سانتیاگو رامون کاخال: پدر علوم اعصاب نوین

اولین محموله پرواز بهار سال 1998 شاتل فضایی کلمبیا، یک آزمایشگاه نوروساینس بود. یک آزمایشگاه فضایی با تجهیزات لازم برای پژوهش و کاوش مغز انسان. این سفینه اشیائی را حمل می کرد که کری والتون – محقق NASA – «اولین آثار علمی – تاریخی مهم که در فضا به پرواز در می آید» آنها را می نامید؛ لام های شیشه ای و نقاشی های دانشمندی که در سال 1889 دنیای علوم اعصاب را دگرگون کرد. بافت شناس اسپانیایی، یکی از پیشگامان علوم نوین و برنده جایزه نوبل، سانتیاگو رامون کاخال (1 می 1852 – 17 اکتبر 1934) که از او به عنوان پدر علوم اعصاب نوین یاد می کنند.

کاخال که ارزشمندی او در علم هم تراز با افرادی چون پاستور و داروین است، صدها نقاشی نفیس برای توضیح دادن مقاله های علمی خود کشید. او با به نمایش درآوردن ساختار پایه سیستم عصبی، پاسخ بعضی از بزرگترین سوالات آن زمان را روشن ساخت؛ چگونه تکانه های عصبی بین سلول های مختلف منتقل می شوند؟ یا اساس نورولوژیک رفلکس ها چیست؟ بهترین نقاشی های او، در کتاب Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramón y Cajal جمع آوری شده است.

در این مقاله شما می توانید نگاهی گذرا به زندگی سانتیاگو رامون کاخال داشته باشید.

دوران کودکی و ابتدایی تحصیل

کاخال از کودکی به هنر گرایش پیدا کرد. در سن 16 سالگی به عکاسی – بخصوص شیوه Daguerreotype – علاقه مند بود. مخالفت پدر سانتیاگو – که خود یک پزشک بود – با تحصیلش در هنر، موجب شد تا او از هر راهی برای متمایل کردن پسرش به پزشکی استفاده کند. در تلاش برای منصرف کردنش از هنر، او سانتیاگوی جوان را تشویق کرد تا در تدریس آناتومی در دانشکده پزشکی کمکش کند. به این ترتیب، سانتیاگو مسحور دنیای بدن انسان شد و از پس انداز اندک خود استفاده کرد تا یک آزمایشگاه خانگی درست کرده و به مطالعات بافت شناسی بپردازد.

میکروسکوپ نوری، «برترین ابزار زیست شناسی قرن نوزدهم» بود. در دهه 1830، مشاهده اشیائی در اندازه نورون ها حتی با بهترین میکروسکوپ های آن زمان هم بسیار دشوار می نمود؛ اما کاخال نقاشی هایی از دنیای میکروسکوپی را با جزئیاتی باور نکردنی رسم می کرد. در آن زمان دوربین ها هنوز توانایی اتصال به میکروسکوپ ها را نداشتند و به همین خاطر سانتیاگو برای هر نقاشی ساعات زیادی را صرف می کرد.

کشف و اثبات

کاخال در دانشگاه بارسلونا با روش رنگ آمیزی گلژی آشنا شد و تلاش بسیاری در جهت پیشرفت آن انجام داد. مراحل اصلی رنگ آمیزی گلژی، شامل قرار دادن بافت نمونه در محلول های دی کرومات پتاسیم و سپس نیترات نقره بود. کاخال برای بررسی ریزتر ساختمان عصبی، مراحل دیگری را نیز به تکنیک گلژی افزود. در روش ابداعی او که به «اشباع سازی دو مرحله ای» شهرت دارد، ابتدا بافت را در ماده تثبیت کننده و سپس درون محلول نقره نیترات قرار می داد، و این مراحل را یکبار دیگر نیز تکرار می کرد. کاخال برای اطمینان از صحت نظریاتش در ارتباط با مورفولوژی (ریخت شناسی) سلول ها، از تکنیک های رنگ آمیزی نیسل (Nissl) و وایگرت (Weigert) نیز استفاده می کرد.

با اینکه تا آن زمان هیچکس داخل یک سلول عصبی را مشاهده نکرده بود یا نمی توانست ادعا کند که سلول عصبی یک سلول منفرد است یا زیرمجموعه ای از یک سیستم بزرگتر، برخی دانشمندان نظریه قدیمی شبکه منفرد را زیر سوال بردند؛ ویلیام هیس، فریتجف نانسن و آگوست فورل از جمله دانشمندانی بودند که با این نظریه به مخالفت پرداختند.

بطور مثال نانسن در رد نظریه سلول منفرد، در رساله دکتری اش بیان می کند که «نمی توان قاطعانه اعلام کرد که سلول های گلیال شبکه ای یکپارچه را تشکیل داده اند.» با این حال – تا این زمان – دیگر دانشمندان از جمله گلژی و کاخال، به ساختار شبکه ای اعتقاد داشتند.

در سال 1887، کاخال به عنوان استاد بافت شناسی و آسیب شناسی و سپس رئیس گروه پاتولوژی در دانشگاه بارسلونا منصوب شد. او بیشتر زمان خود را در آزمایشگاه صرف نمونه گیری و رنگ آمیزی از مخچه جنین گونه ای پرنده می کرد. جرقه های ابتدایی نظریه سلول منفرد در حین این مشاهدات در ذهنش ایجاد شد. تقدیر، مسیری پیش روی سانتیاگو قرار داده بود تا بتواند به رویای کودکی اش – هنر – واقعیت ببخشد. با ترسیم هر آکسون یا دندریت بر صفحه کاغذ، رامون یک پله به نظریه سلول منفرد نزدیکتر می شد.

در سال 1889، او برای ارائه نقاشی هایش به کنگره انجمن آناتومی آلمان در دانشگاه برلین دعوت شد. اتفاقی که می توانست تبدیل به نقطه شکستی در تلاش های کاخال باشد، نام او را بر سر زبان ها انداخت. در ادامه، ماجرای اولین ارائه نظریه سلول منفرد توسط کاخال را خواهید خواند:

Everdell صحنه حضور کاخال در کنگره را این گونه توصیف می کند: «یک اسپانیایی کوتاه قد با چشمان سیاه پُر نفوذ، نمایشگاه کوچکی از نقاشی هایش که با جوهرهای رنگارنگ روی کاغذ رسم شده اند، برگزار کرده بود.» مقالات ارائه شده از سوی کاخال به زبان اسپانیایی نوشته شده بودند و متاسفانه در میان دانشمندان حاضر در کنگره تنها تعداد اندکی با زبان اسپانیایی آشنا بودند. علاوه بر این، کاخال سخنرانی خود را به زبان فرانسوی دست و پا شکسته ارائه داد که باز هم موجب شد تا افراد کمی متوجه نظریه اش شوند. اما نقطه قوت کاخال، نقاشی های دقیق اش بود.

Everdell می نویسد: «چیزی که از نقاشی های کاخال برداشت می شد این بود که با وجود ارتباطات بسیار زیاد بین سلول ها، در اصل هیچ ارتباط فیزیکی ای بین آنها نبود. هر واحد سازنده مغز، نورون، در میان این ارتباطات به شکل منفرد قرار گرفته است.» تا به امروز، از نقاشی های دقیق کاخال به عنوان نمونه هایی مثال زدنی در علوم اعصاب یاد می شود.

کاخال علاوه بر اثبات منفرد بودن نورون ها در سیستم عصبی بدن، کشفیات مهم دیگری نیز دارد. او در کنگره پزشکی 1891 در والنسیا به پدیده قطبیت هدایت پیام در نورون اشاره کرد؛ طبق این پدیده، اصل پیام عصبی از دندریت دریافت و پس از رسیدن به جسم سلولی از طریق آکسون به سمت سلول بعدی حرکت می کند.

کموتروپیسم از دیگر نظریاتی بود که کاخال در سال 1892 به آن پرداخت. او معتقد بود که آکسون ها در هنگام رشد توسط برخی مواد شیمیایی مترشحه از سلول های اطراف هدایت می شوند. در کنفرانسی که در سال 1894 توسط انجمن سلطنتی علمی انگلستان برپا شده بود، سانتیاگو رامون کاخال سخنران اصلی آن مراسم بود. موضوع سخنرانی او «ساختار دقیق سیستم عصبی مرکزی» بود و بیان کرد که یادگیری می تواند نتیجه تقویت برخی ارتباطات بین نورونی باشد. در سال 1949 دونالد هب، نظریه هب را ارائه داد که مهر تاییدی بر سخنان نیم قرن پیش کاخال بود. هب معتقد بود که نورون ها در حین یادگیری، ارتباطات جدیدی را ایجاد می کنند یا تغییرات متابولیکی آنها موجب تقویت برخی سیناپس ها می شود.

جایزه نوبل و فراتر از آن

در سال 1906، با وجود اختلاف نظر کاخال و گلژی بر سر نظریه سلول منفرد، آکادمی نوبل هر دو را به پاس تلاش و خدمت در راه شناسایی ساختار سیستم عصبی شایسته دریافت نوبل فیزیولوژی و پزشکی دانست. او سرانجام در سال 1934 در مادرید درگذشت.

نمونه های آماده شده توسط کاخال، وسائل شخصی و لوازم آزمایشگاهی او در موزه کاخال در مادرید اسپانیا نگهداری می شود. 4529 نمونه بافت شناسی که بیشترشان توسط خود او تهیه و آماده شده است، بخشی از این مجموعه را تشکیل داده اند. 1907 نقاشی از مجموعه نقاشی های کاخال نیز در این موزه قرار دارد که از بافت های مختلفی نظیر پوست، خون، استخوان، عضلات و البته بافت عصبی ترسیم شده است. همچنین نقاشی هایی از او در حوزه میکروبیولوژی باقی مانده است.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «سانتیاگو رامون کاخال: پدر علوم اعصاب نوین»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد.