每一年的诺奖季，有人和合作者、学生、伴侣一同喜提诺奖，皆大欢喜；也有人和竞争对手同台领奖，不知他们当时是什么心情。

图片来源：Nobel prize.org

撰文 戚译引

这个故事要从一位立志成为画家的科学家说起。

1852 年，圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramon y Cajal）出生在西班牙北部的纳瓦拉省。因为性格顽劣，他从小就被踢皮球一样从一间学校转到另一间学校，11 岁的时候甚至用自制大炮轰掉了邻居院子的大门。为了让孩子学会守规矩，父亲一度想让他去做学徒，将来当个鞋匠或者理发师。

但卡哈尔对绘画有着极大的热情和天赋。他的父亲是外科医生和解剖学教师，曾带着十几岁的他去墓地，搜寻人的尸骨进行研究。于是卡哈尔对绘画的热情转向了解剖学，随后进入父亲任教的萨拉格萨大学（University of Zaragoza）学习医学。到 31 岁那年，他当上了西班牙瓦伦西亚大学（University of Valencia）的解剖学教授。

约 1884-1887 年间，卡哈尔在实验室里。图片来源：Wikimedia Commons

在 19 世纪下半叶，细胞学说已经经过了约三十年的发展，人体中的许多细胞都得到了描述，但神经细胞仍然是个谜。这些细胞具备高度不规则的外形，朝外伸出一束束纤细的分支，谁也不知道这些分支延伸到什么地方、发挥了什么作用。不过，打破这个困境的技术已经诞生了十多年，它在等待卡哈尔发现它。

这次相遇发生在 1887 年。卡哈尔到马德里拜访精神科医生路易斯·斯马罗·拉卡布拉（Luis Simarro Lacabra）。拉卡布拉从法国学习归来，他对卡哈尔展示了自己学到的一种组织染色技术。卡哈尔被眼前的景象深深震撼：经过处理的神经组织标本放在显微镜下，一片浅黄色的背景当中，被染成黑色的神经元如同舒展枝叶的树木。

使用高尔基染色法染色的锥体神经元。图片来源：Wikimedia Commons

这就是高尔基染色法。

在厨房里切脑子的人

高尔基染色法得名于意大利科学家卡米洛·高尔基（Camillo Golgi）。高尔基发现了许多解剖结构，包括被写进中学生物课本的高尔基体，细胞内部的“中转站”。但影响最为深远、并使他获得诺贝尔奖的成就，还是他在自家厨房里发明的“黑色反应”（black reaction）。

高尔基体 3D 示意图，来复习一下。图片来源：Wikimedia Commons

在此之前，学界研究细胞主要依靠两种方法。一种方法是将组织切片后使用苏木精（hematoxylin）或胭脂红染色，这种方法用于研究其他组织是够用了，但是对于神经细胞，它只能让细胞核周围的一圈着色，最多能够展示一些树突的基部。另一种方法是使用铬酸（chromic acid）或重铬酸钾（potassium dichromate）溶液浸泡，使神经组织固定、硬化，然后在显微镜下用针将神经元分离出来。这种方法也只适用于一些较大的神经细胞，那些纤细的轴突末梢都不可避免地在处理过程中被破坏了。

第一张神经细胞图片，发表于 1865 年，发表时作者奥托·弗里德里希·代特（Otto Friedrich Deiters）已经逝世。图片来源：Deiters, 1865

1873 年，高尔基染色法的诞生改变了这种局面。这种染色方法的步骤如下：

1. 将新鲜的神经组织用福尔马林固化，然后浸泡在 2.5% 的重铬酸钾水溶液中 1 至 45 天（有时需要更久）；

2. 在 0.5% 至 1％ 的硝酸银溶液中浸泡一定时间；

3. 将组织脱水并切割，不包埋；

4. 用振动切片机切成 60 微米厚的切片，放进蒸馏水中；

5. 将切片放置于正电荷防脱载玻片（superfrost plus sludes），风干 10 分钟;

6. 用 95％ 酒精、100％ 酒精脱水，用二甲苯清理，盖上盖玻片。

高尔基。图片来源：Wikimedia Commons

高尔基染色法只能让 1% 到 5% 的神经细胞染色。由于这种不可靠的性质，学界对这种方法反应冷淡，只有很少人使用它。高尔基感到灰心丧气，转而研究疟疾，竟鉴定出几种不同的疟原虫，声名鹊起。多年以后，这种方法才在另一位科学家——卡哈尔的手中重新发扬光大，但高尔基本人显然对此并不高兴。

重新发现高尔基染色法

只有少数细胞能被染色，这乍看之下是个缺陷，但在卡哈尔眼里它是个优点。如果所有神经细胞都被染色，在显微镜下看到的就会是一团乱麻。而使用高尔基染色法，被染色的细胞虽然占少数，但它会被整体染色，让卡哈尔得以观察单个神经细胞的完整结构。

卡哈尔作品，人类小脑中的浦肯野细胞。图片来源：Wikimedia Commons

等一下，神经细胞真的存在吗？

尽管早在 1865 年，德国科学家奥托·弗里德里希·代特（Otto Friedrich Deiters）就绘制了第一张神经细胞图片，但当时流行的观点认为，神经系统是一张错综复杂、无法分割的网。这就是环路理论（reticular theory）。

高尔基也是环路理论的坚定支持者。在转向疟疾研究之前，高尔基利用这种技术绘制了大脑的多个解剖结构。他观察到轴突存在广泛的分叉，他认为这是大脑和脊髓中遍布的网状结构的基础。

高尔基借助自己发明的染色方法绘制的海马体。图片来源：Wikimedia Commons

但使用高尔基染色方法，卡哈尔发现事实并非如此。在 19 世纪 90 年代，他绘制了一系列精美的图片，表明神经元尽管形状复杂，它仍然符合细胞的定义，是独立的结构。他描述了神经元的胞体、树突和轴突，证明这些复杂精细的结构都是从胞体生长出来的。更重要的是，神经元通过突触相互连接，进行信号传输，但它们没有发生融合，每个神经元仍然是独立的个体。这就是与环路理论相对立的神经元理论（neuron theory）。

凭借无可辩驳的证据和过人的洞察力，卡哈尔让学界同行纷纷放弃了环路理论，也为现代神经科学打下了基础。1906年，诺贝尔奖评审委员会决定将生理学和医学奖授予高尔基和卡哈尔，以“表彰他们在解释神经系统结构方面的研究工作”。

和死对头同台领奖

看着自己发明的方法被用来推翻自己维护的理论，高尔基的心情一定十分复杂。在颁奖典礼上，高尔基先发言，决定再为环路理论辩论一番。他说：

“很奇怪，我一直反对神经元理论，但是这个理论开始得到承认还是因为我的工作。我选择神经元作为我的演讲主题。现在这个观点大体上已经不受欢迎。”

接下来，他谈到大脑受伤后复原的能力、导航能力和整合不同功能的能力，他认为这些都是支持环路理论的证据。他还说：“尽管这和将组成元素个体化的趋势背道而驰，但我仍然无法放弃这个观点，神经系统是整体行动的，别怪我坚守旧观念。”

面对比自己大 9 岁的前辈的公开批评，记录显示卡哈尔没有生气，而更多是尴尬。但他仍然不卑不亢，现场感谢了许多对他有帮助的人，并对听众们介绍了自己的工作。最后他说：

“没错，从分析工作的角度来看，如果所有神经中枢都由运动神经……和感觉神经之间的连续中介网络组成，这将是非常方便且经济的。不幸的是，大自然似乎没有意识到我们的智力对便利和统一的需求，而常常对复杂性和多样性感到高兴。”

卡哈尔作品，一个溺亡的人小脑中的浦肯野细胞。图片来源：卡哈尔研究所

高尔基一生反对神经元理论，直到 1926 年逝世。但以他的名字命名的解剖结构和染色方法仍然留在了教科书里，并且诺奖官网介绍，他是一位很好的老师，实验室永远对好奇的学生敞开大门。而卡哈尔后来写道，在分享诺奖方面，“命运是如此残酷而讽刺……将科学上个性鲜明的对手配到了一起。”

或许，哈卡尔和高尔基代表了两类不同的科学家。“科学的主要贡献者可能会发明一种新方法，并花费数年时间进行观察，描述观察结果。但是，伟大的科学家所做的不仅如此。他们根据研究工作，提出了深刻的、一致的原理，来解释大量数据，并最终证明该理论是正确的。”一本高尔基传记的书评写道。

参考来源：

1. Fishman RS. The Nobel Prize of 1906. Arch Ophthalmol. 2007;125(5):690–694. doi:10.1001/archopht.125.5.690 

2. Ennio Pannese (1999): The Golgi Stain: Invention, Diffusion and Impact on Neurosciences, Journal of the History of the Neurosciences: Basic and Clinical Perspectives, 8:2, 132-140, http://dx.doi.org/10.1076/jhin.8.2.132.1847

3. Mitchell Glickstein, Golgi: a life in science, Brain, Volume 135, Issue 1, January 2012, Pages 301–303, https://doi.org/10.1093/brain/awr207 

4. Arpan R Mehta, Puja R Mehta, Stephen P Anderson, Barbara L H MacKinnon, Alastair Compston, Etymology and the neuron(e), Brain, Volume 143, Issue 1, January 2020, Pages 374–379, https://doi.org/10.1093/brain/awz367

5. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1906/golgi/facts/

6. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1906/cajal/facts/

7. https://en.wikipedia.org/wiki/Camillo_Golgi 

8. https://en.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_Cajal 

9. 《追寻记忆的痕迹》，作者: [美] 埃里克·坎德尔，译者: 喻柏雅，后浪丨中国友谊出版公司

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