2020年03月20日 星期五
自1901年以来,诺贝尔生理学或医学奖共颁发了110次,其中6次颁给了神经科学的突触研究。突触研究何以屡获诺奖?它到底有多重要,又有多深奥呢?我们回顾脑科学的这段历史,看看科学家们走过的路。
六获诺贝尔奖的突触研究
□ 王 欣

    首先提出“突触”概念的是英国科学家谢灵顿。他曾偶遇一只猫,猫在石头墙上纵身一跃,瞬间不见踪影。谢灵顿感叹猫的动作灵敏。他想知道:猫的神经系统怎样对肌肉进行控制?谢灵顿通过实验论证神经元和神经元(或者肌细胞)之间并不直接相通,而是通过某种方式传递信号,他把传递信号的部位称为突触。1932年,谢灵顿和另外一位英国生理学家艾德里安同获诺贝尔生理学或医学奖(以下简称诺贝尔奖)。

    突触领域的第2个诺贝尔奖是戴尔和勒维在1936年获得的。他们的贡献是发现突触以化学物质来传递信号,这种化学物质被称为神经递质。勒维在1921年复活节前夜做了一个梦,在梦境中完成了蛙心灌流的实验。梦醒之后的勒维重复这个实验并发现了控制心脏跳动的神经递质乙酰胆碱。他把这段经历写进自传,使之成为一个著名的“科学家之梦”。

    突触领域的第3个诺贝尔奖是艾克尔斯、霍奇金、赫克斯利在1963年获得的。霍奇金等人利用枪乌贼、龙虾等实验动物的巨大神经纤维,测量出了神经纤维的电位变化,开辟了神经电生理的研究领域。

    突触领域的第4个诺贝尔奖是卡茨、奥伊勒、阿克塞尔罗德在1970年获得的。卡茨发现,神经递质储存在囊泡中,钙离子触发囊泡向突触前膜移动,并且和突触前膜融合,把囊泡中的神经递质释放出来。中国科学家冯德培在卡茨之前就发现了钙离子可影响神经递质释放。可惜抗战爆发,冯德培在国内的研究工作被迫中断,不然1970年的诺贝尔奖也许会属于冯德培。

    突触领域的第5个诺贝尔奖和神经递质及突触可塑性有关。卡尔森和格林加德发现了多巴胺对人脑的作用,这种神经递质的释放减少是帕金森病的主要原因。坎德尔通过海兔实验验证了神经递质在低等动物的习惯化与敏感化中的作用,也证明突触可以根据外界刺激发生可塑性的变化。这三位科学家获得了2000年的诺贝尔奖。

    2013年的诺贝尔奖授予研究突触部位的囊泡运输机制的三位科学家:罗斯曼、谢克曼和聚德霍夫。谢克曼从基因水平解释细胞中囊泡运输的严格管理机制;罗斯曼发现了一种可控制囊泡与突触前膜融合的蛋白质复合物;聚德霍夫解释了囊泡如何精确地释放出一定数量的神经递质。

    为什么科学家热衷于研究突触?单个的神经元并不神秘,神秘的是它们可以靠着突触传递信号,并最终完成思维、推理、联想等复杂的脑机能。如果没有突触,神经元就会各自为阵,一盘散沙,正因为有了1015数量级的突触,我们的大脑才成为一个神奇的小宇宙。

    突触研究任重道远,更多细节有待探索发现,更多特例有待分析报道。2019年的中国神经科学大会上,我巧遇北京大学周专教授的博士,谈到他们实验室发现的“非钙依赖的”突触信号传递,颠覆了以往的囊泡运输必须依赖钙离子的观念。

    科学是一门“求真”的学问。正是因为各国科学家尊重事实,勇于实践,科学才能不断推陈出新,更加广阔和深远。回顾这段历史,我不禁联想:如果把人类的智慧看作整体,每一个人就如同大脑里的突触,不断接受和传递着信号。只有每一个突触真实、适当地传递信号,整个大脑才能正常运行。

    这段时间,新冠肺炎疫情还在全世界范围消长。令人担忧的不仅是病毒侵袭,还有一些人的偏激和偏见:相互指责、污名化、不重视疫情防控、不配合防疫措施等。这就好比头脑里的突触各行其是,互不相让,最终会使得大脑无法做出正确的抉择。

    面对病毒肆虐以及全球性的生态危机,人类唯有结成命运共同体共渡难关。希望人们共同思考和应对:我们应该为终结这场灾难做点什么?为了地球人类的生存做点什么?人类的未来取决于每一个人的思考,取决于脑海中的悲欢一念。

    (作者系华中师范大学副教授,中国神经科学学会会员)

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