神经科学的历史:Luigi Galvani

Luigi Galvani(1737-1798)

到了18世纪初,大脑科学家们开始对神经系统的复杂解剖结构有了更好的了解。然而,大脑的生理机能——或者说大脑的功能方式——仍然是一个由推测主导的领域,缺乏实验证据。当时有一个极其重要但尚未回答的问题涉及神经生理学。18世纪初的科学家们在试图解释神经功能时,仍然依赖古希腊人的观察结果,但那些见解似乎与最近的实验室发现不相符。

18世纪初,关于神经功能的主要假设围绕着动物精神的模糊概念。动物精神的概念被认为起源于古希腊,是由盖伦倡导的,他的影响可能帮助这一学说保持了1500多年的统治地位。

动物精神假设表明身体的中空神经充满了烈酒 - 不可见,无形物质,以神秘的方式造成运动或允许感觉发生。根据Galen的看法,一种叫做自然精神食物消耗后在肝脏中产生。然后送到心脏的天然烈酒,他们被转换为伟大的灵魂。在颈动脉中携带生命的烈酒,向大脑进行脑室或在大脑底部的动脉复合物,即Galen称为网mirabile,或“精彩网”。在这些位置之一,将重要的灵魂转化为动物精神——精神的最高形式。然后,动物的灵魂被储存在心室,直到需要的时候。

虽然动物精神假设仍然是18世纪初的盛行假设,但调查人员在实验验证精神的存在方面没有成功。这导致了对其他假设的探索,如托马斯威利斯的想法,神经携带滴落在肌肉上的液体以刺激它们。然而,这些新的假设也没有似乎无法实验到实验审查。但这发生了在18世纪早期的改变,当一些科学家开始建议电力是填补神经的神秘物质。

当时,对电力奇观的欣赏迅速增长。可以在18世纪上半叶出现,分别作为摩擦机和莱姆登罐子所知的第一装置,称为摩擦机和莱姆登罐。这些对手可用于创造令人眼花缭乱的展示,并成为社会参与的流行新奇。然而,它也很快被认识到,电力有一些潜在的医疗应用。似乎特别有效刺激瘫痪的肢体的肌肉与合同。

这使得一些人假设电流是通过神经的物质。当证实电鱼(如电鳐)产生的电击是由实际的电引起时,这个假设得到了支持,因为它证明了电可以存在于动物神经系统的范围内。正是在这个时候,当人们开始对电作为神经系统的机械组成部分感到兴奋时,路易吉·伽伐尼在这个领域做出了开创性的贡献。

Galvani是意大利博洛尼亚大学解剖学的医生和教授。在1770年代,他开始探索电力及其与神经的关联,在他自己的家中进行实验,主要与青蛙作为主题。

从Galvani的1791年出版物的一个插图,显示了他的实验中使用的一些设备(以及杂交制剂)。

1791年,经过10年的研究进入这个主题,Galvani发表了这项工作,让他出名,他的电对肌肉运动影响的评论。在论文中,Galvani描述了一系列实验,这对神经系统中的电力自然参与进行了强烈的实验。首先,Galvani讨论了偶然发生的观察。他在一台电机旁边的桌子上解剖了一只桌子上的青蛙,当他的一个助手用金属手术刀触动青蛙的神经时,当电机发出火花时,青蛙的腿部肌肉收缩,导致抽搐肢体的运动。

Galvani进一步探索了电引起肌肉收缩的能力。他发现,当一根电线从电机延伸到青蛙的腿时,也会引发痉挛。他将这一发现扩展到哺乳动物,观察到鸡和羊也能产生类似类型的收缩。

伽伐尼随后开始研究自然电源的影响,发现当闪电(由避雷针和电线引导)到达青蛙的四肢时,也能产生肌肉收缩。这些实验都很有趣,但它们本身并不是突破性的。其他研究人员观察到电引起肌肉运动的能力。但是伽伐尼接下来进行的实验,以及他做出的推论,才是真正使他的研究脱颖而出的原因。

为了连接导线或将青蛙悬挂在屋外进行闪电实验,伽伐尼将铜钩固定在青蛙的脊髓上。当他把青蛙和铜钩一起按在一块金属板上时,他和一只青蛙在一起。令伽伐尼吃惊的是,这只青蛙也表现出了用电引起的同样类型的抽搐动作。这表明这些运动并不依赖于外部的电,并导致Galvani做出推论,“电是动物本身固有的。”

Galvani继续假设这种“动物电力”是由大脑产生的,并被神经分布到肌肉(大脑作为电力的“来源”,一旦研究人员开始更好地了解电气性质,就不会受到审查神经元)。他还假定神经必须覆盖脂肪的衬衫 - 一个假设,以至于发现这种绝缘材料(即髓鞘)超过60年。

伽伐尼的发现和推论非常有影响力。其他关于神经功能的假说,比如动物精神学说,开始失宠。尽管许多关于神经系统电特性的问题仍然存在,但至少现在研究人员已经有了一种可以观察和测量的神经功能机制(不像难以捉摸的动物精神)。伽伐尼的发现为现代神经功能研究奠定了基础。

伽伐尼无法充分理解他的观察的重要性,也无法理解这些观察所带来的声望。他的妻子在他发表研究结果的同一年去世(1791年)。他悲痛欲绝,情感上似乎再也回不到从前了。在接下来的七年里,他一直在为自己的结论辩护,尤其是著名的亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta),后者不断抨击伽伐尼的作品不足以支持他的推论。伽伐尼于1798年去世,他不确定自己的发现会有多重要,也没有意识到这些发现将成为现代神经科学基础的重要组成部分。

手指s.脑子后面的思想。纽约,纽约:牛津大学出版社;2000年。

Galvani L.电力影响对肌肉运动的评论。Foley Mg,Translator。诺沃克,CT:Burndy图书馆;1953年。