PMC

Sto lat temu Charles Scott Sherrington (1857-1952), Holt profesor fizjologii w University of Liverpool, wybrał jako swój temat dla Silliman Lectures na 1904 roku na Uniwersytecie Yale „The Integrative Action of the Nervous System”; dwa lata upłynęły zanim zostały opublikowane.1. Coroczna seria uhonorowała zawodowego chemika, Benjamina Sillimana (1779-1864), który wykładał mineralogię i geologię, a za swoje szerokie zainteresowanie historią naturalną otrzymał honorowy tytuł doktora. Wykłady te wprowadziły termin integracja do naukowej neurologii. Sherrington wskazał, że odruchy musiały być ukierunkowane na cel, i że „cel odruchu służy jako uzasadniony i pilny obiekt do naturalnego dochodzenia, jak cel barwienia owada lub kwiat”. Jego praca i jego nacisk był na rdzeniowych odruchów, bo uznał, że rdzeń kręgowy zapewnia najprostszą część układu nerwowego ssaków, a jednak wyświetla przykłady wszystkich jego synaptycznych funkcji.

Informacja, zdał sobie sprawę, jest przekazywana między komórkami nerwowymi przez kontakt, dla którego wprowadził termin synapsa w 1897 roku, kiedy Michael Foster zaprosił go do rewizji rozdziałów na temat układu nerwowego dla siódmego wydania jego podręcznika fizjologii. Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) „rozwiązał za jednym zamachem wielkie pytanie o kierunek prądów nerwowych w ich podróży przez mózg i rdzeń kręgowy”, wykazując, że był on jednokierunkowy. W łuku odruchowym, „schemacie połączeń” odruchów rdzeniowych, elementy aferentne (czuciowe) i eferentne (ruchowe) były powiązane w ośrodkach w istocie szarej przez kontakty synaptyczne między neuronami.

Sherrington skoncentrował się na mechanizmach, dzięki którym procesy pobudzające i hamujące, inicjowane przez różne wejścia, oddziałują na siebie, aby stopniować wyjście puli motoneuronów do różnych celów. Centralnym zagadnieniem w klasycznych eksperymentach, które przeprowadził z izometrycznymi preparatami mięśniowymi u zwierząt kręgowych, była interakcja pomiędzy pobudzeniem i hamowaniem. Szczególne wrażenie wywarł na nim fakt, że odruchowy skurcz mięśnia prostownika kolana w preparacie decerebrate mógł być natychmiast i dramatycznie przerwany przez stymulację sensoryczną. Pobudzenie i hamowanie okazały się być stopniowanymi stanami o przeciwnym charakterze, zdolnymi do tego, co wyglądało jak algebraiczne sumowanie przeciwieństw (znaków plus i minus), gdy zderzały się na tej samej błonie neuronalnej, przepowiednia okazała się prawdziwa, gdy wewnątrzkomórkowa mikroelektroda wynaleziona przez Linga i Gerrarda została wprowadzona do motoneuronów rdzenia kręgowego. Wykazano, że pobudzenie i hamowanie synaptyczne, wytwarzane przez odpowiednie odruchy, wywołują przeciwstawne zmiany w potencjale błonowym komórki, pobudzenie depolaryzuje ją, a hamowanie repolaryzuje lub hiperpolaryzuje. Zmiany w przepuszczalności jonowej są obecnie znane, aby wyjaśnić te elektryczne zmiany wywołane przez działanie synaptyczne, które Sherrington czuł się pewny, że były elektryczne, a nie chemiczne w naturze – jak zostało udowodnione przez Otto Loewi (1873-1961) i Henry Dale (1875-1968), którzy podzielili się Nagrodą Nobla w 1936 roku.

Odruch rdzeniowy, według słów Sherringtona, jest bardzo elementarną „pozycją zachowania”, ale musiał być elementarny, aby umożliwić szczegółowe badanie i zainspirować późniejszą analizę, która doprowadziła do jego zrozumienia działania synaptycznego. Odruch rozciągania może być „wygodną fikcją”, ale on i jego inne odruchy rdzeniowe dostarczyły platformy, z której można było zbadać, jak mechanizmy ruchowe są stopniowo organizowane, jak różne ośrodki korowe, podkorowe, móżdżkowe i rdzeniowe współdziałają w inicjowaniu i kontrolowaniu ruchu, jak receptory czuciowe obsługują odruchy i jak stare i nowe programy neuronalne są wykorzystywane przez wyższe ośrodki.

Reviewing the 'fizjologiczne i psychiczne oznaki aktywności nerwowej’ Sherrington argumentował, że 'fizjologia i psychologia, zamiast ścigać ich studia, jak niektórzy teraz zalecają, ściślej oddzielone jeden od drugiego niż obecnie, znajdzie to użyteczne dla każdego, aby dać do wyników osiągniętych przez innych nawet bliżej heed niż było zwyczajowe dotychczas.’ W przedmowie, kiedy książka została wznowiona w 1947 roku „bez żadnych zmian w tekście”, autor powrócił do stwierdzenia, że „biologiczna funkcja fizyczno-psychicznej więzi wzmacnia zdolność organizmu do dysponowania swoimi czynami”, zauważając, że „każda z nich osiąga swój cel tylko dzięki użytecznemu kontaktowi między nimi. I ten związek może być ostateczną i najwyższą integracją dopełniającą jednostkę. Ale problem, jak dokonuje się ten związek, pozostaje nierozwiązany; pozostaje tam, gdzie ponad 2000 lat temu zostawił go Arystoteles w De Anima”. Pojedynek trwa nadal. Nekrolog Sherringtona w British Medical Journal z marca 1952 roku przenikliwie zauważył, że The Integrative Action of the Nervous System dostarczyło przede wszystkim zestawu pojęć, dzięki którym można zrozumieć system nerwowy.2 E D Adrian (1889-1977) rozwinął:

’… on jest filozofem naukowca, ponieważ on sam posunął naprzód wiedzę naturalną przez wykwalifikowaną obserwację i eksperyment, przez 50 lat niestrudzonej pracy w laboratorium, i ponieważ jego własna interpretacja jego odkryć dała nowe rozszerzenie spojrzenia biologa. Fizjologowie wiedzą o tym wystarczająco dobrze. Dla tych, którzy musieli zmagać się z masą szczegółowego materiału na temat mózgu i rdzenia Sherringtona Integracyjne działanie układu nerwowego przynosi porządek z chaosu; jest to trudne czytanie na początku, ponieważ każde zdanie jest naładowane znaczeniem, niektóre z nich są wystarczająco bezpośrednie, ale niektóre sięgają do pół uformowanych obrazów szerszego krajobrazu. Choć została opublikowana w 1906 roku, jest wciąż tak samo odświeżająca jak wtedy. To nie potrzebował rewizji, ale eksperymentalna praca Sherrington poszedł na wysokim ciśnieniem przez kolejne 30 lat, wypełniając luki i wzmocnienie ram….’2

Jest pokrzepiające odkryć, że Adrian, profesor fizjologii w University of Cambridge, który dzielił się z Sherrington Nagroda Nobla w 1932 roku, znalazł to trudne czytanie na początku, dla większości z nas musiał dodać późniejsze lektury w celu zmagania się przez autora wyszukany styl prozy z jego przywołania metafizycznych poetów. Sherrington nigdy nie stracił tego wyszukanego stylu, choć został on korzystnie rozrzedzony przez współautorstwo z R S Creedem, D Denny-Brownem, J C Ecclesem i E G T Liddellem w „małej czerwonej książeczce” w 1932 roku (Box 1).

Neurolog z Queen Square F M R Walshe (1885-1973) uważał, że wykrył inspirujący wpływ neurologii klinicznej:

’… Jest w tym coś wyjątkowo stosownego, ponieważ to właśnie od neurologa klinicznego, Hughlingsa Jacksona, Sherrington sam czerpał inspirację. Sam zwrot: „Integracja dotrzymuje kroku różnicowaniu”, który kojarzymy z Sherringtonem i który znajdujemy w tytule jego klasycznego dzieła, Integracyjne działanie układu nerwowego, wziął on od Jacksona, a on sam zwrócił medycynie neurologicznej w nadmiarze dar, który otrzymał od jej najwybitniejszego wyraziciela.’2

Ale według samego Sherringtona w jego wykładzie noblowskim,3 to właśnie zjawisko „hamowania jako czynnika koordynującego” zafascynowało go i przyciągnęło na tyle, by spróbować rozwikłać jego tajemnice:

’To, że mięsień na podrażnienie jego nerwu kurczy się, było już od dawna znane fizjologii, kiedy to w XIX wieku znaleziono nerw, który podrażniony uniemożliwiał kurczenie się jego mięśnia. Ten obserwacja wydawać się dla czas zbyt dziwny wierzyć…

Rola hamowanie w praca ośrodkowy układ nerwowy udowadniać być coraz bardziej szeroki i coraz bardziej zasadniczy gdy eksperyment posuwał się naprzód w badaniu ono…. Jego rola jako czynnika koordynującego obejmuje i wykracza daleko poza niego. W pracy centralnej maszynerii nerwowej hamowanie wydaje się tak wszechobecne i tak częste jak samo pobudzenie. Całe ilościowe stopniowanie działania rdzenia kręgowego i mózgu wydaje się spoczywać na wzajemnych interakcjach pomiędzy dwoma centralnymi procesami „wzbudzania” i „hamowania”, z których jeden jest nie mniej ważny niż drugi… Pobudzenie i hamowanie są obecne od samego początku bodźca i są przeciwstawiane sobie. Centralne okoliczności mogą sprzyjać jednym w jednym czasie, innym innym.’3

And he concluded his lecture with a reference to clinical significance (as if, in very modern mode, he were applying for a research grant):

’The admixture of inhibition and excitation as a mechanism for co-ordination thus provides a means of understanding the remarkable „compensations” which restore in course of time, and even quickly, the muscular competence for exertion of an act which has been damaged by central nervous lesions. Więcej niż jeden sposób dla zrobienia tej samej rzeczy jest zapewniony przez naturalną konstytucję systemu nerwowego. Ten luksus środków kompasowania danej kombinacji wydaje się oferować środki restytucji aktu po jego upośledzeniu lub utracie w jednej z jego kilku form.’3

Of the Integrative Action it was said that „it showed how through careful analysis of his observations”, Sherrington had built up constructive hypotheses and gradually converted them into what are now recognized physiological principles.4. Ale, jak zauważył jeden z moich nauczycieli Donald Henry Barron (1905-1993) wiele lat temu, chociaż nie było nowych eksperymentów opisanych w Integrative Action, każda strona pokazywała, jak dokładnie jej autor był zaznajomiony z bogactwem eksperymentów wykonanych w poprzednich stuleciach przez bystrych obserwatorów. Pisząc rozdziały poświęcone rdzeniowi kręgowemu, częściom mózgu poniżej kory mózgowej, czuciu skórnemu i zmysłowi mięśniowemu do podręcznika fizjologii E.A. Schäfera (1900), miał pełną świadomość tego, co było wcześniej. Ta odyseja dała mu starannie zreferowaną, encyklopedyczną wiedzę na temat eksperymentalnej neurofizjologii, która przygotowała grunt dla jego własnych, idiosynkratycznych zdolności integracyjnych.5 Integracyjne działanie układu nerwowego dostarczyło przede wszystkim zestawu pojęć, dzięki którym można było zrozumieć układ nerwowy.2

Sherrington skupił się na „prostym” układzie nerwowym rdzenia kręgowego, aby zilustrować rozbudowane sieci w korze mózgowej. Jak duch Homera szepnął Patrickowi Kavanaghowi, piszącemu „Epopeję” o rywalizacji parafialnej w 1949 roku,

I made the Iliad from such

A local row. Bogowie tworzą swoje własne znaczenie.