Kuvat ovat ikonisia kaikille, jotka ovat upottaneet kärjensä neurotieteen laajaan ja arvoitukselliseen uima-altaaseen: Hieno haarautumismalli syntyy pienestä mustasta pisteestä ja ympäröi sitä. Monipuoliset viivapainot viittaavat piirustuksessa kuvattuun kolmiulotteiseen rakenteeseen, joka muistuttaa paljaan haaroittunutta puuta talvella. Nämä ovat espanjalaisen neuroanatomisti Santiago Ramón y Cajalin hermosolujen piirroksia.
Asiaan liittyvä sisältö
- Tiede Waldo-haun takana
Viiden vuosikymmenen työn aikana Cajal (1852–1935) loi yli 2900 piirrosta, joissa selvitettiin hermoston arkkitehtuuria. Lukemattomat tuntimäärä tarkkaa tarkkailua antoi tiedon piirustuksista ja auttoi häntä ymmärtämään kaksi neuroanatomian perustavanlaatuista totuutta. Ensin hän päätteli, että aivot koostuivat monista yksittäisistä soluista, joita kutsuttiin neuroneiksi, eikä sulautettujen solujen hämähäkin verkkomaiseen rakenteeseen (monien hänen nykyaikaistensa näkemys). Toiseksi, näiden solujen sähköiset signaalit tuottavat virtausta neuronien läpi yhteen suuntaan: haarautuneet dendriitit vastaanottavat pulssin, kuljettavat sen pääsolurunkoon ja sitten pitkin aksonejaan - pitkiä projektioita, jotka voivat yhdistää aivojen etäosat.
Cajal jakoi työstään vuoden 1906 fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon italialaisen Camillo Golgin kanssa, joka keksi kudoksen värjäysmenetelmän, jota Cajal käytti yksittäisten hermosolujen näkemiseen. Uskomatonta oli, että muut tutkijat voisivat vahvistaa hänen näkemyksensä aivojen rakenteesta ja toiminnasta vuosikymmenien ajan. Nyt hänet kutsutaan nykyaikaisen neurotieteen isäksi.
"Hän oli nero ja suuri tiedemies, joka pystyi näkemään asioita, joita muut eivät pystyneet", sanoo Minnesotan yliopiston neurotieteilijä Eric Newman, joka on toimittanut yhteistyössä uuden kirjan Cajalista, Kaunis aivo: Santiago Ramónin piirrokset y. Cajal yhdessä kollegoiden Alfonso Araquen ja Janet M. Dubinsky kanssa, myös neurotieteilijöitä yliopistossa. Heidän teoksensa sisältää yli 80 Cajalin piirustuksesta ja on mukana matkalla näyttelyssä, joka avataan 28. tammikuuta Weismanin taidemuseossa Minneapolisissa.
Kaunis aivot: Santiago Ramon y Cajalin piirustukset
OstaaKirjan ja näyttelyn osoittaessa Cajal oli taitava taiteilija ja hänen havainnollisuutensa johtivat häntä titaaniksi tiedehistoriassa.
Cajalin piirustusten terävä kauneus johtuu hermosolubiologian monimutkaisista sanoista ja tummasta Golgin värjäysmenetelmästä, jonka Cajal paransi, mutta hänen työnsä sisältää jotain enemmän. Monet kuvista ovat niin informatiivisia, että niitä käytetään edelleenkin neurobiologian luokissa. "Hänen piirustuksensa ovat edelleen parhaat piirustukset", Newman sanoo. ”Ne kuvaavat niin monia avainkysymyksiä.” Jopa nykyaikaiset kuvantamistekniikat eivät voi ylittää eleganssia, jolla Cajal yhdisti muodon ja toiminnan.
Kirja on jaettu neljään pääosaan. Ensimmäinen esittelee aivojen erityyppisten solutyyppien menagerieä runsashaaroisista Purkinjen neuroneista, jotka pitävät kehon pystyssä ja tasapainossa, harvoihin neuroneihin, jotka säätelevät lihan supistumisia, jotka liikuttavat ruokaa suoliston läpi.
Toinen osa osoittaa, kuinka nämä monet solut integroituvat aistijärjestelmien luomiseksi. Täällä Cajalin kuvat selvittävät, kuinka aivot ja aistielimet vastaanottavat ja käsittelevät hajuja, nähtävyyksiä ja ääniä. Kolmas osa sisältää piirrokset neuroneista, jotka toimivat yhdessä piireissä, rakentaen reittejä, jotka yhdistävät aivojen eri osat tai johtavat tiettyihin käyttäytymisiin. Viimeisessä osassa tutkitaan kuvia soluista, jotka kasvavat, jakautuvat ja kuolevat.
Newman kirjoitti kuvien otsikot. "Yhdestä piirrosta toiseen yritän kertoa tarinan, jotta ihmiset voivat oppia neurotiedestä lukeessaan", hän sanoo. Mutta hänen selityksensä ovat kaukana didaktisesta; sen sijaan hermoston tarina paljastuu vakuuttavasti, ja Cajalin teoksen visuaalinen kohtelu helpotti sitä vain pienessä osassa.
"Jotkut piirustuksista, jotka valitsimme pääasiassa kauneutensa vuoksi", Newman sanoo. Sitten ryhmän oli sukellettava Cajalin lehtiä ja alkuperäisiä tieteellisiä kirjoituksia ymmärtääksesi paremmin kunkin piirustuksen asiayhteyttä ja merkitystä.
Kirjassa on myös eteläinen Etelä-Kalifornian yliopiston neurobiologin Larry W. Swansonin ja toisen Weismanin taidemuseon johtajan ja kuraattorin Lyndel Kingin sekä Abrams Booksin päätoimittajan Eric Himmelin kirjoittama essee., kustantaja.
Swanson kaivaa Cajalin elämää ja tieteellisiä saavutuksia kutsuen häntä "kiehtovaksi, moniulotteiseksi, elämää suurempihahmoksi". King ja Himmel tutkivat hänen taiteitaan ja menetelmiään. Molemmat esseet perustuvat miehen omaelämäkerran muistoihin elämästäni .
Omakuva, jonka Cajal on ottanut hänen laboratoriossaan Valenciassa hänen ollessa kolmekymppinen, c. 1885. (Kohteliaisuus Instituto Cajal del Consjo Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) 
Omakuva, jonka Cajal on ottanut kirjastossa kolmattakymmentäluvunsa aikana. (Kohteliaisuus Instituto Cajal del Consjo Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) 
Neljä omakuvaa, jotka Cajal otti 34-vuotiaana, 1886. (Kohtelias Instituutti Cajal del Consjo -yksikön tutkimuslaitos, Madrid, © 2017 CSIC) Cajal, syntynyt vuonna 1852 pienessä kaupungissa Koillis-Espanjassa, kuvasi itseään köyhäksi opiskelijaksi, ujoksi ja assosioitumattomaksi, Swanson kirjoittaa. Nuorena hän piirsi pakonomaisesti ja halusi olla taiteilija. Hänen isänsä, paikallinen lääkäri, halusi hänen olevan lääkäri. Nämä kaksi sovittuivat, kun Cajal löysi, kuinka paljon ihmiskeho kiehtoi häntä, ja hänen isänsä näki, kuinka erinomaiset hänen piirustuksensa anatomian opettamiseen olivat. Cajal kävi paikallisessa lääketieteellisessä koulussa.
Kun armeijan lääketieteellisen palvelun aikana supistettu malaria jätti Cajalin liian heikoksi tullakseen lääkäriksi, hän kääntyi histologiaan, kehon kudosten mikroskooppiseen tutkimukseen. Hänellä oli myös tyylikkyyttä runolliselle selittämiselle: Cajal kirjoitti, että histologia paljasti hänelle ”sen levottoman mehiläispesän nöyrä, joka meillä kaikilla on sisällämme.” Kotonaan itse rakennetussa laboratoriossa hän hioi veneensä. Vierailu Golgiin Italiassa esitteli hänelle hopeapohjaisen menetelmän, joka värjää muutaman satunnaisen neuronin syväksi mustana, mikä luo pohjan hänen piirustuksilleen.
Cajal tislasi usein satojen neuronien havainnointia piirtääkseen yksittäisen tyylikkään rakenteen lopulliseen kuvaansa. King ja Himmel käyttävät yhtä omakuvistaan kuvitellakseen tyypillistä päiväänsä: Cajal istuu pöydässä, jolla on useita mikroskooppeja, lepää päänsä kädessään ja katselee katsojaa. Lasipulloissa olevat kemialliset hyllyt ja pöydällä värjätty kangas osoittavat kudosten värjäytymisen eläinkudoksissa, mukaan lukien kanit, sammakot ja kyyhkyset sekä ihmisen ruumiin kudokset.
Esseistit selittävät, että Cajal saattoi katsoa edessään olevan mikroskoopin läpi ja piirtää pienelle piirustuspinnalle sivulle. He kirjoittavat:
Hän saattaa aloittaa piirtämisen lyijykynällä ja myöhemmin siirtyä sen yli Intiassa musteella lisäämällä mustepesua tai vesiväria tonaalisille alueille. Usein hän vietti aamun mikroskoopilla luonnostamatta ollenkaan ja piirtää muistista iltapäivällä palaaen mikroskooppiin vahvistaakseen ja tarkistaakseen havaintojaan; voimme nähdä prosessin jälkiä valkeilla alueilla, joihin hän ei ollut tyytyväinen.
Tuo työläs prosessi oli avain Cajalin löytöihin. "Voisit väittää, että hän oli vain paljon parempi tarkkailija ja kykeni tulkitsemaan sitä, mitä hän katsoi mikroskoopin alla", Newman sanoo.
Newmanille Cajalin teos herättää erityistä resonanssia. Newmanin oma tutkimus keskittyy aivojen ei-hermosoluihin, nimeltään glia. Perinteisesti näiden solujen on ajateltu olevan passiivisia tukisoluja, toinen viiri neuroneille. Vasta viime vuosina tämä ajatus on hylätty. Glia-solut ovat tärkeitä toimijoita, jotka rohkaisevat ja karsivat neuronien välisiä yhteyksiä, auttavat moduloimaan hermosolujen signalointia ja säätelevät aivojen verenvirtausta. Vielä yhdessä esimerkissä näkemyksestään Cajal tunnusti glia-solujen merkityksen yli sata vuotta sitten.
"Hän todella ehdotti monia glia-solujen toimintoja, jotka nyt selvitämme olevan totta", Newman sanoo.
Kirja päättyy Dubinskyn viimeisellä esseellä, joka tarjoaa ja selittää kuvia aivoista ja niiden rakenteista, jotka on luotu nykyaikaisella tekniikalla ja julkaistu tänään tieteellisissä lehdissä. Näihin kuuluvat Brainbow-hiiri, joka kantaa noin 100 eri värissä fluoresoivia neuroneja, ja aksonin pään digitaalinen rekonstruointi - joka perustuu elektroniskannausmikroskooppeihin ja proteiinien tunnistamiseen liittyviin kokeisiin - täynnä kemiallisia sanansaattajia, jotka odottavat vuotoa ja lähettämistä tiedot seuraavaan soluun. Heidän monivärinen loisto korostaa mitä Cajal teki oikein ja kuinka pitkälle tutkijoiden ymmärtäminen on edennyt hänen päivästään asti.
Jopa tieteellisesti ujo voi arvostaa Cajalin piirustusten visuaalista loistoa ja sitä, kuinka perusteellisesti ne valaisivat aivojen salaisuuksia, jotka voivat vaikuttaa niin pelottavilta kuin itse maailmankaikkeus. "Kun tarkastelemme hänen piirroksiaan tänään, " Kuningas ja Himmel kirjoittavat esseessään, "emme näe kaavioita tai väitteitä, vaan ensimmäisen selkeän kuvan siitä etäisestä rajasta, jonka on piirtänyt mies, joka matkusti kauimpana sen loputtomiin ulottuvuuksiin."
Kaunis aivot julkaistiin 17. tammikuuta, ja se on ostettavissa. Cajalin alkuperäisten piirustusten seurantanäyttely on Weismanin taidemuseossa Minneapolisissa 28. tammikuuta - 21. toukokuuta. Koko vuoden ja kevään 2019 aikana se matkustaa Vancouveriin, Kanadaan; New York City; Cambridge, Massachusetts; ja lopulta Chapel Hill, Pohjois-Carolina.
