第一章认知神经科学简史·7 在很大程度上确实代表了不同的功能。例如Brodmanr 使用G0g染色法发现神经元是分立的个体，这与 最先区分了17区和18区，而这种区分在后来的功能 Golgi及其他人的观点相反。Golgi认为，大脑是个合 研究中被证实是正确的。对初级视觉皮质(7区)的 胞体(syncytium),是一团共用一个细胞膜的连续组 特征描述 -它与其临近的18区相区别 很明显地 织。Ramon y Cajal拓展了Go的发现，他不仅是言 证明了细胞结构学方法的力量。关于这一点我们在第 先鉴别出神经元单一性的人，而且他还发现神经元内 三章还会讨论。 的电传导是单向的，只能从树突传到轴突（图1.13）。 尽管细胞结构学的研究都是开创性的，但人们对 Shepherd(I92)讲述了Camillo Golgi引人入 神经系统认识的重大革命却是在欧洲更南部的意大 的故事.并将之与Ramon y Caial的经历相比。Golg 利和西班牙发生的。在那里，一场微烈的论战正在两 生于米兰，是一位内科大夫的儿子。他在22岁那年 位杰出的神经解剖学家之间进行。意大利人Cami。 取得了意大利Pavia大学的医学学位。然而，他却被 Golgi(图1.11)发明了一种向单个神经元注人银的 置于在德国著名大学里进行的主流科学研究之外，这 染色法。西班牙人Santiago Ram6 n y Cajal(图1.12) 困扰了他整个科学生涯。尽管如此，Pavia大学还是 培养了许多杰出的科学家，包括物理学家Alessandre (al olta,Christopher Columbus以及一批伟大的生物学 家。在这些受人尊敬的人士之中，Gog是一位训练 有素的内科医生和科学家。 尽管G。的职业生涯右个光明的开端。但询 于经济上的需要，他不得不寻求Pavia大学之外的T 作。他在Abbiategrasso镇的慢性病医院谋得一份医 师的工作。在这样的情况下，Golg继续科学生涯的 可能性微乎其微。但他坚持不懈地借助烛光在他厘 房里工作，并因此发明了世界历史上最著名的细胞 染色法：神经元的银染色法一“暗反应(the black reaction)"。 Golg的染色法一举成名，而Golgi也变得家喻 图1.11(a)Camil1 o Golgi1843-1926).1906年 诺贝尔奖得主。(b)Gog所绘的猫和狗不同类型的 户晓。他对疾病的浓厚兴趣导致他在病理学上的几项 神经节细胞。 发现，他最后又被聘回Pavia大学当教授。尽管如此 他的著作在意大利以外并未得到广泛了解，因此他把 (al (bY 它们译成法文，发表在法语杂志《意大利生物学档案》 (Italian Archives of Biology)上Golgi的威望与日俱增 并于1906年与Ramon y Cajal分享了诺贝尔生理学和 图1.12(a)Santiago R y Cajal(1852-1934 1906年诺贝 尔奖得主 6 所绘的 视网膜双极细胞，图中标出了该神经元 乳动物皮质的传入 突和树突
8·认知神经科学 认如神经科学中的里程碑 插 曲 在本教材行文过程中，作者将介绍一些长期以来 Christian rsted发现了电磁现象.我们更感兴趣的是 对我门的思维产生重大影向的里程碑。然而如果不提 位意大利物理学家Leopoldo Nobili,他发明了检流计的 醒读者这些会涉及复杂而吸引人的文化、学术和个人 葡身一即设备为研穷活体组织的电流黄定了基出 背景就有些不够阴智.。那些困扰着世界上第一批科学 许多年前，在1674年 兰人Anton van Leeuwenhoek 家的谁颗在今天船样存在。著作权、自我、资金和信 已经用一种原始的显微镜观察动物组织了（图1），他 用都交织在学术生活的经纬之中。就像年轻人从没想 的首批观察之一就是生的神经细抱横切，在那里他注 象过他门的父母经和他们有相的兴趣和愿望一样 意到“非常细J的血管”.这种观察与Rene Descartes的 科学界的创新者相信他门正在处理的是人类历史上第 观点一致，即神经细胞包含某种流体或“情气”，并目 -次出现的课题.Gordon Shepherd(1991)在他引人人 这些精气负责体内感觉和运动信息的流动（图2）。然 胜的著作《Foundarions of the Neuron Doctrine》中详细 而，为了更深人一步，这项革命性的工作需要克服早 记述了动作着的各种驱力。 期显微镜的缺陷，其中很重要的一点就是透镜的质量。 Shepherd记叙了在18世纪现代科学诞生的洪流 当放大倍数提高时，色差使得它们完全设法用。直到 中，作为其中一份子的神经科学研究是如何开始的。 透镜制作者解决了这个问题，显微解创学才重新回到 例如，Robert Fulton于1807年发明了蒸汽机，而Hans 生物学历史舞台的中史， (b) 1(a)Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723).(b) 2 Rene Descartes (1596- 台Leeuwenhoek使用的原始的显微镜，由两个铜板固 1650)。Frans Hals绘。 定透镜组成。 医学奖。 的结果。他第一次看到这种染色法是在他一位同事 Ramon y Cajal是与Golgi同时代的人。他是一位 Luis Simarro位于马德里的家中，后者是在参加巴 内科医生的儿子，性格有点桀警不圳。在他那望子成 黎的一次会议时学会这种技术的。Ramon y Cajal说 龙的父亲对他进行家庭教育之前，他对生物学没有发 正是在Simarro的家庭实验室里一类似于Golgi 生任何兴趣。从复杂的童年中，Ramon y Caial成长 发明这种染色法的实验室 一他首次看到“大脑那 为现在一些人所说的“现代神经科学之父”。他被公 著名的部分被Pavia的专家发明的印染色法染色 认为是第一个彻底阐明神经元学说的人。 (Sherrington.1935) Ramon y Cajal的许多发现是使用Golgi染色法 Ram6 ny Cajal叹服于这种染色法(Sherrington译
第一章认知神经科学简史·9 1935): 常见的觉现象，并且在其他领域也有很多发现 在一个清晰背景上浮现出黑色的丝，有些如而光 就连Sigmund Freud(图l.15)也曾参与到神经 滑。有些而多刺：一些小而密的斑点点银其间，或 元运动中来。年轻时，Fud师从德国菩名解剖学家 星状或锤状。扣同用中国的丞汁在日本的宣纸上 Emst Bricke。.Freud甚至就他后续的关于鳌虾的独 物出的写意画。想想吧。正是这同一片红织，当它械 研究写过一篇论文。的确，一些Freud的传记作者认 过去的洋红或洋苏木柒色时，是那样的纷杂混乱以至 为，他也增经抱有这样的想法：神经元是分立的和名 于视线苦苦搜寻却徒劳无功。然而在这里 一切都清 不相同的生理学单元 蜥而简约，如同图表一般。只需要看一眼就明白了 Hermann von Helmholtz(图l.I6)这位可能任何 我看得膛日结舌，竞不能把眼晴从显微枝上移开 时代都亨有盛名的科学家也为早期的神经系统研究做 许多真正有天赋的科学家都参与到神经元学说 出了贡献。Helmholtz是第 个提出无脊椎动物是 (neuron doctrine)的早期发展中(Shepherd.,1991) 究脊椎动物大脑机制的绝好模型的人。他在物理学， 比如Jan Evangelista Purkinie(图1.14)是一位在德国 医学和心理学领城也做出了重大贡献。 统治下的布拉格接受训练的人，他不得不旅行到波兰 英国生理学家Sir Charles Sherrington热衷于探求 才找到一个大学的教职。他不仅描述了神经系统中的 神经元作为一个单元的作为。他发明了突触这一术语 第一个神经细胞，而且还发明了顿闪观测仪，描述了 来描述两个神经元之间的连接。 (b) 1.14 (a)Jan Evangelista Purkinje(1787-1869),第一个 描绘了神经系统的神经细胞，(b】 小脑的一个Purkinje细胞。 (1856 1020 整虾的研究 说明两个 元如何 接的 意图，这一观点到了Ramony Cajal的反对
10·认知神经科学 (b) 图1.16(a)Herman dwig von Helmholtz(1821一1894)。(b)Helmholtz用于测量神经传导速度的装置 认知神经科学中的里程碑 神经科学领城的女性先锋 试像在目他大多数科学领域一样，直相对较近的 第一份关于用微电极记录青蛙肌肉细胞膜静息电 时代，女性对神经科学的西献很少被人认识和承认。尽 位的报告于1942年发表，作者是Judith Graham Pool 管很容易下结论说这是因为缺乏女性的参与，但更经常 1917-1975).G.R.Carlson和Ralph Gerard,他们的电 的是女性确实参与了，她们的工作却末被完全认可。我极（直径2~3微米）也是一些弯曲的毛细管连到一个尖 们可以考察一下微电极这个例子。作为今天电生理研究 端并充满氯化钠溶液，用于记录静息电位和由微电极 中一种重要的工具，微电极用来向细胞输人离散的电学 激起的动作电位。尽管人门把微电极的发明完全归功 或化学刺激，并记录一个单一神经元或肌肉细胞内的电 于Gerard,因为他把电极的直径降到了0.25微米，但 活动，Ralph Gerard被认为发明了微电极，他还有其他 至少P0l在它的发展中起了重要作用.据她所说，她 一些杰出的成就。然而，虽然未被正式认可，但是两位 发明了这种微电极却没有得到任何认可。 女性对微电极的发明也做出了重大的贡献。 除了不被承认外，女性的工作还被同时代男性的 1902年，1 da Hyde(见图a郎分)成为第-位当选 相似工作所掩盖。单细胞记录就是一个例子。尽管多 美国生理学会会员的女性：直到1914年她一直是这个 数神经科学教科书都在讨论Alan Hodgkin和Andrew 学会里唯一的女性.地是第一个从一所德国大学[海德 Huxley在墨鱼巨轴突方面的研究，但是另一位较少被 堡大学(University of Heidelberg)】获得博士学位，并 认可的科学家Angelique Arvanitaki(1901一1983)也对 在哈佛医学院人从事研究的女性。跑发明了第一个微电 单细胞记录研究作出了重大贡献. 极，用于对低等生物细胞的研究（见图b部分）。这项 到20世纪40年代，神经生物学家已经学会如何用 发明结合了RH.Pat于l9I7年以及M.A.Barber于 微电极穿透有电活动的细胞，并希望在一个细胞之内 1912年使用的设备.Hyde组装了一个充满盐溶液的直 研究神经的性质。尽管脊椎动物的神经很小1并且存在 径很小(3微米左右)的电极，并将它与一小段水银相 于大脑和神经系统中，但无着椎动物的巨大神经细胞 连：而水银的高可受到传人的正负电流量的调节。而 却不是这样.Arvanitaki(1939)阐明了海蜗牛和陆地 这水银反过来又能驱动盐溶液进入或远离毛细管的尖 蜗牛的可分辨神经的巨大神经节细胞标本。地还发现， 嘴并通过盐溶液向细抱传输电制激。1921年，Hyde使 在低浓度的钙容波中单独存在的墨鱼神经纤维产生有 用这种技术支持了一个最近才发现的原则：全或无的收 规律的电振动，并且每个周期的振动都比上一周期强 缩方式并非对所有收缩细胞都适用。这种敲电极后来 烈，直到神经发放一系列动作电位。Arvanitaki是最 在“二战”中遗失。 先证实自发的、周期性的活动是单个神经的内在性质
第一章认知神经科学简史·11 在Golgi、Ramon y Cajal和其他杰出科学家的共 立出来以研完它们的结构、形式和连接，那就和生命 同努力下，神经元学说诞生了—这一发现的重要性 不同了：在生命中，所有的部分同时为一个目的而含 由1906年授予Goli和Ram6 n y Cajal以及1932年 作。加果一个器官不能凭借自己生存，那么人们就常 授予Sherrington的诺贝尔奖彰现出来。 说它在解学高义上不存在，因为边界的划分有时纯 随着20世纪不断推进，定位主义者对他们的观 粹是任意的，那生活的。存在的。是整体：如果一个 点进行了一定的折中，因为他们观察到，尽管特定的 人只分别研究一种机制的各个部分，那么他就不可能 神经区域负责某项独立的功能，但这些区域组成的网 知道它是扣何运作的。 络以及它们之间的相互作用才是产生人类表现出的整 这样，科学家们开始相信关于“部分”的认识（神 体，综合行为的原因。 经元和大脑结构)必须在它们与整体的关系中被理解 法国生物学家Claude Bernard(1865)写道： (也就是说，当这些部分连接到一起时产生的东西 如果有可能将身体的所有部分分解开，将它们独 心智)。接下来我们考察一下心智的历史， a (b) 00 a,电池：b,转换器：c电感器，d,夹子，e,帕丝：1，吸管顶增：9，夹子，h,橡胶管 (a)1 da Hyde(1857-1945),第-位入选美国生理学学会的女性(1902年)。(b)1 daHyde发明的徽电极 而不需要整个神经回路去产生它她还发现，当两个 质功能成像)，Carol Colby(视觉和顶叶)：Mary Hatten(发 或更多神经元一起工作时，一个神经元的发放会带动 展细胞神经生理学)，原神经科学学会主席：Christine 邻近的神经元活动。Hodgkin和Huxley因对墨鱼轴突 Nussellin-olhard(分子神经生理学)：还有可能是最 动作电位的离子基础的研究荣获了1963年的话贝尔生 知名的，Rita Levi-Montalcini,地是因发现了神经生长 理学或医学奖，并在多数神经科学教科书中得到认可， 因子而分享了1986年诺贝尔生理学或医学奖的神经 这淹盖了Arvanitaki对这一领域研究的更大贡献。 生物学家，Linda B.Buck因她对复觉系统的研究而三 自Milner在20世纪60年代的记忆研究之 Richard Axel分享了2004年的诺贝尔生理学或医学奖 后，神经科学众多领域的很多女性被认可为该领域的 尽管神经科学领域目前还是男性成员多于女性成员 重要科学家：Patricia Goldman-Rakic(额叶皮质神经生 但是这种不平等正在迅速消失，这从考取神经科学学 理学和神经解剖学)，原神经科学学会主席：Mg 位的女性研究生数量上就可以看出 Livingstone(切地神经生理学)，Leslie Ungerleider(皮