PMC

Před sto lety si Charles Scott Sherrington (1857-1952), Holtův profesor fyziologie na univerzitě v Liverpoolu, zvolil jako téma svých Sillimanových přednášek pro rok 1904 na Yaleově univerzitě „The Integrative Action of the Nervous System“; než byly publikovány, uplynuly dva roky.1 Každoroční cyklus byl věnován profesionálnímu chemikovi Benjaminu Sillimanovi (1779-1864), který přednášel mineralogii a geologii a za svůj široký zájem o přírodní historii získal čestný doktorát. Přednášky zavedly do vědecké neurologie termín integrace. Sherrington zdůraznil, že reflexy musí být zaměřeny na cíl a že „účel reflexu slouží jako stejně legitimní a naléhavý předmět přírodovědného zkoumání jako účel zbarvení hmyzu nebo květu“. Jeho práce a důraz byl kladen na míšní reflexy, protože si uvědomoval, že mícha poskytuje nejjednodušší část nervové soustavy savců a přesto vykazuje příklady všech jejích synaptických funkcí.

Uvědomoval si, že informace se mezi nervovými buňkami přenášejí kontaktem, pro který zavedl v roce 1897 termín synapse, když ho Michael Foster vyzval, aby revidoval kapitoly o nervové soustavě pro sedmé vydání své učebnice fyziologie. Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) „bleskově vyřešil velkou otázku směru nervových proudů při jejich pohybu mozkem a míchou“ a ukázal, že je jednosměrný. V reflexním oblouku, „schématu zapojení“ míšních reflexů, byly aferentní (senzorické) a eferentní (motorické) prvky propojeny v centrech v šedé hmotě synaptickými kontakty mezi neurony.

Sherrington se soustředil na mechanismy, jimiž excitační a inhibiční procesy iniciované různými vstupy interagují, aby odstupňovaly výstup souboru motoneuronů pro různé účely. Ústřední otázka v klasických experimentech, které prováděl s izometrickými svalovými preparáty na spinálních zvířatech, se týkala interakce mezi excitací a inhibicí. To, že reflexní kontrakce kolenního extenzorového svalu v decerebrálním preparátu mohla být okamžitě a dramaticky přerušena senzorickou stimulací, považoval za zvláště působivé. Ukázalo se, že excitace a inhibice jsou odstupňované stavy opačného charakteru, schopné něčeho, co vypadá jako algebraická sumace protikladů (znaménka plus a minus), když se střetnou na stejné neuronální membráně, což se ukázalo jako pravdivé proroctví, když byla do míšních motoneuronů vložena intracelulární mikroelektroda vynalezená Lingem a Gerrardem. Ukázalo se, že synaptická excitace a inhibice, vyvolané příslušnými reflexy, vyvolávají opačné změny membránového potenciálu buňky, excitace ji depolarizuje, inhibice repolarizuje nebo hyperpolarizuje. Změny v iontové propustnosti dnes vysvětlují tyto elektrické změny vyvolané synaptickým působením, o nichž byl Sherrington přesvědčen, že jsou spíše elektrické než chemické povahy – jak dokázali Otto Loewi (1873-1961) a Henry Dale (1875-1968), kteří se v roce 1936 podělili o Nobelovu cenu.

Míšní reflex je podle Sherringtonových slov velmi elementární „položka chování“, ale musela být elementární, aby umožnila podrobné zkoumání a inspirovala následnou analýzu, která vedla k jeho pochopení synaptického působení. Protahovací reflex je sice „pohodlnou fikcí“, ale spolu s dalšími míšními reflexy poskytl platformu, na níž bylo možné zkoumat, jak jsou motorické mechanismy postupně organizovány, jak různá korová, podkorová, mozečková a míšní centra interagují při iniciaci a řízení pohybu, jak smyslové receptory řídí reflexy a jak jsou neuronální programy – staré i nové – využívány vyššími centry.

Při přehledu „fyziologických a psychických znaků nervové činnosti“ Sherrington tvrdil, že „místo toho, aby fyziologie a psychologie prováděly svá studia, jak někteří nyní doporučují, přísněji odděleně jedna od druhé než dosud, bude užitečné, aby každá z nich věnovala výsledkům dosaženým druhou stranou ještě větší pozornost, než bylo dosud zvykem“. V předmluvě, když byla kniha v roce 1947 znovu vydána „bez jakýchkoli změn v textu“, se autor vrátil k poznání, že „biologická funkce fyzikálně-psychického spojení zvyšuje schopnost organismu disponovat svými činy“, a poznamenal, že „každý z nich dosahuje svého cíle pouze díky užitečnému kontaktu mezi nimi. A toto spojení může být považováno za konečnou a nejvyšší integraci dotvářející jedince. Problém, jak se toto spojení uskutečňuje, však zůstává nevyřešen; zůstává tam, kde ho Aristoteles zanechal před více než 2000 lety v De Anima“. Souboj pokračuje. Sherringtonův nekrolog v časopise British Medical Journal v březnu 1952 pronikavě poznamenal, že kniha The Integrative Action of the Nervous System poskytla především soubor pojmů, pomocí nichž lze nervový systém pochopit.2 E. D. Adrian (1889-1977) to rozvedl:

‚… je filozofem vědce, protože sám pokročil v přírodovědném poznání kvalifikovaným pozorováním a experimentem, padesátiletou neúnavnou prací v laboratoři a protože jeho vlastní interpretace jeho objevů dala biologovi nové rozšíření jeho pohledu. Fyziologové to jistě dobře vědí. Těm, kteří se museli potýkat s množstvím podrobného materiálu o mozku a míše, přináší Sherringtonova kniha Integrative Action of the Nervous System řád z chaosu; zpočátku je to těžké čtení, protože každá věta je nabitá významem, některá z nich je dostatečně přímá, ale některé sahají až k napůl utvořeným obrazům širší krajiny. Ačkoli byla vydána v roce 1906, je stále stejně osvěžující jako tehdy. Nepotřebovala žádnou revizi, ale Sherringtonova experimentální práce pokračovala pod vysokým tlakem dalších 30 let, vyplňovala mezery a posilovala rámec….’2

Je povzbudivé zjistit, že Adrianovi, profesoru fyziologie na univerzitě v Cambridgi, který se se Sherringtonem dělil o Nobelovu cenu v roce 1932, se zpočátku četla těžko, protože většina z nás si musela přidat pozdější čtení, aby se prodrala autorovým propracovaným prozaickým stylem s evokací metafyzických básníků. Sherrington svůj propracovaný styl nikdy neztratil, i když jej příznivě rozmělnilo spoluautorství s R. S. Creedem, D. Denny-Brownem, J. C. Ecclesem a E. G. T. Liddellem v „malé červené knížce“ z roku 1932 (Box 1).

Nerurolog z Queen Square F M R Walshe (1885-1973) se domníval, že odhalil inspirativní vliv klinické neurologie:

„…. Na tom je něco neobyčejně příhodného, neboť právě od klinického neurologa Hughlingse Jacksona čerpal sám Sherrington nemalou inspiraci. Samotnou větu „Integrace drží krok s diferenciací“, kterou si spojujeme se Sherringtonem a kterou nacházíme implicitně v názvu jeho klasického díla The Integrative Action of the Nervous System (Integrační působení nervového systému), převzal od Jacksona a neurologické medicíně vrátil v překypující míře dar, který dostal od jejího nejvýznamnějšího představitele.’2

Ale podle samotného Sherringtona v jeho Nobelově přednášce3 to byl právě fenomén „inhibice jako koordinačního faktoru“, který ho fascinoval a lákal natolik, že se pokusil odhalit jeho tajemství:

„To, že se sval při podráždění svého nervu stahuje, bylo fyziologii již dávno známo, když v devatenáctém století objevila nerv, který při podráždění brání svalu, aby se stahoval. Toto pozorování se po určitou dobu zdálo příliš podivné, než aby se mu dalo uvěřit…

Úloha inhibice v činnosti centrální nervové soustavy se ukázala být stále rozsáhlejší a zásadnější, jak pokročily experimenty v jejím zkoumání…. Její úloha jako koordinačního faktoru ji zahrnuje a dalece přesahuje. V činnosti centrálního nervového aparátu se inhibice zdá být stejně všudypřítomná a častá jako samotná excitace. Zdá se, že celá kvantitativní gradace fungování míchy a mozku spočívá na vzájemných interakcích mezi dvěma centrálními procesy „excitace“ a „inhibice“, přičemž jeden není o nic méně důležitý než druhý… Excitace i inhibice jsou přítomny od samého počátku podnětu a stojí proti sobě. Centrální okolnosti mohou v jednom okamžiku upřednostňovat jeden, v jiném druhý.’3

A svou přednášku zakončil odkazem na klinický význam (jako by se velmi moderně ucházel o výzkumný grant):

„Příměs inhibice a excitace jako mechanismu koordinace tak poskytuje prostředek k pochopení pozoruhodných „kompenzací“, které časem, a dokonce rychle, obnovují svalovou způsobilost k výkonu úkonu, který byl poškozen centrální nervovou lézí. Přirozená konstituce nervové soustavy poskytuje více než jeden způsob, jak dosáhnout téhož. Zdá se, že tento luxus prostředků ke zvládnutí dané kombinace nabízí prostředky k restituci úkonu po jeho poškození nebo ztrátě v jedné z jeho několika forem. „3

O knize Integrative Action bylo řečeno, že „ukazuje, jak pečlivou analýzou svých pozorování“ Sherrington vybudoval konstruktivní hypotézy a postupně je přeměnil v to, co je dnes uznávanými fyziologickými principy.4 Jak mě však před mnoha lety upozornil jeden z mých učitelů Donald Henry Barron (1905-1993), ačkoli v Integrative Action nebyly popsány žádné nové experimenty, každá stránka ukazovala, jak důkladně byl její autor obeznámen s množstvím experimentů, které v předchozích staletích provedli bystří pozorovatelé. Při psaní kapitol o míše, částech mozku pod mozkovou kůrou, kožních vjemech a svalových smyslech pro Učebnici fyziologie E. A. Schäfera (1900) si byl plně vědom všeho, co se dělo dříve. Tato odysea mu poskytla pečlivě odkazované encyklopedické znalosti experimentální neurofyziologie, které připravily půdu pro jeho vlastní idiosynkratické integrační schopnosti.5 Integrační působení nervové soustavy mu poskytlo především soubor pojmů, pomocí nichž bylo možné pochopit nervovou soustavu.2

Sherrington se zaměřil na „jednoduché“ nervové uspořádání míchy, aby ilustroval složité sítě v mozkové kůře. Jak šeptal Homérův duch Patricku Kavanaghovi, když v roce 1949 psal „Epos“ o farní rivalitě,

Iliadu jsem vytvořil z takové

Místní hádky. Bohové si vytvářejí svou vlastní důležitost.