Creierul din perspectiva lui Ramon y Cajal

Conspect al articolului ”Viewing the brain through the master hand of Ramon y Cajal”, de Sotelo, publicat în ”Nature Review Neuroscience”, în 2003.

Cadrul mental cu care Ramon y Cajal și-a început munca a fost perspectiva celulară. Conform acestei perspective, celula este componenta fundamentală a organismelor vii. În același timp, cercetătorii erau interesați de măsura în care fibrele nervoase erau relaționate cu „globulele”, adică soma celulei nervoase, prezente în sistemul nervos.

Karl Deiters a rezolvat această problemă, arătând că fibrele sunt legate de celulele nervoase. Mai mult, s-a arătat existența a două tipuri de procese – procesele axului cilindric al axonului și procese protoplasmatice ale dendritelor. Din această descoperire a rezultat teoria reticulară a lui Gerlach, conform căreia fibrele rezultă dintr-un plex format din fuziunea axonilor și a dendritelor. El considera că aceste fibre erau direcționate pre materia albă. Deși mai mulți cercetători s-au opus acestei idei, metodele histologice existente nu permiteau stabilirea unei concluzii clare.

În 1873 Golgi a dezvoltat o metodă de colorare a țesutului cu nitrat de argint, care a permis vizualizarea trăsăturilor morfologice ale neuronilor individuali. Cu ajutorul acestei metode s-a arătat că dendritele celulelor ganglionare sunt independente de axoni.  Atunci când Ramon y Cajal a început să lucreze cu pata Golgi s-a demonstrat că nu există continuitate între procesele celulare.

O modalitate de a explora contribuția lui Ramon y Cajal este urmărirea diferitelor perioade din viața sa academică, începând cu pregătirea de a deveni medic. După ce a mers la Madrid pentru a-și finaliza studiile doctorale, Cajal s-a întors în Zaragoza pentru a-și forma un laborator.

În 1883 acesta și-a obținut diploma în medicină și i s-a oferit poziția de profesor de anatomie în Valencia. Astfel, el și-a propus să pregătească un manual de histologie care să se centreze pe cele mai moderne viziuni din domeniu. În paralel cu pregătirea cărții, care a fost un succes, el a analizat felii histologice și a pregătit primele desene ale celulelor epiteliale, ale mușchilor, ale oaselor, ale cartilajelor sau ale inimii.

Manualul de histologie are două implicații majore. În primul rând, în această perioadă, Cajal a dobândit un training tehnic solid și a acumulat cunoștințe despre citologie și histologie. În al doilea rând, el și-a folosit talentul artistic pentru a transforma imaginile vizuale în desene științifice.

Perioada de aur

Perioada de aur a lui Cajal este caracterizată de metoda de analiză a organizării în creier. El a oferit variante mai fidele ale procedurii oferite de Golgi, prin impregnări duble sau triple. Pentru a populariza metoda și descoperirile din domeniu, Cajal a fondat propria revistă. Primul număr al acesteia a apărut în data de 1 mai 1888.

Trei articole despre cerebel cuprinse de această revistă, deși incomplete, au pus baza descoperirii organizării circuitului cortexului cerebelos. Mai mult, cerebelul i-a oferit lui Cajal primele dovezi în favoarea perspectivei celulare. În această perioadă el a descoperit spinii dendritici și conurile de creștere ale axonilor. De asemenea, acum și-a început munca în neuroembriologie.

Influențat de teoria sinaptică a învățării și a memoriei, postulată de Eugenio Tanzi, Cajal a propus remodelarea continuă a câmpurilor dendritice și axonale, reglate de utilizarea conexiunilor neuronale.

Perioada experimentală

Între 1901 și 1903, Ramon y Cajal a dezvoltat o metodă de colorație superioară. De asemenea, el a început să lucreze pe teme de degenerare și regenerare a sistemului nervos, cu scopul contestării rezultatelor obținute de Bethe, care reînviau vechea teorie reticulară. Această dilemă a fost clar rezolvată 50 de ani mai târziu, când a apărut microscopia electronică.

Perioada târzie

Între 61 și 82 de ani, Cajal a studiat sistemul nervos al nevertebratelor și celulele neurogliale. De asemenea, la începutul acestei perioade a fost publicată metoda de colorare a astrocitelor pe baza unei soluții cu clorură de aur și clorură de mercur. În ultima sa publicație, din anul în care a și decedat, Cajal a prezentat toate argumentele adunate de-a lungul vieții sale în favoarea perspectivei celulare.

Desenele lui Ramon y Cajal

Cajal a fost nevoit să se bazeze pe desenarea rezultatelor sale, din cauza limitelor microfotografiei din perioada respectivă. Desenele sale, în special cele cu organizarea circuitelor neuronale din măduva spinării, din bulbul olfactiv, din retină, din cerebel sau din cortexul cerebral, arată puterea sa de abstracție și de viziune tridimensională.

Implicații funcționale

Cajal a fost constant preocupat de combinarea descoperirilor morfologice cu implicațiile lor funcționale. De exemplu, după ce a descoperit independența celulelor nervoase și a descris micro-organizarea măduvei spinării și a creierului, Cajal și-a pus întrebarea direcției impulsurilor nervoase sau a măsurii în care receptorii periferici sunt reglați de sistemul nervos.

O problemă a răspunsurilor oferite de Cajal la aceste întrebări ține de exclusivitatea lor morfologică. Din această cauză, el nu-a gândit la proprietățile unidirecționale ale celulelor nervoase atunci când a propus legea polarizării dinamice. Conform acestei legi, compartimentele receptoare ale neuronului, adică dendritele și corpul celular, conduc semnale nervoase spre compartimentul emițător, adică axonul. Dar Cajal a omis efectul de valvă al sinapselor, responsabil pentru circuitul unidirecțional.

O altă omisiune a lui Cajal a fost inhibiția sinaptică, care i-a împiedicat înțelegerea rolului celulelor Golgi II și i-a îngreunat adaptarea conceptelor sale funcționale la structura anatomică a retinei.

Cajal a descoperit și că sistemul nervos poate influența și schimba comportamentul receptorilor periferici. El a fost primul care a obținut dovezi anatomice pentru existența proiectării centrale la retină, la ganglionul Corti și ganglionul Scarpa și la bulbul olfactiv.

În unele cazuri, Cajal a acceptat și promovat aspecte care s-au dovedit a fi incorecte. De exemplu, el nu a acceptat ideea conform căreia corpul celular este centrul trofic al neuronului și a prezentat o viziune eronată asupra plasticității neuronilor centrali.