Uncovering the brain's biggest secret - Melanie E. Peffer

Переводчик: Rostislav Golod Редактор: Anna Pecot

In the late 1860s, scientists believed they were on the verge

В конце 1860-х годов учёные думали, что приблизились к разгадке

of uncovering the brain’s biggest secret.

величайшей тайны головного мозга.

They already knew the brain controlled the body through electrical impulses.

Они знали, что мозг управляет организмом при помощи электрических импульсов.

The question was, how did these signals travel through the body

Вопрос заключался в том,

как именно эти сигналы проходят по организму, не изменяясь и не ослабевая?

without changing or degrading?

It seemed that perfectly transmitting these impulses

Казалось, что для идеальной передачи этих импульсов требовалось,

would require them to travel uninterrupted along some kind of tissue.

чтобы они беспрепятственно перемещались по некой материи.

This idea, called reticular theory,

Согласно этой гипотезе, получившей название ретикулярная теория,

imagined the nervous system as a massive web of tissue

нервная система представляла собой гигантскую сеть ткани,

that physically connected every nerve cell in the body.

в которой нервные клетки были физически соединены друг с другом.

Reticular theory captivated the field with its elegant simplicity.

Ретикулярная теория покорила умы учёных своей элегантной простотой.

But soon, a young artist would cut through this conjecture,

Но вскоре эту гипотезу опроверг молодой художник,

and sketch a bold new vision of how our brains work.

нарисовав очень смелую, новую версию работы нашего мозга.

60 years before reticular theory was born,

За 60 лет до появления ретикулярной теории,

developments in microscope technology

благодаря усовершенствованиям микроскопов,

revealed cells to be the building blocks of organic tissue.

учёные выяснили,

что клетки являются строительным материалом органической ткани.

This finding was revolutionary,

Это открытие произвело революцию,

but early microscopes struggled to provide additional details.

однако из-за малой разрешающей способности микроскопов

дальнейшее исследование оказалось невозможным.

The technology was especially challenging for researchers studying the brain.

Задача представлялась особенно сложной для учёных, изучавших мозг.

Soft nervous tissue was delicate and difficult to work with.

Мягкая нервная ткань была очень тонкой, и работать с ней было чрезвычайно трудно.

And even when researchers were able to get it under the microscope,

Но даже когда учёным удавалось поместить её под микроскоп,

the tissue was so densely packed it was impossible to see much.

из-за плотности строения

рассмотреть что-либо под микроскопом не представлялось возможным.

To improve their view,

Чтобы улучшить качество изображения,

scientists began experimenting with special staining techniques

учёные начали экспериментировать со специальными красителями,

designed to provide clarity through contrast.

благодаря которым достигался контраст, и, как следствие, чёткость изображения.

The most effective came courtesy of Camillo Golgi in 1873.

Самый успешный эксперимент был проведён в 1873 году Камилло Гольджи.

First, Golgi hardened the brain tissue with potassium bichromate

Сначала, чтобы не допустить деформации клеток,

Гольджи обработал мозговую ткань при помощи дихромата калия.

to prevent cells from deforming during handling.

Then he doused the tissue in silver nitrate,

Затем он ввёл нитрат серебра,

which visibly accumulated in nerve cells.

который, накапливаясь, делал нервные клетки видимыми.

Known as the “black reaction,”

Благодаря методу Гольджи, или «чёрной реакции»,

Golgi’s Method finally allowed researchers to see the entire cell body

учёным удалось наконец увидеть всё тело клетки,

of what would later be named the neuron.

которую впоследствии назвали нейроном.

The stain even highlighted the fibrous branches

Благодаря контрасту стали различимы даже волокнистые ветви,

that shot off from the cell in different directions.

или отростки, тянущиеся в разных направлениях от тела клетки.

Images of these branches became hazy at the ends,

Концы отростков на изображениях выглядели весьма размытыми,

making it difficult to determine exactly how they fit into the larger network.

поэтому определить, как они вписывались в обширную нейронную сеть, было непросто.

But Golgi concluded that these branches connected,

Гольджи сделал вывод, что отростки соединялись между собой,

forming a web of tissue comprising the entire nervous system.

образовывая сплетение ткани, из которой состояла наша нервная система.

14 years later, a young scientist and aspiring artist

14 лет спустя научным трудом Гольджи заинтересовался

named Santiago Ramón y Cajal began to build on Golgi’s work.

молодой учёный и начинающий художник Сантьяго Рамон-и-Кахаль.

While writing a book about microscopic imaging,

Работая над книгой по микрографии,

he came across a picture of a cell treated with Golgi’s stain.

он нашёл изображение клетки, обработанной по методу Гольджи.

Cajal was in awe of its exquisite detail— both as a scientist and an artist.

Будучи учёным и художником, Кахаль пришёл в восторг от увиденного.

Он загорелся идеей усовершенствовать метод окрашивания Гольджи,

He soon set out to improve Golgi’s stain even further

чтобы получить ещё более детальное изображение,

and create more detailed references for his artwork.

которое должно было лечь в основу будущих картин.

By staining the tissue twice in a specific time frame,

Окрашивая нервную ткань дважды в течение определённого периода времени,

Cajal found he could stain a greater number of neurons with better resolution.

Кахаль понял, что мог обработать больше нейронов

и получить изображение лучшего качества.

And what these new slides revealed would upend reticular theory—

Благодаря новой технологии он опроверг ретикулярную теорию,

the branches reaching out from each nerve cell

продемонстрировав, что отростки нервных клеток

were not physically connected to any other tissue.

не были связаны ни друг с другом, ни с какой-либо другой тканью.

So how were these individual cells transmitting electrical signals?

Так как же эти клетки передавали электроимпульсы?

By studying and sketching them countless times,

Изучая и зарисовывая клетки по многу раз,

Cajal developed a bold, new hypothesis.

Кахаль выдвинул новую, смелую гипотезу.

Instead of electrical signals traveling uninterrupted across a network of fibers,

Он опроверг предположение,

что электроимпульсы непрерывно передавались по сети нервных волокон.

he proposed that signals were somehow jumping from cell to cell

Его теория заключалась в том,

что импульсы распространялись от одной клетки к другой,

in a linear chain of activation.

передавая сигнал по цепочке.

The idea that electrical signals could travel this way was completely unheard of

В 1889 году

такое предположение казалось абсолютно немыслимым.

when Cajal proposed it in 1889.

However his massive collection of drawings supported his hypothesis from every angle.

Но Кахаль подкрепил свою гипотезу огромной коллекцией рисунков.

And in the mid-1900s, electron microscopy further supported this idea

В середине XX века, с появлением электронных микроскопов,

его гипотеза нашла подтверждение —

by revealing a membrane around each nerve cell

была обнаружена мембрана, которая окружала каждую нервную клетку

keeping it separate from its neighbors.

и отделяла её от других клеток.

This formed the basis of the “neuron doctrine,”

Эти знания легли в основу нейронной доктрины,

which proposed the brain’s tissue was made up of many discrete cells,

определившей, что ткань головного мозга состоит из множества отдельных клеток,

instead of one connected tissue.

не связанных между собой в целостную структуру.

The neuron doctrine laid the foundation for modern neuroscience,

Нейронная доктрина заложила фундамент для развития современной нейронауки.

Благодаря доктрине учёные смогли установить,

and allowed later researchers to discover that electrical impulses

are constantly converted between chemical and electrical signals

что по мере движения от нейрона к нейрону

электрические импульсы преобразовывались

as they travel from neuron to neuron.

из электрических сигналов в химические и обратно.

За свой вклад в науку Гольджи и Кахаль получили Нобелевскую премию —

Both Golgi and Cajal received the Nobel Prize

их открытия, сделанные порознь, были тесно связаны друг с другом.

for their separate, but shared discoveries,

and researchers still apply their theories and methods today.

И в наше время учёные продолжают использовать теорию и методы,

разработанные Гольджи и Кахалем.

In this way, their legacies remain connected as discrete elements

В этом смысле оба достижения, сделанные по отдельности,

in a vast network of knowledge.

являются важной частью обширной сети научного знания.