艾克尔斯——神经生理学家

发布时间：80年01月28日

编译张尧官

四十多年来，澳大利亚出生的医学科学家约翰 ·艾克尔斯爵士一直指导着脊椎动物神经系统的重要研究。自W68年以来，他是纽约州立大学布法罗分校的杰出的生理学和生物物理学教授。在研究神经冲动传递方面，他是世界性的第一流权威。1963年，他由于在医学科学领域里的贡献而获得了诺贝尔生理学奖和医学奖。近年来，艾克尔斯集中于小脑的研究。他的工作对了解支配精巧技能活动的大脑部位作出了重大贡献。艾克尔斯认为，“大脑研究是面临人类的根本问题……我们只有更好地了解大脑，我们才能更深刻地认识我们自身、我们的同胞、我们的社会，以及实际上我们整个世界及其问题。”

1903年1月27日，约翰 · 卡鲁 · 艾克尔斯生于澳大利亚的墨尔本，是威廉· 詹姆斯和玛丽（卡鲁） · 艾克尔斯的长子。他的父母亲都是教师，他们精心地指导艾克尔斯和他的妹妹罗莎蒙德的早期教育。1915—1918年，艾克尔斯到远离墨尔本140哩的维多利亚的Warrnamabool上中学，高年级时返回墨尔本，1919年毕业于墨尔本中学。当他在墨尔本大学作医科学生的时候，曾获得网球赛、越野赛跑的第一名，成为大学撑杆跳的选手。

艾克尔斯回想起在十八岁时，变得对“精神和意识的本质同大脑活动之间的关系”这样一个哲学问题产生了兴趣，他决定最后要去牛津大学在查尔斯· 谢灵顿先生的指导下研究，当时，谢灵顿是研究神经系统的世界性的第一流权威。1925年，艾克尔斯以优异的医学成绩毕业于墨尔本大学，并获得科学学士和医学学士，还有资格得到维多利亚的罗兹奖学金，终于使他实现了他的抱负。二年之后（1927年），艾克尔斯在牛津马格德林学院学习，他在自然科学方面取得优异成绩，又获得克里斯托弗 · 韦尔奇奖学金。他被任命为牛津埃克塞特学院的初级研究员，并作为谢灵顿教授的研究小组的成员继续他的研究生工作。1928—1931年，艾克尔斯当谢灵顿的研究助手，这样，他有机会同当时最大的生理学导师一起研究感觉的和运动神经的冲动传递问题，使他的认识深入到神经系统的控制，同时去学习谢灵顿的研究技术。三年合作期间，艾克尔斯和谢灵顿共同研究神经冲动和突触（谢灵顿于1897年创造的术语，用来解释一个神经冲动从一个神经的轴突传到另一个树突所通过的接合点）问题。他们把实验结果写成八篇论文发表在生理学杂志和皇家学会的会议录上。

1929年，在艾克尔斯提交了一篇关于冲动的兴奋和抑制的学位论文后，牛津大学授予他为文学硕士和哲学博士学位ol932-1934年，他在牛津埃克塞特学院获得斯坦斯（Staines）医学奖学金，并任马格德林学院的指导教师。1934~1937年，他任一个大学的生理学导师。三十年代，艾克尔斯在牛津的工作的主要突破是对中枢和周围神经系统的突触传递研究。他假设神经冲动是电传导的——这是十九世纪几个生理学家提出的一个概念，但始终得不到证实。与其匹敌的理论是由亨利· 戴尔先生提出的——突触传递是通过化学手段完成的，这个观点为相当多的研究者所承认和支持，也逐渐为艾克尔斯所接受，虽然用现代的灵敏装置如扩大器和阴极射线示波器进行实验，后来也在某种程度上证明电传递理论的拥护者是正确的。科学家们能够证实，在脊椎动物和非脊椎动物的神经系统的一些特殊的突触中，出现从一个神经细胞到另一种经细胞的电传递。但是，对大部分的中枢神经突触以及周围突触来说，化学传递假说仍是有效的。

1937年，艾克尔斯回到澳大利亚，成为Kanematsu病理学研究所的所长，这是悉尼医院的虽小而著名的研究单位，他在那里工作到1943年。虽然艾克尔斯远离世界第一流的科学研究中心，但有幸拥有一批著名的年轻医学家，其中包括生物物理学家伯纳德· 卡茨博士和生理学研究者斯蒂芬 · 库菲勒博士。他们共同发展了神经肌肉传递的新概念，同时，他们特别强调了在蛙和猫身上发现神经肌肉接合点的电物理学分析。艾克尔斯等人指出：当一个神经冲动到达一个神经肌肉接合点时，不直接产生一个肌肉冲动，而是使一个冲动沿着肌肉纤维发放出来。

1941~1943年，艾克尔斯作为视力、听力和航空病委员会的主席，以及指导太平洋作战指挥所的医疗机构处理血清，从而为澳大利亚武装部队尽力，在战争中作出了贡献。1944年，他迁居新西兰，在那里一直服务到1951年任达尼丁的Otago医学院的生理学教授。艾克尔斯又继续中枢神经系统方面的早期研究，他研究脊髓的单突触反射，这是只涉及单个突触排放的最简单类型的反射弧。他的理论是，突触促进是一个后突触过程，由后突触细胞膜表面的一个残余去极化所引起，当时有些科学家对此是有异议的。为了使测定更加精确，艾克尔斯用很细的玻璃电极插入运动神经元，记录了细胞内部的情况。

1951年，艾克尔斯报告说，正如他所假定的那样，突触促进可用相对延长的后突触去极化来解释，他称这个延长为兴奋性后突触电位（EPSP）。艾克尔斯在研究中也能记录抑制性后突触电位，这同兴奋性相反，即神经元的表面膜上增加电荷，这一过程称为增极化。在后来的实验中，艾克尔斯通过记录细胞内电极的相对负电性，否定了自己早期提出的兴奋和抑制突触的电传递理论。他的发现加强了化学传递论点的真实性，为解决相对立的理论提供了实验证明：从谢灵顿在中枢神经系统中发现抑制性机制以来，这些理论一直在争论不休。在新西兰期间，对艾克尔斯产生重要影响的是同澳大利亚出生的科学哲学家卡尔· 鲍勃博士的交往。

在澳大利亚国立堪培拉大学的约翰·柯延医学研究学院的实验室里，艾克尔斯博士的具体研究已深入到突触传递的生物物理性质，1952年，他被任命为该校的生理学教授。在同J · S · 库姆斯和保罗 · 法特的合作中，艾克尔斯改进了细胞内记录的技术，取得了有关突触过程的许多新发现。虽然艾克尔斯等人在达尼丁已确立了兴奋性突触产生一个去极化，抑制性突触引起一个增极化的观念，但艾克尔斯发现在细胞内记录期间，他能产生一个完全相反的膜电位。抑制性突触电位被转化为去极化，类似于通常由兴奋性突触所产生的。在细胞内记录过程中，氯离子扩散出所用的微电极，事实上已经产生了电位的转换。在后来的实验中，艾克尔斯和他的合作者发现钾和其他阴离子在产生抑制性过程中同氯一样有效。

五十年代期间，艾克尔斯教授和他的合作者对二种类型的抑制性细胞，（即对运动神经元产生抑制效应的Renshaw细胞和位于直接抑制通路上的抑制性间神经元）进行实验。科学家们确认：中枢神经系统的细胞是由二类神经元即兴奋性和抑制性神经元所组成，抑制性神经元的唯一功能是突触抑制。在一次有关的研究中，艾克尔斯研究了中枢神经系统的神经元的连结和整合。他在幼小动物例如小猫的交感神经上做了手术，观察到一些变化，如神经交叉连接已影响到周围肌肉。这个研究导致了一个重要发现，即神经细胞对受它们支配的肌肉和收缩速率有重要影响。

1963年10月17日，艾克尔斯爵士和剑桥大学的学者艾伦·霍奇金和安德鲁· 赫胥利，由于分析了神经冲动是如何产生和传送的而获得诺贝尔医学和生理学奖。特别提到了艾克尔斯确立了神经细胞的抑制和细胞膜重新极化之间的关系，由此澄清了中枢神经系统生理学中的一个根本问题。虽然艾克尔斯的研究同赫胥利——霍奇金的单个神经细胞内神经冲动的研究是各自独立进行的，但他指出，他的大量工作“来自他们的研究”，特别是神经细胞膜周围部分和中央部分的兴奋和抑制所涉及的离子机制概念。尽管不能指望艾克尔斯、赫胥利、霍奇金的基本研究会带来实际效果，但一些权威相信它最后能导致更全面地认识神经信号和药物对神经细胞的作用。

1964年，艾克尔斯从事于高级中枢神经系统的新研究，当他追踪感觉通路到大脑皮层，并发现这里面的突触抑制类似于他已在脊髓中所发现的时候，得到了重大的结果。按照艾克尔斯的意见，抑制至少同兴奋一样重要，因为它防止大脑的“线路”集合过多的刺激，使神经元不致按相反的目的工作。自六十年代中期以来，艾克尔斯集中致力于神经网络结构的研究，特别是研究传送神经冲动以及验证彼此间的兴奋和抑制效应的小脑皮层细胞。他认为这是一个“最令人兴奋的实验研究”，因为“小脑为研究中枢神经系统信息整合提供了唯一有利的条件，而这正是研究大脑功能的根本问题。”艾克尔斯已证实中枢神经系统在小脑前叶整合接收到的信息以“一件件的”方式贮存信息：需要什么信息，就必须通过神经节有选择地释出信息。

尽管艾克尔斯在澳大利亚皇家学院已建立了第一流的研究实验室，但到了退休年龄后，被迫于1966年离开他的职位。同年，他接受了美国医学协会的建议，到芝加哥去领导这个协会的生物医学研究所里最大的研究室。1968年7月以来，艾克尔斯是纽约州立大学布法罗分校医学院生理学和卫生系的著名的生理学和医学教授，和亨利· C博士、伯莎 · H · 巴斯韦尔为研究员，他是到这所大学工作的第一个诺贝尔奖金获得者。他同该校学生和为他特设的神经生理学实验室里的其他教职员们一起继续进行他的研究工作。1970年2月，他是纽约州立大学设立的学者交流计划中入选的五位布法罗分校教授之一。同年十月，他被任命为负责规划大学目标的特别工作组的主席。

艾克尔斯也是文风活泼的多产作家，他在科学杂志和专业杂志上已发表了三百五十多篇文章。早年，他同谢灵顿等人一起合写了《脊髓的反射活力》（1932），艾克尔斯的韦恩弗利特讲演，1951年交给牛津大学，以《大脑的神经生理学基础：神经生理学原理》（1953）发表，他的赫脱讲演，1955年赠送给纽约翰斯 · 霍普金斯大学，编辑在《神经细胞生理学》中：他的谢灵顿讲演，1966年给了利物浦以书的形式发表，书名为《中枢神经系统的抑制通路》（1969）；艾克尔斯在突触机制方面的研究摘编为《突触的生理学》（1964），他后来研究小脑神经细胞的工作，发表在《作为一架神经元机器的小脑》（1967），这两本书都由德国斯普林格出版社在海德尔伯格出版。在《面对现实：一位大脑科学家的哲学冒险》（1970）中，艾克尔斯提出了关于大脑功能的哲学观点，探索超越于科学基本原理的人类存在之谜。他不同于一些研究者，不接受身心同一的观点。1971年6月21日，他对《新闻周刊》的一位记者说：“我能解释我的躯体和我的大脑”。“但有更多的事情，我不能用我的自身的存在来解释。是什么东西使我成为一个独一无二的人？”

1958年，艾克尔斯被伊丽莎白二世封为爵士，他是皇家医学院的Baly奖章、伦敦皇家学会的皇家奖章的获得者，还获得德国自然科学家利奥波尔迪纳科学院的Cothenius奖章。欧洲、北美、澳大利亚的许多大学都授予他为名誉博士。他是许多专业组织的成员，世界上许多科学院的院士。1957~1961年，他是澳大利亚科学院院长，1966年，他成为美国的肌肉萎缩症协会的顾问，1972年时，他是印第安大学的帕顿纪念讲座的讲师，并获得由震颤麻痹病基金会颁发的一项特别奖。

约翰·艾克尔斯于1928年7月3日同艾琳 · 弗朗西丝·米勒结婚，1968年4月10日离婚，婚后有五个女儿。196 S年4月28日，他第二次结婚，他的第二个妻子，以前称海伦娜 · 泰波丽科娃，是一位有名的医学家。唐纳德 · 鲁宾逊在《世界一百名人录》中对他的描述是：“瘦脸，秃发，浓眉，戴一副眼镜”。约翰爵士身高5英尺11英寸，体重172磅，蓝眼，灰发。他的业余爱好，包括去欧洲旅行，艺术，考古学，古典音乐。虽然他不参加教会，但艾克尔斯认为他自己是一个神学家。因为他信仰人类的未来，因为他在“布法罗医生”的一次谈话中看到：“人有创造力，有感官的有用性，有以密码形式的书面语言来贮存和传递的知识体系。这样得以渐进地发展。人有了解自然界和控制自然的力量。”

1968~1975年，艾克尔斯在纽约州立大学布法罗分校工作。1979—1978年，他担任爱丁堡大学吉福德讲座的讲师。1973年，艾克尔斯发表了专著《了解大脑》。1977年，他又和鲍勃合作发表了《自我和它的大脑》一书。现在，艾克尔斯是美国科学和艺术学院的名誉院士，美国哲学学会会员德国科学院院士，比利时国家学会会员。