный факт:
Интерес Кахаля к нейробиологии был частично вызван несчастным случаем в детстве. В возрасте 11 лет он упал с крыши, пытаясь выбраться из запертой классной комнаты, в результате чего получил тяжелую травму головы. Местный врач вылечил его травму, сделав трепанацию черепа и промыв рану. Этот ранний опыт знакомства с хрупкостью мозга пробудил в нем любопытство к его внутреннему устройству и разжег в нем страсть к изучению нервной системы.
3) Синаптическая связь: Чарльз Шеррингтон (1857-1952) и Эдгар Адриан (1889-1977)
Сэр Чарльз Шеррингтон и сэр Эдгар Адриан были британскими нейрофизиологами, которые внесли значительный вклад в наше понимание того, как нейроны общаются. Они обнаружили, что нейроны передают информацию через крошечные промежутки, называемые синапсами, с помощью химических мессенджеров, называемых нейротрансмиттерами. Их работа по изучению синаптической связи принесла им обоим Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1932 году и помогла установить основные принципы нейротрансмиссии.
Интересный факт:
Интерес Эдгара Адриана к нейробиологии тоже был подогрет необычным событием из его детства. Он играл с гальванометром (прибор, используемый для измерения силы малых электрических токов) и случайно воткнул булавку в кожу. Он заметил, что гальванометр зарегистрировал реакцию, и понял, что электрическая активность его тела влияет на прибор. Этот опыт впоследствии вдохновил его на работу над синаптической связью с Чарльзом Шеррингтоном.
4) Потенциалы действия: Алан Ходжкин (1914-1998) и Эндрю Хаксли (1917-2012)
Сэр Алан Ходжкин и сэр Эндрю Хаксли, два британских физиолога, были ответственны за разгадку тайны того, как электрические сигналы, называемые потенциалами действия, генерируются и передаются по нейронам. В 1950-х годах они разработали метод измерения ионных токов, который позволил им изучать поток ионов через клеточную мембрану. Это привело к разработке модели Ходжкина-Хаксли, которая описывает ионные механизмы, лежащие в основе генерации и распространения потенциалов действия. За свою новаторскую работу они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1963 году.
Интересный факт:
Сотрудничество между Ходжкином и Хаксли началось на вечеринке, где они случайно встретились. Несмотря на общий интерес к нервной системе, они никогда раньше не пересекались. Их непринужденная беседа на вечеринке переросла в обсуждение потенциалов действия, и они быстро поняли, что могут извлечь пользу из опыта друг друга. Эта случайная встреча положила начало их плодотворному сотрудничеству и новаторской работе.
5) Клеточные основы обучения и памяти: Эрик Кандель (1929 г. р.)
Эрик Кандель — австрийско-американский психиатр, нейробиолог и профессор биохимии, внесший фундаментальный вклад в наше понимание клеточных основ обучения и памяти. Его работа на морском слизняке Aplysia показала, что обучение происходит в результате изменения прочности синаптических связей между нейронами. Открытия Канделя оказали глубокое влияние на область нейробиологии, заложив основу для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе обучения и памяти. В 2000 году за свои исследования он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Интересный факт:
Путь Канделя в нейробиологию начался с увлечения психоанализом. Изначально он хотел стать психоаналитиком и для достижения этой цели поступил в медицинскую школу. Однако во время учебы в медицинской школе он увлекся идеей понимания биологических основ психических процессов, что заставило его переключить внимание с психоанализа на нейробиологию. Его ранний интерес к разуму впоследствии вдохновил его на новаторскую работу по изучению клеточных основ обучения и памяти.
6) Исследования разделенного мозга: Роджер Сперри (1913-1994)
Роджер Сперри, американский нейропсихолог и когнитивный нейробиолог, наиболее известен своей работой по исследованию разделенного мозга. В 1960-х годах Сперри изучал пациентов, которые перенесли хирургическую операцию под названием каллозотомия, в результате которой была разорвана связь между двумя полушариями мозга. Эта операция была проведена для облегчения тяжелой эпилепсии, но она также предоставила Сперри уникальную возможность исследовать отдельные функции левого и правого полушарий. Его эксперименты показали, что две половины мозга играют разные роли в обработке информации, при этом левое полушарие в большей степени задействовано в языке и аналитическом мышлении, а правое полушарие отвечает за пространственное восприятие и творчество. Работа Сперри принесла ему Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1981 году и оказала длительное влияние на область когнитивной нейронауки.
Интересный факт:
Интерес Сперри к нейронауке начался, когда он чуть не потерял руку в результате несчастного случая при обработке дерева. Он случайно перерезал лучевой нерв, в результате чего его рука оказалась частично парализованной. Увлеченный тем фактом, что его рука осталась физически целой, но больше не функционировала должным образом, Сперри решил изучать нервную систему, чтобы лучше понять взаимосвязь между мозгом и телом.
7) Организация зрительной системы: Дэвид Хьюбел (1926-2013) и Торстен Визель (1924 г. р.)
Дэвид Хьюбел и Торстен Визель, два нейрофизиолога, сделали революционные открытия в области организации и функционирования зрительной системы. В конце 1950-х и 1960-х годов они провели эксперименты на кошках и обезьянах, которые показали, что нейроны в первичной зрительной коре организованы в колонки и высоко специализированы в своей реакции на конкретные зрительные стимулы. Это открытие позволило понять, как мозг обрабатывает визуальную информацию, и заложило основу для будущих исследований сенсорных систем. Хьюбел и Визель были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1981 году за их работу по изучению зрительной системы.
Интересный факт:
Сотрудничество между Хьюбелом и Визелем началось, когда их случайно определили в одну лабораторию. Первоначально им было поручено изучить реакцию мозга на зрительные стимулы с помощью микроэлектродов. Однако им с трудом удавалось получить достоверные результаты, пока однажды они случайно не обнаружили, что нейрон выстреливает только в ответ на определенную ориентацию стимула. Это случайное наблюдение привело их к новаторской работе по изучению организации зрительной системы.
8) Нейронные корреляты сознания: Фрэнсис Крик (1916-2004) и Кристоф Кох (1956 г. р.)
Фрэнсис Крик, наиболее известный своей ролью в открытии структуры ДНК, и Кристоф Кох, немецко-американский нейробиолог, добились значительных успехов в понимании нейронной основы сознания. В 1990-х годах они предложили концепцию нейронных коррелятов сознания (НКС), которая относится к конкретным процессам мозга, которые приводят к появлению сознательного опыта. Хотя исследование НКС продолжается, эта концепция сыграла решающую роль в формировании направления исследований сознания и способствовала большему пониманию роли мозга в формировании субъективного опыта.
Интересный факт:
Фрэнсис Крик, который был одним из первооткрывателей структуры ДНК, лишь в конце своей карьеры обратил особенное внимание на нейронауки. Заинтригованный концепцией сознания, он начал сотрудничество с Кристофом Кохом. Необычным было то, что Крик часто обсуждал идеи с Кохом лежа, из-за сильных болей в спине. Такая нетрадиционная схема научной работы, тем не менее, оказалась очень эффективной, и привела их обоих в итоге к созданию одной из самых влиятельных концепций в сфере теорий сознания.
9) Пространственная навигация и открытие клеток места и клеток решетки: Джон О’Киф (1939 г. р.), Мэй-Бритт Мозер (1963 г. р.) и Эдвард Мозер (1962 г. р.)
Джон О’Киф, Мэй-Бритт Мозер и Эдвард Мозер сделали новаторские открытия в понимании нейронной основы пространственной навигации. В 1971 году О’Киф открыл клетки места в гиппокампе — специализированные нейроны, которые становятся активными, когда животное находится в определенном месте в окружающей среде. Несколько десятилетий спустя, в 2005 году, Мэй-Бритт и Эдвард Мозер открыли клетки решетки в энторинальной коре, которые отвечают за кодирование положения животного в пространстве с помощью решетчатого шаблона. Эти открытия значительно продвинули наше понимание того, как мозг обрабатывает пространственную информацию и участвует в формировании воспоминаний. За свои открытия трое ученых были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2014 году.
Интересный факт:
Сотрудничество между Джоном О’Кифом, Мэй-Бритт Мозер и Эдвардом Мозером началось, когда Мозеры посетили лабораторию О’Кифа в Лондоне. Мозеры, искавшие совета по своим исследованиям, в итоге провели несколько часов, обсуждая свою работу с О’Кифом. Эта первая встреча переросла в длительное сотрудничество, результатом которого стали их совместные новаторские открытия, которые изменили наше понимание пространственной навигации.
10) Оптогенетика: Карл Дайссерот (1971 г. р.) и Эдвард Бойден (1979 г. р.)
Карл Дейссерот и Эдвард Бойден являются пионерами в развитии оптогенетики, революционной техники, которая позволяет исследователям контролировать активность конкретных нейронов с помощью света. Путем генной инженерии нейронов для экспрессии светочувствительных белков, называемых опсинами, исследователи теперь могут активировать или ингибировать определенные нейронные цепи с беспрецедентной точностью. С момента своего появления в начале 2000-х годов оптогенетика преобразила нейронауку, позволив исследователям изучать функции конкретных нейронных цепей и продвигать наше понимание мозга такими способами, которые ранее невозможно было себе представить.
Интересный факт:
Развитие оптогенетики имеет необычную историю возникновения. Ей занимались многие ученые, а первые идеи предложил еще упомянутый выше Фрэнсис Крик. Что же касается Карла Дейссерота, психиатра и биоинженера, и Эдварда Бойдена, нейробиолога, то они независимо друг от друга начали изучать идею использования светочувствительных белков для управления активностью нейронов. Они случайно встретились на научной конференции и обнаружили общий интерес к этому инновационному подходу. Их сотрудничество в конечном итоге привело к разработке революционной методики, которая изменила область нейронаук.
Заключение
От самых первых экспериментов с биоэлектричеством до разработки передовых методов, таких как оптогенетика, эти 10 открытий сформировали область нейробиологии и заложили основу для нашего современного понимания мозга. Каждое из этих открытий основывалось на работе тех, кто работал раньше, пополняя библиотеку знаний, которая продолжает расти и развиваться. Мы смотрим в будущее, и понимание, полученное в результате этих основополагающих открытий, несомненно, послужит основой для новых достижений, двигая область нейробиологии вперед в ее стремлении разгадать тайны человеческого мозга.
Перед лицом такого быстрого прогресса важно помнить и отмечать работу тех, кто заложил основы нашего понимания работы мозга. Их открытия не только продвинули вперед область нейробиологии, но и способствовали разработке методов лечения и терапии бесчисленных неврологических расстройств, улучшив жизнь миллионов людей во всем мире. Продолжая расширять границы наших знаний, мы помним, что эти великие умы проложили путь для захватывающих открытий, которые еще впереди.
