انتشار این مقاله


روایت مغز: دکترین نورون

دکترین نورون ایده‌ای است که شرح معقولی از مشخصات نورون‌ها می‌دهد.

دکترین نورون ایده‌ای است که اواخر قرن بیستم میلادی شرح معقولی از مشخصات نورون‌ها یا سلول‌های اختصاصی سیستم عصبی می‌داد. دکترین نورون، یکی از دو تئوری بزرگ آن زمان برای شرح جزئیات آناتومیک سیستم عصبی بود. 

مدافعان این تئوری مدعی بودند که سیستم عصبی از واحد‌های سلولی گسسته‌ای تشکیل شده‌اند. حامیان تئوری دیگر، سیستم عصبی را شبکه‌ای پیوسته از سلول‌ها می‌پنداشتند. این فضا از دیدگاه آنان بدون فاصله بود؛ به‌گونه‌ای که وجود هیچ فضایی بین سلول‌ها تحت عنوان سیناپس را متصور نمی‌شدند.

دو تن از دانشمندان برجسته‌ای که قدم‌های بزرگی در بررسی آناتومیک سیستم عصبی در سطح سلولی برداشته‌اند، کامیلو گلژی (Camilio Golgi) و سانتیاگو رامون کاخال (Santiago Ramon y Cajal) هستند. شیوه‌ی بی‌نظیری که گلژی برای نمایان‌سازی سلول‌های عصبی ابداع کرد، در کنار نبوغ و ممارست مثال‌زدنی کاخال برای بهبود آن و بررسی سیستم عصبی، علوم تجربی را وارد مرحله‌ای دیگر کرد. در واقع نظر ما نیز این است که کاخال را به حق پدر علوم اعصاب خوانده‌اند.

در سال ۱۸۷۳ پزشک و حامی تئوری شبکه‌ای، کامیلو گلژی، روش رنگ‌آمیزی خاصی با نام واکنش سیاه (black reaction) را ابداع کرد و توانست به کمک آن سلول‌های عصبی یا نورون‌ها را به‌طور کامل رنگ‌آمیزی کند. این دستاورد به دانشمندان این امکان را داد تا نمایی کاملاً واضحی از نورون و اجزای سلولی آن مشاهده کنند. مدتی بعد، نوروساینتیست معروف، سانتیاگو رامون کاخال با کمک‌گرفتن از واکنش سیاه، توانست وجود سیناپس‌ها و فاصله میان نورون‌ها را به اثبات رسانده و در مسیر تأیید تئوری دکترین نورون قدم بزرگی بردارد. تصدیق این تئوری نشان داد که عملکرد نورون‌ها به عنوان سلول‌ها و واحد‌های مجزا است؛ نه صرفا عضوی از یک شبکه‌ی عظیم.

کامیلو گلژی

وی در سال ۱۸۴۳ در ایتالیا به دنیا آمد. رشته‌ی اصلی او بیولوژی و پاتولوژی بود. گلژی همچنین در دانشگاه پاویا (Pavia university) رشته‌ی پزشکی را بین سال‌های ۱۸۶۰ تا ۱۸۶۸ را به اتمام رسانیده است. وی به کمک استاد خود، سزار لومبروسو (Cesare Lombroso) در سال ۱۸۶۷ پایان‌نامه‌ی خود در ارتباط با اتیولوژی ناهنجاری‌های روانی را جهت اتمام دوره‌ی پزشکی خود ارائه کرد. همکاری این دو، و علاقه‌ی گلژی به پزشکی عملی روز به روز افزایش می‌یافت. لومبروسو و گلژی در یک ساختمان زندگی می‌کردند و بعد‌ها گلژی با خواهرزاده‌ی لومبروسو ازدواج کرد. اغلب یافته‌های گلژی بطور مستقیم یا غیرمستقیم با لومبروسو مرتبط بودند.

تا سال ۱۸۷۲ گلژی دیگر به یک پزشک و هیستوپاتولوژیست ماهر تبدیل شده بود. با این حال فشار اقتصادی موجب شد تا وی به عنوان رئیس بخش پزشکی به استخدام بیمارستانی در میلان درآید. گلژی برای تکمیل تحقیقات خود، آزمایشگاه ساده‌ای را در آشپزخانه‌ی بیمارستان تأسیس کرد و این مکان به محل یکی از بزرگترین دستاورد‌های علوم سلولی و اعصاب در تاریخ بشریت تبدیل شد. بزرگترین دستاوردهای‌ گلژی علاوه بر ابداع «متد گلژی» یا واکنش سیاه، در زمینه‌ی مکانیسم هایپرتروفی کلیه، انتقال انگل عامل مالاریا و اندامک درون سلولی با نام «دستگاه گلژی» بود.

سانتیاگو رامون کاخال

سانتیاگو رامون کاخال زیست‌شناس اسپانیایی و متخصص بافت‌شناسی و آسیب‌شناسی آناتومیک و برنده جایزه‌ی نوبل فیزیولوژی و پزشکی در سال ۱۹۰۶ همراه با کامیلو گلژی، به خاطر مطالعه سیستم عصبی بود. جایزه‌ی وی برای کشف مکانیسم‌های ریخت‌شناسی و روندهای اتصالی سلول‌های عصبی بود که در سال ۱۸۸۹ برای نخستین بار مطرح شده بود.

سانتیاگو رامون کاخال، فرزند خوستو رامون کاساسوس و آنتونیا کاخال بود. کودکیش در نقل مکان‌های مداوم به همراه پدر جراحش سپری شد. پدرش در ابتدا به عنوان دستیار جراح مشغول به کار شد اما به جهت وضع اقتصادی نامناسب کار‌های دیگری مانند آرایشگری و حجامت را نیز انجام می‌داد. سانتیاگو رامون کاخال به نقاشی علاقه‌ی وافری داشت در سال ۱۸۶۶ به دلیل علاقه بسیار زیادش به نقاشی مورد سرزنش اطرافیانش قرار گرفت و سپس به اجبار به کار کفاشی مشغول شد و سرانجام در حرفه‌ی کفاشی به درجه بالایی از مهارت رسید. کاخال پس از اتمام دوران آموزشش در دبیرستان برای تحصیل در رشته‌ی پزشکی به ساراگوسا (Saragosa) رفت و در سال ۱۸۷۰ خانواده‌اش نیز در این شهر به او پیوست. او در تحصیل موفق بود و در سال ١٨٧٣ در سن ٢١ سالگی مدرک پزشکی خود را دریافت کرد.

در سال ۱۸۷۵ کاخال تحصیل دکتری را آغاز کرد و این شروع کار علمی او بود. در سال ١٨٧٧ و در سن بیست‌وپنج سالگی مدرک دکتری خود را دریافت کرد. او در سال ۱۸۷۶، حتی پیش از شروع به کار به عنوان دستیار کشیک و دیدن بیماران در مطب خصوصی پدرش، خود هزینه‌ی خرید اولین میکروسکوپش را پرداخت. کاخال در ساراگوسا مشغول به کار شد و این آغاز دورانی پر فراز و نشیب در زندگی او بود.

در سال ١٨٨٣ کرسی آناتومی تشریحی دانشکده پزشکی والنسیا را به دست آورد. در سال ١٨٨٨ که کاخال آن را سال اوج خود خوانده است، مکانیسم‌های ریخت‌شناسی و روندهای اتصالی سلول‌های عصبی در ماده‌ی خاکستری مغز را کشف کرد. تئوری او در سال ١٨٨٩ در کنگره‌ی انجمن آناتومی آلمان که در برلین برگزار شد، مورد پذیرش قرار گرفت. بر اساس این نظریه، که بعدها با عنوان دکترین نورون مشهور شد، ساختار سیستم عصبی به عنوان مجموعه‌ای از واحدهای مستقل جدا از هم تعریف می‌شود.

تئوری نورون یا دکترین نورون، ویژگی‌های یاخته‌های عصبی را همانند تئوری سلول، بنیان نهاد. تئوری سلول اظهار دارد که یاخته‌ها به عنوان اجزای پایه‌ای حیات هستند. گیاه‌شناس، ماتیاس شلیدن (Matthias Jakob Schleiden) و جانورشناس آلمانی، تئودور شوان (Theodor Schwann) در میانه‌های قرن نوزدهم پایه‌های تئوری سلول را بر سه اصل مهم بنا نهادند:

  • سلول‌ها به عنوان پایه‌ای‌ترین جزء حیات هستند.
  • تمامی موجودات زنده از یک یا تعداد بیشتری سلول تشکیل شده‌اند.
  • تمامی سلول‌ها از سلول‌های دیگر حاصل می‌شوند. 

با این حال، بکار بردن تمامی اصول تئوری سلول برای یاخته‌های عصبی کمی پیچیده به نظر می‌رسید. بافت عصبی به لحاظ ساختاری و وجود زوائد سلولی، از تمامی بافت‌های دیگر متفاوت است. دانشمندان چالش‌های زیادی را در افتراق هر نورون از نورون دیگر به دلیل زوائد سلولی فراوان آن، که امروزه دندریت و آکسون نامیده می‌شوند، تجربه کرده‌اند. آکسون‌ها به عنوان تک زائده‌ی نازک سلول عصبی، که ایمپالس الکتریکی را در سلول عصبی حرکت می‌دهند، شناخته می‌شوند؛‌ این در حالیست که دندریت‌ها مجموعه‌ای از زوائد بیشماری هستند که ایمپالس‌های عصبی را از محیط اطرافشان دریافت می‌نمایند.

پیچیدگی ساختاری و ابهام بافت عصبی، عامل اصلی عدم توانایی دانشمندان در مطالعه‌ی مستقیم این سلول‌ها زیر میکروسکوپ نوری بود. این مشکل زمانی راه‌حلی به خود دید که گلژی توانست واکنش سیاه خود را توسعه دهد. پیش از توسعه‌ی  واکنش سیاه، دانشمندان هنگام مشاهده‌ی نورون‌ها، تنها می‌تواستند جسم سلولی و هسته‌ی این سلول‌ها (که بعدها soma نامیده شد) را مشاهده کنند. در حقیقت امکان تشخیص هیچ زائده‌ای از این سلول‌ها وجود نداشت و مرز میان سلول‌ها نیز مشخص نبود. این سری از ابهامات مشکلات زیادی را در بسط نظریه‌ی سلول به این سیستم پیچیده ایجاد می‌کرد؛ زیرا مشخص نبود که آیا این یاخته‌ها به صورت واحد در کنار یکدیگر فعالیت می‌کنند یا همگی در فعالیت وابسته به هم هستند.

برای روشن‌تر شدن مشکلی که دانشمندان آن زمان از جمله گلژی و کاخال با آن دست و پنچه نرم می‌کردند، به شکل زیر توجه کنید؛ این مقطع از سلول‌های شاخ قدامی نخاع حدوداً ۶ میکرومتر ضخامت دارد. در شکل سمت راست سه جسم سلولی قابل مشاهده است؛ زائده‌هایی که از این اجسام سلولی خارج می‌شوند را نمی‌توان در فواصل بلند دنبال کرد. علت این موضوع خارج شدن این استطاله‌ها از زیر و یا بالای مقطع میکروسکوپی است. علاوه بر این، مشخص نبودن این‌که اتصال این زائده‌ها دقیقاً به کجاست، مشکل را پیچیده‌تر نیز می‌کند.

در واقع پیش از توسعه‌ی رنگ‌آمیزی به شیوه‌ی واکنش سیاه، دیدن نورون‌ها به‌طور کامل و دنبال کردن استطاله‌های خارج شده از جسم سلولی آن‌ها برای دانشمندان رویایی دست نیافتنی بود. در سال ۱۹۶۳، در بون (Bonn) آلمان، نوروساینتیست اوتو فردریش کارل دیترز (Orto Friedrich Karl Deiters) از روشی استفاده کرد که، رنگ‌آمیزی، سخت‌سازی و برش نمونه‌ی عصبی زیر میکروسکوپ، از مراحل اصلی آن بودند. دیترز بافت عصبی را به کمک رنگدانه‌ی کارمین (carmine) جهت افزایش کنتراست رنگ‌آمیزی می‌کرد. سپس نمونه را وارد محلول پتاسیم دیکرومات کرده و سختی آن را افزایش می‌داد تا هنگام آنالیز، کم‌ترین آسیب به بافت وارد شود. با این حال متد دیترز شامل جداسازی نورون‌ها زیر میکروسکوپ به کمک یک سوزن بود. این مرحله از کار معمولاً سبب آسیب به زوائد سلولی نورون از جمله آکسون و دندریت آن می‌شد.

دیترز یافته‌های خود را در قالب نقاشی‌هایی دقیق از نورون‌ها ثبت و جمع‌آوری کرد؛ اما متأسفانه پیش از انتشار آن‌ها در سال ۱۸۶۳ درگذشت. نتایج تصاویر ثبت شده توسط دیترز آشکار ساختن جسم سلولی، و زوائدی به نام دندریت و آکسون بود. اما همان‌گونه که اشاره شد برش در زوائد سلولی که در یکی از مراحل آماده‌سازی متد دیترز به وجود می‌آمد، معمولاً اجازه‌ی مطالعه‌ی کامل آکسون‌ها را به وی نمی داد. در حقیقت طراحی‌های دیترز، انتهای آکسون‌ها و دندریت‌ها را نشان نمی‌داد. جالب آن است که پس از مرگ و انتشار دست‌نوشته‌ها و نقاشی‌های دیترز، یافته‌هایش در جهت حمایت از تئوری شبکه‌ای سیستم عصبی – که در مقابل دکترین نورون بود – مورد استفاده قرار گرفت.

حمایت از تئوری شبکه‌ای حتی پس از توسعه‌ی متد رنگ‌آمیزی گلژی نیز ادامه یافت. در سال ۱۸۷۳، در ایتالیا، گلژی روش رنگ‌آمیزی فوق‌العاده‌ی خود را که برای نخستین بار امکان مشاهده‌ی کامل یک نورون را فراهم می‌کرد، توسعه داد.

گلژی دریافت که نمک‌های نقره، مانند نقره نیترات، می‌توانند برای رنگ‌آمیزی نورون‌ها مورد استفاده قرار گیرند. این ماده‌ی رنگی موجب آسان شدن تشخیص نورون‌ها می‌شد. او اول مغز را به مدت چند روز در فیکساتیو قرار می‌داد. سپس همانند متد دیترز، در ابتدا از محلول پتاسیم دیکرومات برای سخت‌سازی بافت استفاده می‌کرد؛ سپس نمونه، درون نیترات نقره غوطه ور شده تا پس از واکنش با پتاسیم دیکرومات، قطعات نقره کرومات بر روی غشای سلولی تشکیل شود. نکته‌ی فوق‌العاده جالب در این باره این است که تنها یک تا پنج درصد از نورون‌های نمونه در هنگام رنگ‌آمیزی با این متد، رنگ را به خود می‌گیرند. امروزه نیز علت این موضوع برای دانشمندان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. این روش به پژوهشگران اجازه داد تا بدون وارد آمدن هیچ‌گونه آسیبی، به مطالعه‌ی کامل یک سلول نورون بپردازند.

با استفاده از واکنش سیاه برای مطالعه بافت عصبی، در سال ۱۸۸۷ رامون کاخال که در حوزه‌ی علوم عصبی در دانشگاه بارسلون فعالیت می‌کرد نشان داد که انتها‌های سلول‌های عصبی، شبکه‌ای پیوسته را تشکیل نمی‌دهند. در عوض این ترمینال‌ها به صورت آزاد بوده و با برخی دیگر از نورون‌ها ارتباطات موقتی برقرار می‌کنند. در حقیقت این موضوع نشان داد که نورون‌ها به صورت مستقل و به کمک فضا‌های بسیار باریکی با یکدیگر ارتباط می‌گیرند. این فضا‌های باریک که بعد‌ها سیناپس نامیده شد، توانست تئوری شبکه‌ای را بی‌اعتبار کرده و تأثیر زیادی بر رشد دکترین نورون داشته باشد. بعدها نقش سیناپس‌ها در ارتباطات میان نورون‌ها با کمک میکروسکوپ الکترونی، که امکان تولید تصاویر فوق‌العاده با جزئیات را میسر می‌ساخت، مشخص شد.

متدی که گلژی برای رنگ‌آمیزی مورد استفاده قرار می‌داد، سرّی نبود. در حقیقت بسیاری دیگر از پژوهشگران نیز سعی در استفاده از این شیوه برای مطالعات خود داشتند. پس چگونه تنها کاخال توانست به بهترین شکل ممکن از آن استفاده نماید؟ واکنش سیاه به طرز قابل توجهی بی‌ثبات بود؛ کاخال تنها کسی بود که با ممارست فراوان و انجام تعداد بسیار زیادی آزمایش، توانست محلول‌های مناسبی از نقره نیترات و ضخامت مناسبی از بافت‌ها را جهت بررسی‌هایش تهیه کند. متد گلژی موجب رنگ‌گیری نورون با تمامی اجزایش می‌شد. این شگفت‌انگیز بود اما سایر پژوهشگران به‌دلیل مشکلات فراوانی که در حین آماده‌سازی نمونه‌ها ایجاد می‌شد دست از این رنگ‌آمیزی کشیدند. کاخال همچنین متوجه شده بود که وجود میلین در غشای نورون‌ها، مشکلاتی را در رنگ‌آمیزی ایجاد می‌کند، در نتیجه از دستگاه عصبی پستانداران غیربالغ و سایر حیوانات نیز بهره می‌برد.

در سال‌های بعد پزشک مشهور آلمانی (Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz) واژه‌ی «نورون» را که تا آن زمان مورد استفاده قرار نگرفته بود، پیشنهاد داده و ایده‌ی دکترین نورون را در مقاله‌ی خود در سال ۱۸۹۱ مطرح کرد. هارتز مشاهدات سایر دانشمندان را برای تأیید اینکه نورون کوچک‌ترین عضو پایه‌ای سیستم عصبی است، مورد استفاده قرار داد.

مشاهده‌ی سلول‌های عصبی به کمک واکنش سیاه، که توسط گلژی توسعه داده شده بود، مسیری را به روی دانشمندان باز نمود تا اجزای داخل سلولی را نیز با جزئیات دقیقی مشاهده کنند؛ از جمله‌ی این اندامک‌ها دستگاه گلژی بود که نقش عمده‌ای در حمل و نقل وزیکول‌های غشایی بر عهده دارد. همچنین بزرگ‌ترین خدمت این شیوه‌ی مشاهده‌ی سلول، تأیید انطباق دکترین نورون با تئوری سلول بود؛ این بدان معناست که سلول‌های عصبی نیز همانند سایر یاخته‌ها از اصول پایه‌ای تئوری سلول مستثنی نیستند.

عرفان گلشن


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *