Revelați-vă în aceste desene minunate ale părintelui neuroștiinței

Imaginile sunt iconice pentru oricine a înfipt un vârf în bazinul vast și enigmatic de neuroștiințe: un model de ramificare delicat emană de la și înconjoară un mic splotch negru. Greutățile de linii variate indică structura tridimensională pe care desenul o descrie, care amintește de un copac cu ramuri goale în timpul iernii. Acestea sunt desenele neuronale ale neuroanatomistului spaniol Santiago Ramón y Cajal.

Continut Asemanator

• Știința din spatele căutării noastre pentru Waldo

Peste cinci decenii de muncă, Cajal (1852-1935) a creat peste 2.900 de desene care detaliază arhitectura sistemului nervos. Nenumărate ore de observare atentă au informat acele desene și l-au ajutat să realizeze două adevăruri fundamentale ale neuroanatomiei. În primul rând, el a dedus că creierul era alcătuit din mai multe celule individuale, numite neuroni, mai degrabă decât o structură asemănătoare unui paianjen de celule fuzionate (punctul de vedere al multor contemporani ai săi). În al doilea rând, semnalele electrice ale acestor celule generează fluxuri prin neuroni într-o singură direcție: dendritele ramificate primesc pulsul, îl transmit către corpul celulei principale și apoi de-a lungul axonilor lor - proiecții lungi care pot conecta părți îndepărtate ale creierului.

Pentru munca sa, Cajal a împărțit Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină din 1906 cu Camillo Golgi, un italian care a inventat metoda de colorare a țesuturilor pe care Cajal o folosea pentru a vedea neuronii individuali. În mod incredibil, ar fi trecut zeci de ani până când alți cercetători ar putea confirma părerile sale despre structura și funcția creierului. Acum, el este vestit ca tatăl neuroștiinței moderne.

"El a fost un geniu și un om de știință grozav, care a fost capabil să vadă lucruri pe care alții nu le pot", spune Eric Newman, un neuroștiințific al Universității din Minnesota, care a co-editat o nouă carte despre Cajal, The Beautiful Brain: Desenele lui Santiago Ramón y Cajal, cu colegii Alfonso Araque și Janet M. Dubinsky, de asemenea neuroștiințieni la universitate. Cartea lor conține mai mult de 80 de desene ale lui Cajal și este însoțitorul unei expoziții călătoare care se deschide pe 28 ianuarie la Muzeul de Artă Weisman din Minneapolis.

Creierul frumos: desenele lui Santiago Ramon y Cajal

A cumpara

După cum demonstrează cartea și spectacolul, Cajal a fost un artist priceput, iar puterile sale de observație l-au determinat să fie un titan în istoria științei.

Frumusețea marcantă a desenelor lui Cajal rezultă din dictele complexe ale biologiei neuronilor și a metodei de colorare Golgi întunecate, pe care Cajal le-a perfecționat, dar lucrarea sa conține ceva mai mult. Multe dintre imagini sunt atât de informative, încât sunt utilizate în prezent în orele de neurobiologie. „Desenele lui sunt în continuare cele mai bune desene”, spune Newman. „Ele ilustrează atât de multe puncte cheie.” Chiar și tehnologiile moderne de imagistică nu pot depăși eleganța cu care forma și funcția Cajal au legat.

Cartea este împărțită în patru secțiuni majore. Primul introduce menageria diferitelor tipuri de celule din creier, de la exuberanți neuroni Purkinje ramificați, care mențin corpul în poziție verticală și echilibrată până la neuronii slabi care reglează contracțiile musculare care mișcă alimentele prin intestin.

A doua secțiune arată modul în care acele multe celule se integrează pentru a crea sisteme senzoriale. Aici, imaginile lui Cajal explorează modul în care creierul și organele senzoriale primesc și prelucrează mirosurile, vederile și sunetele. A treia secțiune include desenele neuronilor care lucrează împreună în circuite, construind căi care conectează diferite părți ale creierului sau care dau naștere la anumite comportamente. Secțiunea finală explorează imagini cu celule care cresc, se împart și mor.

Newman a scris subtitrările pentru imagini. „De la un desen la altul, încerc să spun o poveste, astfel încât oamenii să învețe despre neuroștiință în timp ce citesc”, spune el. Dar explicațiile sale sunt departe de a fi didactice; în schimb, povestea sistemului nervos se desfășoară convingător, ușurată în mică parte de tratarea vizuală a operei lui Cajal.

„Unele dintre desene le-am ales în primul rând datorită frumuseții lor”, spune Newman. Apoi, echipa a trebuit să se cufunde în revistele și lucrările științifice originale ale lui Cajal pentru a înțelege mai bine contextul și semnificația fiecărui desen.

Cartea conține, de asemenea, un eseu de Larry W. Swanson, neurobiolog la Universitatea din sudul Californiei și un alt co-scris de Lyndel King, director și curator șef al Muzeului de Artă Weisman, și Eric Himmel, redactor în șeful Abrams Books., editorul.

Swanson se adâncește în viața și realizările științifice ale lui Cajal, numindu-l „un personaj fascinant, multidimensional, mai mare decât viața”. King și Himmel își explorează arta și metodele. Ambele eseuri trag din autobiografia omului, Recollections of My Life .

Autoportret, luat de Cajal în laboratorul său din Valencia, la vârsta de treizeci de ani, c. 1885. (Institutul de curtoazie Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) Autoportret, luat de Cajal în biblioteca sa când avea treizeci de ani. (Institutul Cajal al Consulului Superior de Investigări Cientifice, Madrid, © 2017 CSIC) Patru autoportrete realizate de Cajal pe când avea 34 de ani, 1886. (Courtesy Institute Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC)

Născut în 1852 într-un oraș mic din nord-estul Spaniei, Cajal s-a descris ca un student sărac, timid și nesociabil, scrie Swanson. La o vârstă fragedă, a desenat compulsiv și a vrut să fie artist. Tatăl său, medic local, și-a dorit să fie medic. Cei doi s-au împăcat când Cajal a descoperit cât de mult îl fascina corpul uman, iar tatăl său a văzut cât de excelente sunt desenele sale pentru predarea anatomiei. Cajal a urmat o școală locală de medicină.

După ce malaria s-a contractat în timpul serviciului medical al armatei l-a lăsat pe Cajal prea slab pentru a deveni un medic practicant, a apelat la histologie, studiul microscopic al țesuturilor corpului. Avea și el un plus de explicație poetică: Cajal a scris că histologia i-a dezvăluit „zumzetul stupului neliniștit pe care îl avem cu toții în interiorul nostru.” La un laborator auto-construit din casa lui, și-a perfecționat meșteșugul. O vizită la Golgi în Italia l-a introdus în metoda pe bază de argint, care colora câțiva neuroni aleatori negru profund, oferind baza desenelor sale.

Cajal a distilat adesea observații despre sute de neuroni pentru a desena structura elegantă singulară în imaginea sa finală. King și Himmel folosesc unul dintre autoportretele sale pentru a-și imagina ziua tipică: Cajal este așezat la o masă ținând mai multe microscopuri, sprijinindu-și capul pe mână și privind privitorul. Rafturile de substanțe chimice din sticlele de sticlă și pânza de pe masă atestă colorarea țesuturilor practicate pe țesuturile animale, inclusiv pe cele de la iepuri, broaște și porumbei, precum și pe țesuturile de cadavre umane.

Eseistarii explică faptul că Cajal ar putea să privească la microscopul din fața lui și să schițeze pe o suprafață mică de desen în lateral. Ei scriu:

S-ar putea să înceapă un desen în creion și apoi să treacă peste el în cerneală din India, adăugând spălături de cerneală sau acuarelă pentru zonele tonale. Adesea, își petrecea o dimineață la microscop fără să schițeze deloc și să tragă din memorie după-amiaza, întorcându-se la microscop pentru a-și confirma și revizui observațiile; putem vedea urme ale procesului în zone îngrozite cu care nu a fost mulțumit.

Acest proces laborios a fost cheia descoperirilor lui Cajal. „Ai putea argumenta că era doar un observator mult mai bun și capabil să interpreteze ceea ce privea la microscop”, spune Newman.

Pentru Newman, opera lui Cajal poartă rezonanță specială. Cercetările lui Newman se concentrează asupra celulelor non-neuronale din creier numite glia. În mod tradițional, aceste celule au fost gândite ca celule de sprijin pasiv, cel de-al doilea violet pentru neuroni. Abia în ultimii ani această idee a fost răsturnată. Celulele gliale sunt jucători majori care încurajează și potă legătura dintre neuroni, ajută la modularea semnalizării neuronilor și la reglarea fluxului sanguin în creier. În încă un alt exemplu al intuirii sale, Cajal a recunoscut importanța celulelor gliale cu mai mult de un secol în urmă.

„El a propus de fapt multe dintre funcțiile celulelor gliale pe care le aflăm acum sunt adevărate”, spune Newman.

Cartea se închide cu un eseu final de Dubinsky care oferă și explică imagini ale creierului și structurilor sale create cu tehnici moderne și publicate în reviste științifice astăzi. Acestea includ un mouse Brainbow, care poartă neuroni care fluorescente în aproximativ 100 de culori diferite și o reconstrucție digitală a capătului propriu al unui axon - bazat pe microscopuri cu scanare electronică și experimente de identificare a proteinelor - ambalate pline de mesageri chimici care așteaptă să se scurgă și să trimită informații către celula următoare. Splendoarea lor multicoloră evidențiază ceea ce a făcut Cajal corect, precum și cât de mult a avansat înțelegerea oamenilor de știință încă din zilele sale.

Chiar și științificul poate ști splendoarea vizuală a desenelor lui Cajal și cât de minuțios au luminat misterele creierului, care pot părea la fel de descurajante ca universul însuși. "Când ne uităm la desenele sale de azi", King și Himmel scriu în eseul lor, "nu vedem diagrame sau argumente, ci prima imagine clară a acelei frontiere îndepărtate, desenată de omul care a călătorit cel mai îndepărtat până la capătul său nesfârșit."

Beautiful Brain a fost publicat pe 17 ianuarie și este disponibil pentru achiziționare. Expoziția însoțitoare cu desenele originale ale lui Cajal se află la Muzeul de Artă Weisman din Minneapolis, în perioada 28 ianuarie - 21 mai. Pe tot parcursul acestui an și în primăvara anului 2019, va călători în Vancouver, Canada; New York City; Cambridge, Massachusetts; și în final Chapel Hill, Carolina de Nord.