2021年08月04日发布 | 1482阅读

​神外历史上的今天|致敬神经生理学先驱埃德加·道格拉斯·艾德里安

李艺玮





44年前的今天,1977年8月4日,英国杰出神经生理学家、诺贝尔生理学或医学奖得主埃德加·道格拉斯·艾德里安(Edgar Douglas Adrian)去世,享年87岁。艾德里安曾任剑桥大学教授及英国皇家学会会长,他因发展了“全或无”原则,并解释了运动神经和感觉神经传递的机制而被人们铭记。






在神经学迅猛发展的当下,人们常常会忘记,在久远的过去,是许多伟大的神经学家们前无古人地提出了最基本的神经学概念,构建了神经学研究的基础。艾德里安就是其中之一。


1889年,艾德里安出生于伦敦。他的父亲阿尔弗雷德·道格拉斯·艾德里安(Alfred Douglas Adrian)是当地地方政府委员会的法律顾问。在他的影响下,小艾德里安从小就有着浓厚的求知欲和对新事物的好奇心。1908年,他考入了剑桥大学规模最大的三一学院,在读期间多次获得自然科学类奖学金。1911年,他以一等荣誉获得了学士学位。之后,他进入英国著名生理学家基思·卢卡斯(Keith Lucas)的实验室工作,从此开始了一项与这个名字永远联系起来的事业。






早在1905年,基思·卢卡斯就证明了骨骼肌单纤维遵守全有或全无定律。在艾德里安加入卢卡斯的运动神经研究后,两人发现,当肌肉纤维收缩时,导致收缩的神经冲动的传递会使运动神经处于兴奋性减弱的状态,也就是今天人们所说的“不应期”。“不应期”的发现,使运动神经和感觉神经传输的细节得以被条分缕析地展现出来。而艾德里安的观察能力还远不止于此。有一天,艾德里安在准备录制一只青蛙的肌肉的活动视频时突然意识到,既然骨骼肌是在神经的支配下进行活动的,那么支配骨骼肌的神经的活动应该与骨骼肌的活动机制相似。基于这个猜想,艾德里安立刻与卢卡斯一起着手展开实验。在这期间,卢卡斯引入了热离子三极管放大器,使神经电生理学的实验迈入了新的阶段进步。1915年,年仅26岁的艾德里安因证明了“神经纤维中的神经冲动是一种短暂的活动波,它的产生与刺激的强度有关,而它的大小则与刺激的强度无关”的“全或无”原则,而荣膺三一学院院士。

第一次世界大战爆发后,基思·卢卡斯开始考虑通过改良放大神经中的电流传到路程的装置,以改进对神经电流的研究,而不满足于现有成就的艾德里安则暂时离开了卢卡斯的实验室,前往伦敦攻读医学学位,同时忙于治疗和研究患有神经损伤或神经紊乱的军人患者。1919年,卢卡斯因空难去世,艾德里安毅然回到剑桥接手基思·卢卡斯的实验室,继续在神经生理学领域发挥自己的才能。实验室设立在一个地窖里,环境十分艰苦,几位研究员不得不佝偻着身躯,一起挤在地窖里工作。英国气候潮湿多雨,因此地窖很容易进水,他们常常不得不在防水板上腾挪着做实验。为了更灵敏地检测神经脉冲,他继承了卢卡斯的策略,使用阴极射线管、毛细管静电计和热离子阀门对电脉冲,使神经脉冲的图像放大了5000倍。藉由改良后的检测方法,他成功地在青蛙的肌肉中发现了由单个末端器官和与之相关的单个神经纤维组成的结构,当刺激结构中的末端器官时,神经纤维就会显示出频率可变的规则脉冲。1923年,他发表了这一出色的生理学研究成果,因此被授予英国皇家学会院士称号。



艾德里安进一步记录了单个神经纤维中的神经电冲动。艾德里安通过严密的研究证明,这些脉冲能够因肌肉的张力、所承受的压力、触摸、毛发的摆动和针刺而产生。1928年,他再次发表了自己的实验结论,即对皮肤施加恒定强度的刺激,会立即刺激末梢器官,并使恒定强度的感觉冲动从末端器官沿着神经传递。但如果以同样的刺激持续刺激末梢器官,这种兴奋就会逐渐减弱。同时,这些感觉冲动起初是非常频繁的,但随着刺激的持续,它们的频率也会逐渐减少,大脑中的产生的感觉也逐渐随之减少。他的研究深刻地揭示了不应期和神经动作电位的本质。正如英国科学家A·V·Hill于1960年在《科学的伦理困境》所说:“艾德里安通过证明特定神经元中的传入效应依赖于脉冲在其中传播的模式,为神经行为提供了一个新的量化基础。
 
后来,艾德里安将他的研究扩展到“对疼痛刺激引起的电脉冲”的研究,他的结论是,传导疼痛刺激脉冲的神经纤维可能不会比视神经更深入大脑,并且所有类型的感觉脉冲在大脑皮层的感觉区均可以被区分出来。他还证明,大脑皮层中专用于任何特定终末器官的部分均与相关动物的特殊需要有关。例如,在人类和猴子身上,大脑皮质中专用于面部和手的感觉区域相对较大,而分配给躯干的区域则相对较少;而在猪的大脑皮层中,几乎整个负责触觉的感觉区域都集中在鼻子上的纤维上,这使得猪用这些纤维来探索它所处的环境。脑电波发现以后,艾德里安对脑电图和大脑皮层诱发电位作了大量研究,同时研究了嗅觉在大脑感觉区的电活动,以及脑电图中在这些活动中所显示的波形的变化和异常,这极大地启发了后来的脑电图之父汉斯·伯杰(Hans Berger)(推荐阅读:《神外历史上的今天|6.1神经外科领域的物换星移》并为癫痫和其他脑部病变的研究开辟了新的研究领域。


艾德里安一生发表了大量的有关大脑和神经系统电生理学方面的科研论文及专著,其主要著作包括《感觉的基础》《神经作用的机制》和《知觉的物理背景》等。由于他在神经学研究中的巨大贡献,1932年,艾德里安与查尔斯·谢林顿(Charles Sherrington)爵士共同获得了诺贝尔生理学奖。获奖后,谢林顿对艾德里安给予了极高的评价:“我很高兴能与我的朋友艾德里安教授一起获得诺贝尔奖。他把神经视为一座发电站,并且能让所有人听到它们最微小的活动。可以说,只要和他在一起,我们甚至可以听到金鱼在‘思考’,一个新的童话故事就要开始了。



1951年,艾德里安成为三一学院院长。1950至1955年,他担任英国皇家学会会长一职。1954年,他担任英国科学促进会主席。艾德里安因对神经电冲动的研究一步步走向辉煌,在神经学领域大放异彩,为后世的神经学研究搭建了坚实而宏伟的阶梯。


1975年,艾德里安的健康状况开始恶化。1977年8月4日,他在剑桥的伊夫林疗养院去世。为了纪念他的杰出贡献,三一学院教堂的为他建立了纪念碑,他也将在神经学研究的漫长历史中永垂不朽。




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【宣武夜校】脑电图的基础与临床

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