医学诺贝尔之路（1932）：神经反射

编者按：艾德里安的实验和结论为人们理解神经冲动的传导以及神经细胞的工作原理指明了方向。1932年，凭借出色的工作，艾德里安和另一 位研究神经反射的科学家分享了当年的诺贝尔生理学和医学奖。艾德里安是一个电生理学家，致力于研究神经系统的电生理机制，在他之前已经有文献阐述了神经系 统的电流现象，艾德里安试图采取实验的方法来验证和完善那些理论。

1928年，39岁的英国人埃德加.道格拉斯.艾德里安（Edgar Douglas Adrian）决定测试一下自己开发的新仪器：一个阴极射线管和一个毛细静电计。艾德里安是一个电生理学家，致力于研究神经系统的电生理机制，在他之前已 经有文献阐述了神经系统的电流现象，艾德里安试图采取实验的方法来验证和完善那些理论。

    艾德里安在一只蟾蜍的视神经上安装了试验用的电极，这样，一旦有电流信号，电极就会检测到，并经放大器将信号转化为声音。安装完毕后，有趣的事情发生了： 喇叭中果然传出了有噼里啪啦的噪音！然而令艾德里安疑惑的是：当时天色已晚，屋内光线很差昏暗不堪。既然缺乏光线刺激，蟾蜍的视神经又是在对什么东西做出 反应呢？难道是机器出了问题？

    过了好一会儿，艾德里安才弄清蟾蜍的眼睛在看着谁。原来那个让蟾蜍眼睛兹兹放电的东西就是他自己！众所周知，蟾蜍有一对定焦的大眼睛，它们对静止的物件并 不在意，但对活动的的物体却十分敏感。艾德里安在安置好电极后，继续在房内来回走动，而正是他自己的走动使屋内光线发生了明暗变化，蟾蜍的眼睛灵敏地捕捉 到了这一变化，它的视神经自然也就放电不停了。艾德里安试着停下来，蟾蜍视神经的放电也就停止了。

这个偶然的发现证明了一个大问题，即神经传导的过程果然伴随着电流变化。艾德里安非常高兴，这说明此前他的努力方向并没有错。于是他再接再厉，这一次他找到的实验对象是蛙肌。

艾德里安将蛙肌解剖为极小的单位，小到这块蛙肌只有一个感受器和一根神经纤维。只有如此，艾德里安才能够精确测量神经冲动传导时的电流变化。一切就绪后， 艾德里安开始刺激这块蛙肌，不出所料，连接在蛙肌上的神经纤维开始出现电流信号。然而不管刺激的强度是大是小，神经纤维所检测到的电流信号的强度却没有任 何变化，区别仅仅在于，强度大的刺激会增加神经纤维电流信号的频率，而刺激强度若过于轻微，神经纤维将如同睡着了一般，检测不到任何反应。

根据上述实验结果，艾德里安认为，神经冲动的产生和传导应该是一个“全”或“无”的过程。要使神经细胞产生兴奋，必须对其施以一个高于某阈值的刺激。冲动一旦产生，电流信号的强度将是相同的，不同的只是信号的频率。阈下刺激不会产生神经冲动，也就不存在传导电流。

于是，从蟾蜍的眼睛开始，艾德里安经过不懈的努力，终于发现了神经信号传导的重要特征。单根神经纤维传导信号“全”或“无”的特点为人们理解神经系统的工 作原理奠定了基础。这说明，神经纤维所传递的信号是一种数字信号，而非模拟信号，信息的强弱只会表现为电活动的频率和序列，因此具备较强的抗干扰能力。

那么，这些电流又是从何而来的呢？这又与神经元细胞的膜电位有关。在人体细胞的内外两侧，存在带电离子的浓度差。一般来说，细胞膜内的钾离子（带正电）浓 度要远远高于细胞膜外的钾离子浓度，而细胞膜本身又是容许钾离子穿过的，于是，细胞内高浓度的钾离子就有向细胞膜外流动的倾向。不过，细胞膜对带负电的阴 离子态度就没有这么友善了，阴离子不被允许随便穿过细胞膜。这样，外流的钾离子相对于细胞膜内便形成了一个电位差。这个电位差能够阻止更多的钾离子继续外 流，一方面保持了细胞膜内外的离子平衡，另一方面也构成了细胞兴奋性的基础，这个电位差因此又被称为“静息电位”。

要使神经细胞兴奋起来，就必须打破静息电位。小小的刺激是不够的，这种刺激必须强到能够翻转膜内外的电位差才行，这就解释了为什么神经细胞兴奋需要一个刺 激阈值，这个阈值实际上也就是钾离子外流刚好无法对抗带电阳离子内流的刺激强度。简单地说，所谓刺激，就是带电阳离子大量涌入细胞，使得细胞膜上的静息电 位被颠覆的过程。一旦细胞膜上某一处的静息电位被颠覆，那么这一点相对于细胞膜的其他部分就形成了电位差，就像多米诺骨牌那样，整个细胞膜的静息电位将在 很短的时间内全部翻转，刺激信号就这样被传递了出去。

单根神经纤维实际上就是神经元细胞的延伸。神经纤维的表面结构与细胞膜并无太大差别。电流信号在神经纤维上传导的本质就是多米诺骨牌在细胞膜上的传导，因此，单根神经纤维传导神经冲动的特征是“全”或“无”：只要刺激超过阈值，传导电流的强度是相同的，与刺激强度无关。

当然，关于细胞膜电位的测量等问题，艾德里安并没有解决。直到1939年人们找到枪乌贼的巨大轴突之后，才真正测出了细胞膜的静息电位。事实证明，之前人 们所做的推测是正确的，膜电位的测量结果与理论推算的一致。艾德里安的实验和结论为人们理解神经冲动的传导以及神经细胞的工作原理指明了方向。1932 年，凭借出色的工作，艾德里安和另一位研究神经反射的科学家分享了当年的诺贝尔生理学和医学奖。（文章选自卓信医学网http://www.zhuoxinmed.com/）