从卡哈尔到现在

圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔是理所当然地称为现代神经科学之父。他的脑细胞的详细图纸,激发了一代又一代的神经科学家追求最后的生物学的前沿,释放大脑的复杂性来了解它的秘密。

武装与高尔基染色方法,包括随机标记细胞与铬酸银,光学显微镜,他的笔记本,钢笔和墨水,·拉蒙-卡哈尔重建他看见他的显微镜下的细结构。工作,他被授予1906年的诺贝尔生理学和医学奖。

此外,他正确地描述神经元的单位。这是有争议的,因为它反对公认的网状理论的教条,暗示大脑组织是一个连续的网络。

在本文中,我们比较两个他的绘画与现代图像相同的大脑区域和描述了现代技术用于获得它们。

在第一个图,卡哈尔描绘举行的花萼。第一次描述了德国解剖学家汉斯,花萼是一个巨大的突触前终端看起来像一只手包围着一个拳头,或一个球在捕手的手套,因为它突触到突触后细胞的伙伴。这个专门的突触是听觉系统的重要内容,是电路的一部分,使我们能够识别声音的方向。

由圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔举行的花萼。来源:《卫报》和艾布拉姆斯。

神经科学家现在可以查看和3 d重建这些突触前结构。下面的视频是花萼充满了红色染料,称为Dextran-Rhodamine。你可以清楚地看到这些特殊的长轴突电缆终止花萼的结局,像小红的手指。图像使用2-photon激光扫描显微镜可以解决400微米深的组织结构,保留他们的三维形状。许多二维扫描的图像重建的组织在不同z-positions,称为z-stack——想象俯视到一个苹果然后切片顶部,然后切片稍微等等,直到你已经切断所有的苹果,现在把各部分合并起来查看整个苹果。

卡哈尔只能解决细胞和结构部分的固定组织到100微米厚,厚的标本的阻止了光的传播。

3 d重建使它容易想象周围的红色手指包装突触后细胞的身体,就像卡哈尔吸引了100多年前尽管他技术的局限性。

三维重建的花萼码头举行。成像Kopp-Scheinpflug和活力四射。

在其他大脑结构由卡哈尔是视网膜的书房。这种结构的复杂性卡哈尔中描述得非常漂亮的画。卡哈尔清楚地定义了不同层的视网膜,甚至描绘顶部的视杆细胞和视锥细胞的区别。这些特殊细胞被光激活启动信号级联,使我们能够看到。

视网膜由·拉蒙-卡哈尔。来源:《卫报》和艾姆斯。

神经科学家已经存在于视网膜的细胞类型和它们是如何联系起来的。下面的例子使用尖端技术映射的连接体一层视网膜的一块。科学家们调查内网状层,结合电子显微镜和一个切片机的串行部分视网膜层的电子显微图。然后用计算机算法和训练有素的本科生重现路径通过这一层的神经元。这种艰苦的努力结合计算机能力和许多人小时导致视网膜飞行视频下面的特色。在视频中,你通过血管层飞经过950个神经元。这个视频是一个很好的例证的复杂性在一层构成视网膜。

飞行的视网膜内网状层视图。每个不同的颜色代表一个单一神经元和隧道血管。视频从Helmstaedter et al。(2013)。

尽管成像和神经科学技术进步自卡哈尔生产图纸,今天他们仍然相关。获得的洞察力观察他忠实的复制的他看到了他的显微镜形成神经科学领域的基础。这就是为什么他的图纸继续捕捉专家和公众的想象力。

引用:

Helmstaedter M, Briggman KL、Turaga SC Jain V, Seung HS, Denk W (2013) Connectomic重建视网膜内网状层的老鼠。自然500:168 - 174