داستان کشف واحد اصلی سیستم عصبی توسط پدر نوروساینس مدرن

تیک تاک. گذر زمان. ساعت به ساعت، سال به سال، سانتیاگو رامون و کژال در آزمایشگاه خانه خود تنها نشسته بودند، سرش را خم کرده و پشتش را تکیه داده بود، چشمان سیاهش به لوله میکروسکوپ خیره شده بود، تنها شیئی که او را به دنیای بیرون متصل می کرد. پیشانی تنبکی و بینی عقابی اش به او ظاهر یک جنتلمن متشخص و تقریباً سلطنتی می داد، هرچند که تاج سرش او را مانند یک راهب کچل کرده بود. او فقط انبوهی از بطری‌های شیشه‌ای بلند، کوتاه، پهن، باریک با در چوب پنبه ای و پر از پودرهای سفید و مایعات رنگی برای پذیرایی داشت. صندلی‌ها که مملو از مجله‌ها و کتاب‌های درسی بودند دیگر جایی برای نشستن افراد باقی نمی‌گذاشتند. رومیزی آغشته به رنگ، جوهر، خون و پر از نقاشی  از اشکال به فرم ماورایی و طبیعی بود. اسلایدهای شفاف رنگارنگ با تکه‌هایی از بافت عصبی حیوانات قربانی شده که هنوز در اثر درمان‌های شیمیایی چسبنده بودند روی میز کار پراکنده بود.

کژال با انگشت شست و سبابه چپش گوشه های اسلاید را طوری تنظیم کرد که انگار یک قاب عکس مینیاتوری زیر لنز میکروسکوپش است. با دست راستش، دستگیره برنجی در کنار دستگاه را چرخاند و در حالی که روی تصویر متمرکزشده بود، زیر لب با خود حرف می‌زد: اجسام سیاه مایل به قهوه‌ای شبیه لکه‌های جوهر و زائده‌های نخ‌مانند متشعشع هستند که در پس زمینه زرد شفاف قرار گرفته‌اند. سرانجام چشم‌انداز شگفت‌انگیز مغز برای او آشکار شد، واقعی‌تر از آنچه که تصورش را می‌کرد.

A young Cajal appears in an 1871 photographic portrait

در اواخر قرن نوزدهم، بیشتر دانشمندان بر این باور بودند که مغز از الیاف درهم تنیده‌ به شکل مارپیچی مانند هزارتو تشکیل شده است. کژال اولین شواهد واضحی را ارائه داد که نشان می‌داد مغز از سلول‌های منفرد تشکیل شده است که بعداً به آنها نورون‌ گفته شد، که اساساً همان سلول‌هایی هستند که ما بقیه جهان زنده را تشکیل می‌دهند. او معتقد بود که نورون‌ها به‌عنوان واحدهای ذخیره‌سازی تأثیرات ذهنی -مانند افکار و احساسات- عمل می‌کنند که با هم ترکیب می‌شوند و تجربه ما از زنده بودن را شکل می‌دهند: او می‌نویسد: «شناخت مغز معادل تعیین مسیر مادی فکر و اراده است». او اعلام کرد که بالاترین ایده آل یک زیست شناس این است که معمای خود را حل کند. در رابطه با ساختار نورون‌ها، کژال فکر می‌کرد که مامن هوشیاری محض را یافته است.

In the late 19th century most scientists believed the brain was composed of a continuous tangle of fibers as serpentine as a labyrinth

کژال را بنیانگذار علوم اعصاب مدرن می دانند. مورخان او را در کنار داروین و پاستور به عنوان یکی از بزرگترین زیست شناسان قرن نوزدهم و در میان کوپرنیک، گالیله و نیوتن به عنوان یکی از بزرگترین دانشمندان تمام دوران معرفی کرده اند. شاهکار او، «بافت سیستم عصبی انسان و مهره‌داران»، مطالبی بنیادی برای علوم اعصاب است که قابل مقایسه با “منشأ گونه‌ها” در زیست‌شناسی تکاملی است. کژال در سال 1906 جایزه نوبل را به خاطر تحقیقاتش در مورد ساختار نورون‌ها دریافت کرد. او تولد، رشد، زوال و مرگ نورون‌ها را با فداکاری و حتی نوعی شفقت مطالعه می کرد گویی که انگار آنها انسان هستند. کژال آنها را «پروانه‌های اسرارآمیز روح» نامید چرا که معتقد بود روزی به پرواز در آمدن آن ها می تواند رازهای ذهن را برای ما آشکار کند. او هزاران طرح از نورون‌ها، به همان اندازه زیبا و پیچیده تولید کرد که هنوز در کتاب‌های درسی نوروآناتومی چاپ می‌شوند و در موزه‌های هنری به نمایش گذاشته می‌شوند. همچنان بیش از گذشت 100 سال از دریافت جایزه نوبل وی، دانش خود در مورد شکل ظاهری سیستم عصبی را مدیون این آثار هنری کژال هستیم. برخی از دانشمندان حتی نقاشی‌های کژال از نورون‌ها را روی بدنشان خالکوبی کرده‌اند. به گفته ی کژال “فقط هنرمندان واقعی جذب علم می شوند“.

Cajal drew from a section of mouse thalamus

یک حقیقت جدید

در زمان کژال، پیشرفته‌ترین روش برای تجسم سلول‌ها، بافت‌شناسی بود. بافت شناسی فرآیندی پیچیده و بدقلق برای رنگ‌آمیزی بافت‌های جدا شده با مواد شیمیایی بود. مولکول‌های آن بافت ها به معماری ظریف سلول‌ها چسبیده بودند و با رنگ آمیزی، به‌طور معجزه‌آسایی از طریق میکروسکوپ نوری قابل مشاهده می‌ شدند. با کمک لکه‌های موجود اولیه ، محققان در سراسر اروپا تلاش زیادی کردند اما نتوانستند جواب این سوال را پیدا کنند که چه چیزی درون مغز که تصور می‌شد اندام ذهن است؛ قرار دارد. سپس در سال 1873 محقق ایتالیایی به نام کامیلو گلژی در آشپزخانه آپارتمان خود در Abbiategrasso خارج از میلان، با ترکیبی از شانس و مهارت، تکنیک جدیدی را به کار گرفت که انقلابی در نوروآناتومی ایجاد کرد. گلژی در نامه‌ای به یکی از دوستانش نوشت: «نتایج فوق‌العاده‌ای به دست آورده‌ام و امیدوارم در آینده حتی به نتایج فوق العاده تری دست یابم.» . او روش خود را به قدری قدرتمند معرفی کرد که می تواند ساختار بافت عصبی را “حتی برای نابینایان” آشکار کند.

Camillo Golgi

او آن را واکنش سیاه نامید. یکی از شاگردان گلژی به «زیبایی شگفت‌انگیز واکنش سیاه پی برد، این روش حتی به عوام اجازه می‌دهد تا تصاویری را که در آن فقط شمایل سلول وجود دارد را درک کنند  به‌طوری که انگار توسط لئوناردو کشیده شده است». کژال برای اولین بار این تکنیک را در خانه یکی از همکارانش که به تازگی از تحصیل در پاریس بازگشته بود دید و کاملاً تحت تأثیر قرار گرفت.

کژال خاطر نشان کرد: “روی زمینه زرد کاملاً شفاف، رشته های سیاه پراکنده ای ظاهر می شدند که صاف و نازک یا خاردار و ضخیم بودند، و همچنین اجسام ستاره ای مثلثی یا دوکی شکل سیاه دیده می شد! ممکن است یک نفر تصور کند که آن ها، طرح هایی با جوهر چینی روی کاغذ شفاف ژاپنی هستند… اینجا همه چیز ساده، واضح و بدون ابهام بود… چشم حیرت زده را نمی شد از این تفکر دور کرد. تکنیک رویا یک واقعیت است!”

اگرچه واکنش سیاه، تعداد عناصر عصبی قابل مشاهده بر روی لام میکروسکوپ را به طور چشمگیری کاهش می داد، اما این عناصر آنقدر فشرده بودند که به نظر می رسید الیاف آنها از یکدیگر جدانشدنی هستند. به طور سنتی محققان، بافت عصبی انسان های بالغ را مورد مطالعه قرارمی دادند که به طور طبیعی پس از یک دوره زندگی عادی فوت کرده بودند. مشکل این کار این بود که در سیستم عصبی بزرگسالان، الیاف کاملاً رشد کرده بودند. بنابراین از نظر ساختاری بسیار پیچیده بودند. کژال در جستجوی راه حلی برای این مشکل، به جنین شناسی  به نام آنتوژنی روی آورد که اولین بار راجع به وی در کتاب درسی دانشگاهی خود مطالبی خوانده بود.

کژال توضیح داد: «اگر توالی طبیعی را به صورت معکوس ببینیم، جای تعجبی نیست که بسیاری از پیچیدگی‌های ساختاری سیستم عصبی به تدریج ناپدید می‌شوند.»

در سیستم‌های عصبی نمونه‌های جوان‌تر، از نظر تئوری، اجسام سلولی ساده‌تر، رشته‌ها کوتاه‌تر و کم‌تعداد هستند و تشخیص روابط بین آنها آسان‌تر است. مطالعه سیستم عصبی با روش جنین شناسی روشی مناسب بود زیرا با رشد آکسون ها، سیستم عصبی، غلاف های میلین – لایه های عایق چربی و پروتئین – را ایجاد می کند که میکروکریستال های نقره را دفع می کند و از لکه دار شدن الیاف محصور جلوگیری می کند. آکسون های جوان و بدون غلاف ضخیم، لکه را به طور کامل جذب می کنند. علاوه بر این، آکسون های بالغ، که گاهی طول آن ها به چند فوت می رسد، احتمال بیشتری دارد که در مرحله قسمت بندی، بریده شوند.

وی نوشت: “از آنجایی که جنگل کهنسال، غیرقابل نفوذ و غیرقابل تعریف است، چرا به مطالعه چوب های جوان در مرحله ابتدایی رشد روی نیاوریم؟”

ادامه دارد…