К счастью для Кахаля великолепные рисунки нейронов завоевали ему некоторых сторонников. В следующие десять лет нейронная доктрина укрепилась в научных кругах, хотя далеко не все соглашались с ней. Многие учёные отказывались поверить Кахалю, и в 1900 году две армии неврологов выстроились по разные стороны баррикад; «ретикулисты» Гольджи и «нейронщики» Кахаля. [7]
Но история любит хорошие шутки, поэтому случилось так, что комитет Нобелевской премии решил, что Рамону-и-Кахалю и Гольджи следует разделить Нобелевскую премию по медицине/физиологии 1906 года, хотя эти два учёных придерживались абсолютно противоположных взглядов на то, как работает нервная система. И если один из них был прав, другой наверняка нет.
Кахаль вспоминает, что, возражая Гольджи в научной трактовке результатов, он всегда «высказывал ему восхищение, и во всех моих книгах можно прочесть восторженные отзывы о вкладе учёного из Павии», чего, к сожалению, нельзя сказать о Гольджи, который то и дело норовил исказить воззрения испанского коллеги. Даже в своей нобелевской речи он просто проигнорировал открытия и заслуги Рамона-и-Кахаля. Вспоминая это, тот пишет в своей автобиографии: «Какая жестокая ирония судьбы соединить в пару, как сиамских близнецов, сросшихся туловищами, научных противников с такими противоположными характерами». Это определённо не была Нобелевская премия мира.
Как и все великие открытия, нейронная доктрина Кахаля не только ответила на многие вопросы, но и породила столько же новых. Вот самый важный из них: если нейроны отделены друг от друга, как сигнал проходит через промежуток между ними? Казалось, имеются лишь две возможности электрический ток или химические вещества. Опять-таки каждая сторона этого спора имела своих защитников, где «радисты» выступали за электричество, а «повара» за биохимию [5].
История синапса
Синапс (греч. σύναψις, от συνάπτειν соединение, связь) место контакта между двумя нейронами или между нейроном и получающей сигнал эффекторной клеткой.
Термин синапс ввёл известный английский нейрофизиолог Чарльз Шеррингтон (Charles Scott Sherrington, 1857 1952) в 1897 году для обозначения гипотетического образования, специализирующегося на обмене сигналами между нервными клетками.
В 1906 году Шеррингтон сформулировал основные принципы нейрофизиологии в до сих пор изучаемой всеми специалистами-неврологами книге «Интегративная деятельность нервной системы» (The Integrative Action of the Nervous System).
Следует отметить, что в те времена господствовала гипотеза о передаче информации с помощью биоэлектрических импульсов. Большинство исследователей склонялось в XIX столетии к мысли, что переход возбуждения с нервного волокна на мышцу это физический процесс, представляющий собой электрическое явление. Поэтому понятие, введённое Шеррингтоном, изначально обозначало место электрического контакта между клетками, обеспечивающего передачу нервного импульса.
Позднее, в 1932 году (совместно с Э. Эдрианом) «За открытия, касающиеся функций нейронов» удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
«Повара» и «радисты»
Однако, дальнейшие исследования и, в частности, изучение действия яда кураре на организм породило некоторые сомнения.
В 1851 году французский физиолог Клод Бернар, получив кураре в подарок от Наполеона III, своими опытами со всей определённостью доказал, что яд не оказывает никакого действия ни на мышцу, ни на нерв.
Бернар обратил внимание на то, что у животных, убитых кураре, уже через минуту после смерти нервы перестают реагировать на химические, механические и электрические раздражения. (Обычно мышца, отсечённая вместе с двигательным нервом, длительное время способна отвечать сокращением на его раздражение.) Изучив это странное явление, Бернар установил, что кураре не нарушает способности самой мышцы сокращаться, а нерва проводить возбуждение. Вывод ни нерв, ни мышца не затронуты действием яда, нарушен только переход возбуждения с нерва на мышцу. Но тогда было непонятно, каким образом кураре убивал жертву. Даже спустя двадцать с лишним лет; после опыта Бернара это оставалось загадкой.
В 1877 году Дюбуа-Реймон писал по этому поводу: «Из известных естественных процессов, которые могли бы передавать возбуждение, стоит, по-моему, говорить только о двух. Либо на границе сокращающейся ткани имеет место раздражающая секреция[1] сильно возбуждающего вещества, либо это явление имеет электрическую природу».
Дальнейшие опыты с кураре дали учёным повод предположить, что между мышцей и нервным окончанием существует пространство щель, в которой, по-видимому, находится некое вещество, чувствительное к действию яда кураре.
Именно, допустив существование синапса и гипотетического вещества, находящегося в нём, можно было объяснить, каким образом кураре убивает. Попав в организм, яд лишает вещество синапса возможности передавать нервный импульс с нерва на мышцу, и импульс, пробегая по нерву и достигнув его окончания, не может перескочить через синаптическую щель.
Впервые такую мысль сформулировал английский физиолог Т.Р.Элиот в 1904 году. Эта гипотеза базировалась на сходстве действия адреналина на изолированное сердце. Тем не менее идея не была воспринята его современниками.
Прямое доказательство тому, что при раздражении нервов выделяется химическое соединение, оказывающее действие на изолированное сердце, было получено в работах австрийского фармаколога Отто Лёви (об этой леденящей сердце истории расскажу чуть ниже).
Сантьяго Рамон-и-Кахаль обнаружил, что нейроны являются отдельными клетками. В конечном счёте между ними оставался микроскопический промежуток, названный синапсом. Но как именно нейроны передают сигналы через этот промежуток с помощью химических веществ или электрических импульсов оставалось неясным. Приверженцев разных направлений называли «поварами» и «радистами» соответственно, и их взаимная враждебность повлияла на добрых 50 лет развития неврологии.
Сначала «радисты» имели преимущество. Передача электрических импульсов была модным новшеством, а химическое взаимодействие выглядело устаревшим, как древнегреческое учение о «четырёх телесных жидкостях». Кроме того, сторонники электрической теории имели экспериментальные свидетельства. Недавно изобретённые зонды, достаточно точные для измерения реакции отдельных клеток, показывали, что нейроны при срабатывании всегда вырабатывают электрический импульс. Этот импульс проходит по аксону, и не было причин сомневаться в том, что нейроны могут пользоваться электричеством и для внешних сообщений друг с другом. [5]
Целый ряд мрачных экспериментов с сердцами лягушек, казалось, также служил подтверждением этой теории. К 1900 году биологи знали, что, если извлечь сердце у лягушки и погрузить его в солёную воду, оно будет биться само по себе в солевом растворе. Оно просто плавало там и сокращалось лишённое тела, но каким-то фантастическим образом сохраняло жизненную силу. Учёные обнаружили, что могут даже замедлять или ускорять частоту сокращений, посылая электрические сигналы в разные нервные окончания, ведущие к сердцу.
Между тем было замечено, что и небольшое количество определённых химических веществ также может сходным образом ускорять или замедлять сердцебиение. Но поскольку эти вещества были искусственными, их воздействие посчитали лишь странным совпадением.
[1] Секреция в физиологии: процесс выработки и выделения железами веществ, необходимых в физиологической деятельности организма.
Сон Отто Лёви, открытие химического синапса
Отто Лёви (Otto Loewi, 1873 -1961), молодой учёный, посетивший Англию в 1903 году, нашёл эксперименты с сердцами лягушек весьма увлекательными, и по возвращении в Австрию решил исследовать связь между нервами, электричеством и химическими веществами. Однако Лёви был человеком рассеянным и мечтательным и на долгие годы отложил эту идею, тем более что вскоре он стал успешным фармакологом. Между тем доктрина «радистов» набирала популярность.
В конце концов, Лёви вернулся-таки к исследованию сердец лягушек в 1920-х годах, хотя и при необычных обстоятельствах.
Согласно рассказу, самого Лёви, однажды ночью в 1921 году он заснул за чтением книги. Ему приснился сон, в котором он представил эксперимент, который может положить конец спорам о том, как нервы общаются друг с другом. Он проснулся посреди ночи, набросал несколько заметок об этом потенциально революционном эксперименте, а затем снова заснул. К его великому разочарованию, когда он проснулся утром, то не смог разобрать собственные ночные записи.
Следующей ночью он проснулся в 3 часа после того, как снова представил эксперимент. На этот раз он не стал полагаться на свой почерк, поэтому бросился в лабораторию, чтобы попробовать эксперимент. Лёви извлёк два бьющихся сердца лягушек и опустил их в их в две мензурки с физиологическим раствором, где они продолжали биться. Затем он стимулировал блуждающий нерв в одном из сердец процедура, которая замедляет частоту сердечных сокращений. Он извлёк солевой раствор из сосуда с сердцем, чей блуждающий нерв он стимулировал, и перелил его ко второму сердцу. Это вызвало замедление его сокращений. Тогда он воздействовал электричеством на другие нервные волокна в первом сердце ускорив его биение. Перенос солевого раствора заставил второе сердце ускориться, как он и увидел во сне.