Geniet van deze wonderbaarlijke tekeningen van de vader van de neurowetenschappen

De afbeeldingen zijn iconisch voor iedereen die een teen heeft ondergedompeld in de enorme en raadselachtige poel van neurowetenschappen: een delicaat vertakkingspatroon komt voort uit en omringt een kleine zwarte vlek. Gevarieerde lijngewichten duiden op de driedimensionale structuur die de tekening beschrijft, die doet denken aan een kaal vertakte boom in de winter. Dit zijn de tekeningen van neuronen van de Spaanse neuroanatomist Santiago Ramón y Cajal.

gerelateerde inhoud

• De wetenschap achter onze zoektocht naar Waldo

Meer dan vijf decennia werk maakte Cajal (1852-1935) meer dan 2.900 tekeningen met details over de architectuur van het zenuwstelsel. Talloze uren van nauwkeurige observatie informeerden die tekeningen en hielpen hem twee fundamentele waarheden van neuroanatomie te realiseren. Eerst concludeerde hij dat het brein bestond uit veel individuele cellen, neuronen genoemd, in plaats van een spinnenwebachtige structuur van gefuseerde cellen (de mening van veel van zijn tijdgenoten). Ten tweede, de elektrische signalen die cellen genereren, stromen door neuronen in één richting: vertakkende dendrieten ontvangen de puls, geven deze door aan het hoofdcellichaam en vervolgens langs hun axonen - lange projecties die verre delen van de hersenen kunnen verbinden.

Voor zijn werk deelde Cajal de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde in 1906 met Camillo Golgi, een Italiaan die de weefselkleuringmethode uitvond die Cajal gebruikte om individuele neuronen te zien. Ongelooflijk, het zou decennia duren voordat andere onderzoekers zijn opvattingen over hersenstructuur en -functie konden bevestigen. Nu wordt hij aangekondigd als de vader van de moderne neurowetenschap.

"Hij was een genie en een groot wetenschapper, die dingen kon zien die anderen niet konden zien", zegt Eric Newman, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Minnesota, die een nieuw boek over Cajal, The Beautiful Brain: de tekeningen van Santiago Ramón y heeft uitgegeven Cajal, met collega's Alfonso Araque en Janet M. Dubinsky, ook neurowetenschappers aan de universiteit. Hun boek bevat meer dan 80 tekeningen van Cajal en is de aanvulling op een reizende tentoonstelling die 28 januari opent in het Weisman Art Museum in Minneapolis.

The Beautiful Brain: The Tekeningen van Santiago Ramon y Cajal

Kopen

Zoals het boek en de show aantonen, was Cajal een bekwaam kunstenaar en zijn observatievermogen leidde hem tot een titan in de wetenschapsgeschiedenis.

De grimmige schoonheid van de tekeningen van Cajal komt voort uit de ingewikkelde dictaten van de neuronbiologie en de donkere Golgi-kleurmethode die Cajal perfectioneerde, maar zijn werk bevat iets meer. Veel van de afbeeldingen zijn zo informatief dat ze vandaag de dag nog steeds in neurobiologielessen worden gebruikt. "Zijn tekeningen zijn nog steeds de beste tekeningen, " zegt Newman. "Ze illustreren zoveel belangrijke punten." Zelfs moderne beeldvormingstechnologieën kunnen de elegantie waarmee Cajal vorm en functie verbond niet overtreffen.

Het boek is verdeeld in vier grote delen. De eerste introduceert de menagerie van verschillende celtypen in de hersenen, van de uitbundige vertakkende Purkinje-neuronen die het lichaam rechtop en evenwichtig houden tot dunne neuronen die de spiersamentrekkingen regelen die voedsel door de darm verplaatsen.

Het tweede deel laat zien hoe die vele cellen integreren om sensorische systemen te creëren. Hier onderzoeken de beelden van Cajal hoe de hersenen en zintuigen geuren, beelden en geluiden ontvangen en verwerken. Het derde deel bevat tekeningen van neuronen die samenwerken in circuits, paden bouwen die verschillende delen van de hersenen verbinden of aanleiding geven tot bepaald gedrag. Het laatste deel onderzoekt beelden van cellen die groeien, delen en sterven.

Newman schreef de bijschriften voor de afbeeldingen. "Van de ene tekening naar de volgende probeer ik een verhaal te vertellen zodat mensen tijdens het lezen kunnen leren over neurowetenschappen", zegt hij. Maar zijn verklaringen zijn verre van didactisch; in plaats daarvan ontvouwt het verhaal van het zenuwstelsel zich op dwingende wijze, niet in de laatste plaats verlicht door de visuele traktatie van het werk van Cajal.

"Sommige tekeningen hebben we vooral gekozen vanwege hun schoonheid, " zegt Newman. Vervolgens moest het team in de dagboeken en originele wetenschappelijke artikelen van Cajal duiken om de context en het belang van elke tekening beter te begrijpen.

Het boek bevat ook een essay van Larry W. Swanson, een neurobioloog aan de Universiteit van Zuid-Californië, en een ander mede geschreven door Lyndel King, directeur en hoofdconservator van het Weisman Art Museum, en Eric Himmel, hoofdredacteur van Abrams Books, de uitgever.

Swanson duikt in het leven en de wetenschappelijke prestaties van Cajal en noemt hem 'een fascinerend, multidimensionaal, groter dan het leven karakter'. King en Himmel verkennen zijn kunst en methoden. Beide essays zijn gebaseerd op de autobiografie van de man, Recollections of My Life .

Zelfportret, gemaakt door Cajal in zijn laboratorium in Valencia toen hij begin dertig was, c. 1885. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) Zelfportret, gemaakt door Cajal in zijn bibliotheek toen hij dertig was. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC) Vier zelfportretten gemaakt door Cajal toen hij 34 jaar oud was, 1886. (Courtesy Instituto Cajal del Consjo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, © 2017 CSIC)

Geboren in 1852 in een klein stadje in het noordoosten van Spanje, beschreef Cajal zichzelf als een arme student, verlegen en ongezellig, schrijft Swanson. Op jonge leeftijd tekende hij dwangmatig en wilde kunstenaar worden. Zijn vader, een plaatselijke arts, wilde dat hij arts werd. De twee verzoenden zich toen Cajal ontdekte hoeveel het menselijk lichaam hem fascineerde en zijn vader zag hoe uitstekend zijn tekeningen waren voor het onderwijzen van anatomie. Cajal ging naar een plaatselijke medische school.

Nadat malaria was opgelopen tijdens de medische dienst van het leger Cajal te zwak had verlaten om een ​​praktiserend arts te worden, wendde hij zich tot histologie, de microscopische studie van lichaamsweefsels. Hij had ook een flair voor poëtische uitleg: Cajal schreef dat de histologie hem het 'gezoem van de rusteloze bijenkorf die we allemaal in ons hebben' onthulde. In een zelfgebouwd laboratorium in zijn huis, verzoet hij zijn ambacht. Een bezoek aan Golgi in Italië introduceerde hem de op zilver gebaseerde methode die een paar willekeurige neuronen diepzwart kleurt en de basis vormde voor zijn tekeningen.

Cajal destilleerde vaak waarnemingen van honderden neuronen om de unieke elegante structuur in zijn uiteindelijke beeld te tekenen. King en Himmel gebruiken een van zijn zelfportretten om zijn typische dag voor te stellen: Cajal zit aan een tafel met verschillende microscopen, laat zijn hoofd op zijn hand rusten en staart naar de kijker. Planken van chemicaliën in glazen flessen en gekleurd doek op de tafel getuigen van de weefselkleuring die wordt uitgeoefend op dierlijke weefsels, waaronder die van konijnen, kikkers en duiven, evenals op menselijke lijkweefsels.

De essayisten leggen uit dat Cajal door de microscoop voor hem kon turen en op een klein tekenoppervlak opzij kon schetsen. Zij schrijven:

Hij zou een tekening in potlood kunnen beginnen en er later in India inkt overheen gaan, inktwassingen of waterverf toevoegen voor tonale gebieden. Vaak bracht hij een ochtend aan de microscoop door zonder te schetsen en 's middags uit zijn geheugen te tekenen, keerde hij terug naar de microscoop om zijn waarnemingen te bevestigen en te herzien; we kunnen sporen van het proces zien in witte gebieden waar hij niet blij mee was.

Dat moeizame proces was de sleutel tot de ontdekkingen van Cajal. "Je zou kunnen beweren dat hij gewoon een veel betere waarnemer was en in staat was om te interpreteren waar hij naar keek onder de microscoop, " zegt Newman.

Voor Newman draagt ​​het werk van Cajal speciale resonantie. Newman's eigen onderzoek richt zich op niet-neuronale cellen in de hersenen genaamd glia. Traditioneel worden deze cellen beschouwd als passieve steuncellen, de tweede viool voor neuronen. Pas de laatste jaren is dit idee vernietigd. Gliacellen zijn belangrijke spelers die de verbindingen tussen neuronen aanmoedigen en snoeien, de neuronsignalering helpen moduleren en de bloedstroom in de hersenen reguleren. In nog een ander voorbeeld van zijn inzicht erkende Cajal het belang van gliacellen meer dan een eeuw geleden.

"Hij heeft eigenlijk veel van de functies van gliale cellen voorgesteld waarvan we nu ontdekken dat ze waar zijn, " zegt Newman.

Het boek sluit af met een laatste essay van Dubinsky dat beelden van het brein en zijn structuren biedt en verklaart die met moderne technieken zijn gemaakt en die vandaag in wetenschappelijke tijdschriften zijn gepubliceerd. Deze omvatten een Brainbow-muis, die neuronen draagt ​​die in ongeveer 100 verschillende kleuren fluoresceren, en een digitale reconstructie van het uiteinde van een axon - gebaseerd op elektronenaftastmicroscopen en experimenten met eiwitidentificatie - boordevol chemische boodschappers die wachten om te morsen en te verzenden informatie naar de volgende cel. Hun veelkleurige pracht benadrukt wat Cajal goed deed en hoe ver het begrip van wetenschappers sinds zijn dag is gevorderd.

Zelfs de wetenschappelijk verlegen kan de visuele pracht van de tekeningen van Cajal waarderen en hoe grondig ze de mysteries van de hersenen hebben verlicht, die net zo ontmoedigend kunnen lijken als het universum zelf. "Als we vandaag naar zijn tekeningen kijken, " schrijven King en Himmel in hun essay, "zien we geen diagrammen of argumenten, maar het eerste duidelijke beeld van die verre grens, getekend door de man die het verst in zijn eindeloze reeksen reisde."

The Beautiful Brain werd op 17 januari gepubliceerd en is te koop. De bijbehorende tentoonstelling met de originele tekeningen van Cajal is van 28 januari tot 21 mei in het Weisman Art Museum in Minneapolis. Gedurende dit jaar en in het voorjaar van 2019 reist hij naar Vancouver, Canada; New York City; Cambridge, Massachusetts; en ten slotte Chapel Hill, North Carolina.