每一年的諾獎季，有人和合作者、學生、伴侶(lv) 一同喜提諾獎，皆大歡喜；也有人和競爭(zheng) 對手同台領獎，不知他們(men) 當時是什麽(me) 心情。

圖片來源：Nobel prize.org

撰文 戚譯引

這個(ge) 故事要從(cong) 一位立誌成為(wei) 畫家的科學家說起。

1852 年，聖地亞(ya) 哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago Ramon y Cajal）出生在西班牙北部的納瓦拉省。因為(wei) 性格頑劣，他從(cong) 小就被踢皮球一樣從(cong) 一間學校轉到另一間學校，11 歲的時候甚至用自製大炮轟掉了鄰居院子的大門。為(wei) 了讓孩子學會(hui) 守規矩，父親(qin) 一度想讓他去做學徒，將來當個(ge) 鞋匠或者理發師。

但卡哈爾對繪畫有著極大的熱情和天賦。他的父親(qin) 是外科醫生和解剖學教師，曾帶著十幾歲的他去墓地，搜尋人的屍骨進行研究。於(yu) 是卡哈爾對繪畫的熱情轉向了解剖學，隨後進入父親(qin) 任教的薩拉格薩大學（University of Zaragoza）學習(xi) 醫學。到 31 歲那年，他當上了西班牙瓦倫(lun) 西亞(ya) 大學（University of Valencia）的解剖學教授。

約 1884-1887 年間，卡哈爾在實驗室裏。圖片來源：Wikimedia Commons

在 19 世紀下半葉，細胞學說已經經過了約三十年的發展，人體(ti) 中的許多細胞都得到了描述，但神經細胞仍然是個(ge) 謎。這些細胞具備高度不規則的外形，朝外伸出一束束纖細的分支，誰也不知道這些分支延伸到什麽(me) 地方、發揮了什麽(me) 作用。不過，打破這個(ge) 困境的技術已經誕生了十多年，它在等待卡哈爾發現它。

這次相遇發生在 1887 年。卡哈爾到馬德裏拜訪精神科醫生路易斯·斯馬羅·拉卡布拉（Luis Simarro Lacabra）。拉卡布拉從(cong) 法國學習(xi) 歸來，他對卡哈爾展示了自己學到的一種組織染色技術。卡哈爾被眼前的景象深深震撼：經過處理的神經組織標本放在顯微鏡下，一片淺黃色的背景當中，被染成黑色的神經元如同舒展枝葉的樹木。

使用高爾基染色法染色的錐體(ti) 神經元。圖片來源：Wikimedia Commons

這就是高爾基染色法。

在廚房裏切腦子的人

高爾基染色法得名於(yu) 意大利科學家卡米洛·高爾基（Camillo Golgi）。高爾基發現了許多解剖結構，包括被寫(xie) 進中學生物課本的高爾基體(ti) ，細胞內(nei) 部的“中轉站”。但影響最為(wei) 深遠、並使他獲得諾貝爾獎的成就，還是他在自家廚房裏發明的“黑色反應”（black reaction）。

高爾基體(ti) 3D 示意圖，來複習(xi) 一下。圖片來源：Wikimedia Commons

在此之前，學界研究細胞主要依靠兩(liang) 種方法。一種方法是將組織切片後使用蘇木精（hematoxylin）或胭脂紅染色，這種方法用於(yu) 研究其他組織是夠用了，但是對於(yu) 神經細胞，它隻能讓細胞核周圍的一圈著色，最多能夠展示一些樹突的基部。另一種方法是使用鉻酸（chromic acid）或重鉻酸鉀（potassium dichromate）溶液浸泡，使神經組織固定、硬化，然後在顯微鏡下用針將神經元分離出來。這種方法也隻適用於(yu) 一些較大的神經細胞，那些纖細的軸突末梢都不可避免地在處理過程中被破壞了。

第一張神經細胞圖片，發表於(yu) 1865 年，發表時作者奧托·弗裏德裏希·代特（Otto Friedrich Deiters）已經逝世。圖片來源：Deiters, 1865

1873 年，高爾基染色法的誕生改變了這種局麵。這種染色方法的步驟如下：

1. 將新鮮的神經組織用福爾馬林固化，然後浸泡在 2.5% 的重鉻酸鉀水溶液中 1 至 45 天（有時需要更久）；

2. 在 0.5% 至 1％ 的硝酸銀溶液中浸泡一定時間；

3. 將組織脫水並切割，不包埋；

4. 用振動切片機切成 60 微米厚的切片，放進蒸餾水中；

5. 將切片放置於(yu) 正電荷防脫載玻片（superfrost plus sludes），風幹 10 分鍾;

6. 用 95％ 酒精、100％ 酒精脫水，用二甲苯清理，蓋上蓋玻片。

高爾基。圖片來源：Wikimedia Commons

高爾基染色法隻能讓 1% 到 5% 的神經細胞染色。由於(yu) 這種不可靠的性質，學界對這種方法反應冷淡，隻有很少人使用它。高爾基感到灰心喪(sang) 氣，轉而研究瘧疾，竟鑒定出幾種不同的瘧原蟲，聲名鵲起。多年以後，這種方法才在另一位科學家——卡哈爾的手中重新發揚光大，但高爾基本人顯然對此並不高興(xing) 。

重新發現高爾基染色法

隻有少數細胞能被染色，這乍看之下是個(ge) 缺陷，但在卡哈爾眼裏它是個(ge) 優(you) 點。如果所有神經細胞都被染色，在顯微鏡下看到的就會(hui) 是一團亂(luan) 麻。而使用高爾基染色法，被染色的細胞雖然占少數，但它會(hui) 被整體(ti) 染色，讓卡哈爾得以觀察單個(ge) 神經細胞的完整結構。

卡哈爾作品，人類小腦中的浦肯野細胞。圖片來源：Wikimedia Commons

等一下，神經細胞真的存在嗎？

盡管早在 1865 年，德國科學家奧托·弗裏德裏希·代特（Otto Friedrich Deiters）就繪製了第一張神經細胞圖片，但當時流行的觀點認為(wei) ，神經係統是一張錯綜複雜、無法分割的網。這就是環路理論（reticular theory）。

高爾基也是環路理論的堅定支持者。在轉向瘧疾研究之前，高爾基利用這種技術繪製了大腦的多個(ge) 解剖結構。他觀察到軸突存在廣泛的分叉，他認為(wei) 這是大腦和脊髓中遍布的網狀結構的基礎。

高爾基借助自己發明的染色方法繪製的海馬體(ti) 。圖片來源：Wikimedia Commons

但使用高爾基染色方法，卡哈爾發現事實並非如此。在 19 世紀 90 年代，他繪製了一係列精美的圖片，表明神經元盡管形狀複雜，它仍然符合細胞的定義(yi) ，是獨立的結構。他描述了神經元的胞體(ti) 、樹突和軸突，證明這些複雜精細的結構都是從(cong) 胞體(ti) 生長出來的。更重要的是，神經元通過突觸相互連接，進行信號傳(chuan) 輸，但它們(men) 沒有發生融合，每個(ge) 神經元仍然是獨立的個(ge) 體(ti) 。這就是與(yu) 環路理論相對立的神經元理論（neuron theory）。

憑借無可辯駁的證據和過人的洞察力，卡哈爾讓學界同行紛紛放棄了環路理論，也為(wei) 現代神經科學打下了基礎。1906年，諾貝爾獎評審委員會(hui) 決(jue) 定將生理學和醫學獎授予高爾基和卡哈爾，以“表彰他們(men) 在解釋神經係統結構方麵的研究工作”。

和死對頭同台領獎

看著自己發明的方法被用來推翻自己維護的理論，高爾基的心情一定十分複雜。在頒獎典禮上，高爾基先發言，決(jue) 定再為(wei) 環路理論辯論一番。他說：

“很奇怪，我一直反對神經元理論，但是這個(ge) 理論開始得到承認還是因為(wei) 我的工作。我選擇神經元作為(wei) 我的演講主題。現在這個(ge) 觀點大體(ti) 上已經不受歡迎。”

接下來，他談到大腦受傷(shang) 後複原的能力、導航能力和整合不同功能的能力，他認為(wei) 這些都是支持環路理論的證據。他還說：“盡管這和將組成元素個(ge) 體(ti) 化的趨勢背道而馳，但我仍然無法放棄這個(ge) 觀點，神經係統是整體(ti) 行動的，別怪我堅守舊觀念。”

麵對比自己大 9 歲的前輩的公開批評，記錄顯示卡哈爾沒有生氣，而更多是尷尬。但他仍然不卑不亢，現場感謝了許多對他有幫助的人，並對聽眾(zhong) 們(men) 介紹了自己的工作。最後他說：

“沒錯，從(cong) 分析工作的角度來看，如果所有神經中樞都由運動神經……和感覺神經之間的連續中介網絡組成，這將是非常方便且經濟的。不幸的是，大自然似乎沒有意識到我們(men) 的智力對便利和統一的需求，而常常對複雜性和多樣性感到高興(xing) 。”

卡哈爾作品，一個(ge) 溺亡的人小腦中的浦肯野細胞。圖片來源：卡哈爾研究所

高爾基一生反對神經元理論，直到 1926 年逝世。但以他的名字命名的解剖結構和染色方法仍然留在了教科書(shu) 裏，並且諾獎官網介紹，他是一位很好的老師，實驗室永遠對好奇的學生敞開大門。而卡哈爾後來寫(xie) 道，在分享諾獎方麵，“命運是如此殘酷而諷刺……將科學上個(ge) 性鮮明的對手配到了一起。”

或許，哈卡爾和高爾基代表了兩(liang) 類不同的科學家。“科學的主要貢獻者可能會(hui) 發明一種新方法，並花費數年時間進行觀察，描述觀察結果。但是，偉(wei) 大的科學家所做的不僅(jin) 如此。他們(men) 根據研究工作，提出了深刻的、一致的原理，來解釋大量數據，並最終證明該理論是正確的。”一本高爾基傳(chuan) 記的書(shu) 評寫(xie) 道。

參考來源：

1. Fishman RS. The Nobel Prize of 1906. Arch Ophthalmol. 2007;125(5):690–694. doi:10.1001/archopht.125.5.690 

2. Ennio Pannese (1999): The Golgi Stain: Invention, Diffusion and Impact on Neurosciences, Journal of the History of the Neurosciences: Basic and Clinical Perspectives, 8:2, 132-140, https://dx.doi.org/10.1076/jhin.8.2.132.1847

3. Mitchell Glickstein, Golgi: a life in science, Brain, Volume 135, Issue 1, January 2012, Pages 301–303, https://doi.org/10.1093/brain/awr207 

4. Arpan R Mehta, Puja R Mehta, Stephen P Anderson, Barbara L H MacKinnon, Alastair Compston, Etymology and the neuron(e), Brain, Volume 143, Issue 1, January 2020, Pages 374–379, https://doi.org/10.1093/brain/awz367

5. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1906/golgi/facts/

6. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1906/cajal/facts/

7. https://en.wikipedia.org/wiki/Camillo_Golgi 

8. https://en.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_Cajal 

9. 《追尋記憶的痕跡》，作者: [美] 埃裏克·坎德爾，譯者: 喻柏雅，後浪丨中國友誼出版公司

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