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诺奖人物科普篇(十二):John Eccles,繁星熠熠,智慧永恒!

历史编译稿回顾埃克尔斯的神经细胞膜与突触信号研究;保留Famous Scientists英文来源。

诺奖人物科普篇(十二):John Eccles,繁星熠熠,智慧永恒!主题插画

历史编译稿:本文保留原稿的科学人物叙事。英文资料来源为Famous Scientists;具名作者及译者未能从导出稿中核实,原发表日期待核实。

2021年12月,悉尼大学报道了与新南威尔士大学合作研发的“Phoenix99”仿生眼设备研究。

该设备以无线方式连接,微型摄像头捕捉到画面后以电信号的形式传输到通信模块,通信模块将信号解码为电脉冲模式后传到视网膜上的刺激模块,最后沿视神经传递给大脑。

仿生眼设备的设计目标,是帮助患有严重视力障碍和由退行性疾病(如色素性视网膜炎)引起失明的患者恢复某种形式的视力。但2021年这项Phoenix99报道为羊模型测试与人体试验准备阶段,尚不能据此宣称设备已经普及或证明患者恢复视力。

1963年,澳大利亚神经生理学家约翰·埃克尔斯爵士因神经细胞膜兴奋与抑制的离子机制研究而被授予该年度的诺贝尔生理学或医学奖。数十年后,依托对神经信号传递的认识而发展的仿生眼技术,或将帮助更多失明人群获得某种形式的视力。

这就是造福人类社会的科学的开拓与传承!

图1:约翰·埃克尔斯爵士
图1:约翰·埃克尔斯爵士

荣誉满身的科研天才

约翰·卡鲁·埃克尔斯(John Carew Eccles)于1903年1月27日出生在澳大利亚维多利亚州的墨尔本市。他的父亲是William James Eccles,母亲是Mary Carew,两人都是教师。约翰和他的两个姐妹一样,12岁前一直在家里接受教育。

埃克尔斯曾在瓦南布尔中学和墨尔本中学就读,并赢得了墨尔本大学的奖学金,17岁时他进入该校学习医学。埃克尔斯还是一名优秀的运动员,他曾打破澳大利亚的大学生撑杆跳记录。

1925年,22岁的埃克尔斯以一等荣誉成绩在墨尔本大学顺利毕业。

图2:墨尔本大学
图2:墨尔本大学

此后,在罗德奖学金的帮助下,埃克尔斯顺利进入牛津大学就读,并于1929年获得博士学位。他的研究工作在查尔斯·斯科特·谢林顿(Charles Scott Sherrington,在神经元工作方面的突出贡献帮助他赢得了1932年诺贝尔生理学或医学奖)的指导下进行。谢林顿创造了突触一词来描述神经元之间的间隙,他对埃克尔斯今后的研究产生了深远的影响。尽管两人的年龄相差46岁,但他们成为了亲密的朋友。

获得博士学位后,埃克尔斯又在牛津大学继续工作了八年时间,然后回到了澳大利亚。

·1937年:埃克尔斯成为澳大利亚悉尼医院的病理科主任。

·1944年:埃克尔斯就任新西兰奥塔哥大学的生理学教授。

·1952年:埃克尔斯前往位于首都堪培拉的澳大利亚国立大学担任生理学教授。他将这段工作经历称为自己的科研黄金时期:因为在这段时间内他完成了获得诺贝尔奖的研究,发表了400多篇论文。

·1966年:埃克尔斯成为美国芝加哥生物医学研究所成员。

·1968年:埃克尔斯成为美国纽约州立水牛城大学生理学和生物物理学杰出教授。

·1975年:埃克尔斯退休了。

图3:牛津大学
图3:牛津大学

神经元学说的突破性发展

1906年,圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔(Santiago Ramán y Cajal)因证明神经元(神经细胞)是单独的、独立的细胞而被授予该年度的诺贝尔生理学或医学奖。

单个神经元之间的间隙后来被称为突触。

在卡哈尔的发现得到确立后的几年时间里,科学家们对神经系统的信号如何从神经元穿过突触这一问题爆发了激烈的争论。部分科学家认为:信号是借助电脉冲进行传递的,而其他科学家则声称信号是经由化学物质进行传递的。

图4:圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔
图4:圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔

约翰·埃克尔斯提出了以下观点并对此进行实验论证:

·支持信号是借助电脉冲进行传递的理论。

·埃克尔斯将微小的玻璃微电极插入猫的脊髓神经元,测量单个神经元内的电活动。

·埃克尔斯通过精准控制刺激了猫的脊髓中的神经元。

·埃克尔斯通过实验发现:他支持的电脉冲传递理论是错误的,但他并不对此感到失望。

·埃克尔斯后来发现:化学突触传递可通过改变突触后膜对离子的通透性产生兴奋或抑制,涉及钠、钾、氯等离子,不能把两种机制都简单归结为钠、钾离子。

作为一名神经生理学家,约翰·埃克尔斯因为展示了包括人类在内的哺乳动物的神经细胞信息传递机制而被授予1963年诺贝尔生理学或医学奖。

图5:做实验的约翰·埃克尔斯
图5:做实验的约翰·埃克尔斯

永远保持思考的智者

在新西兰工作期间,埃克尔斯非常喜欢与哲学家卡尔·波普尔(Karl Popper)交流思想。埃克尔斯声称他之后的研究工作都受到了波普尔观点的强烈影响。波普尔认为只有当科学家的理论内容足够丰富、大胆、具有挑战性时,科学才能得到最大化的进步。

埃克尔斯是一名基督徒,有时也践行罗马天主教信仰。在职业生涯中,埃克尔斯总共出版了19本著作(其中12本为独著)和500多篇科学论文。

1997年5月2日,约翰·卡鲁·埃克尔斯爵士在瑞士洛迦诺的医院去世,享年94岁。

图6:英国哲学家Karl Popper
图6:英国哲学家Karl Popper

1906年,圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔因神经系统结构研究获得诺贝尔奖;此前的研究已支持神经元是单独、独立细胞的观点。

1963年,约翰·埃克尔斯因神经细胞膜兴奋与抑制的离子机制研究获得诺贝尔奖。

2021年,依托神经细胞信号传递机制发展的仿生眼研究提供了恢复某种视力的可能性。Phoenix99当时报道的是临床前测试,而不是已证明让众多患者恢复视力。

科学的星光,在人类前进的旅途中,熠熠生辉!

原文链接:

https://www.famousscientists.org/john-eccles/

资料来源:《Famous Scientists》

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编辑说明

编辑说明:2021年Phoenix99报道为羊模型的安全、稳定性测试,研究者拟进一步推进人体试验,并非已普及或临床证实恢复失明。本文仍保留原稿把神经信号研究与仿生设备联系起来的论证,但不把单一基础发现说成该设备的直接起源。突触后抑制涉及氯等离子,已澄清不能仅概括为钠、钾;正常神经系统也存在电突触,历史争论不代表所有突触只有一种传递方式。另纠正first-class honors与脊髓的中文误译,1963/1906均为获奖年。

补充参考资料

悉尼大学:Phoenix99羊模型与人体试验准备(2021)

Eccles原始诺奖讲演:离子机制

Eccles本人传记:化学与电突触

来源与编辑记录

根据博士科普公众号完整历史文章导出恢复。

校订说明:编辑说明:2021年Phoenix99报道为羊模型的安全、稳定性测试,研究者拟进一步推进人体试验,并非已普及或临床证实恢复失明。本文仍保留原稿把神经信号研究与仿生设备联系起来的论证,但不把单一基础发现说成该设备的直接起源。突触后抑制涉及氯等离子,已澄清不能仅概括为钠、钾;正常神经系统也存在电突触,历史争论不代表所有突触只有一种传递方式。另纠正first-class honors与脊髓的中文误译,1963/1906均为获奖年。

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