Сегодня в нашей рубрике речь пойдет о выдающемся нейрофизиологе, авторе более 300 работ по этой интереснейшей части биомедицинской науки. О человеке, именем которого назван закон, и который сумел понять, что силе действия в рефлексе всегда сопутствует ее противоположность. Этот человек — лауреат Нобелевской премии 1932 г. Чарльз Шеррингтон. Формулировка Нобелевского комитета: «за открытия, касающиеся функций нейронов».
Шеррингтона оценил не только Нобелевский комитет, но и британская научная среда, предложив стать преемником Джозефа Джона Томсона на посту Президента Королевского общества. Не приходится сомневаться в том факте, что простые люди и даже «простые» ученые такие высокие должности не занимают, и Чарльз Скотт Шеррингтон, естественно, не стал исключением из правил, о чем свидетельствуют его многочисленные заслуги, награды и невероятно богатый внутренний мир. Однако, обо всем по порядку.
Жизнь будущего нобелевского лауреата началась достаточно нестандартно и даже, можно сказать, туманно (в духе «Санта-Барбары»): до сих пор идут споры, был ли он сыном Джеймса Нортона Шеррингтона, земского врача и первого мужа его матери — Энн Брукс, или же внебрачным ребенком от известного в то время хирурга Калеба Роуза. В пользу незаконнорожденности Чарльза и двух его младших братьев, Вильяма и Джорджа, говорит то, что официальный отец Джеймс Шеррингтон умер за 9 лет до рождения Чарльза, старшего сына.
Безнадежно влюбленная в талантливого и разностороннего Калеба Роуза Энн Шеррингтон достаточно долго ждала воссоединения с пленителем ее сердца (32 года с момента смерти ее супруга). А проблема заключалась в том, что Калеб был несвободен, и дома его ждала жена Изабелла и маленький сын Эдвард (будущий британский драматург и автор театральной колонки в The Sunday Times). Однако хирург очень часто навещал свою вторую семью, настолько, что даже был зафиксирован в доме Энн при переписи населения в 1861 году, причем он всегда брал с собой Эдварда. Вскоре они стали жить все вместе, и в 60-х годах переехали из Лондона, где Роуз постоянно мучился приступами астмы, в Ипсвич, на восток Англии. Только в 1880 году, когда умерла Изабелла Роуз, они смогли наконец официально зарегистрировать отношения.
Эдвард Роуз
Молодой Чарльз уже с малых лет слыл очень просвещенным ребенком. И это ожидаемо: кроме того, что Калеб Роуз, ставший ему приемным (или таки родным?) отцом, обладал чуткими руками и отличной хирургической техникой, он был археологом, геологом и прекрасным знатоком классических языков и классической литературы. В их семейном доме в Ипсвиче было очень много картин, книг, большая коллекция минералов, а в гостиной почти каждый вечер собиралась интеллектуальная элита города. Добавим сюда известного английского поэта Томаса Эша, работавшего в Ипсвичской школе, куда ходил Чарльз, и получим представление о внутреннем мире будущего нобелевского лауреата.
Именно Роуз стал причиной обращения Шеррингтона к медицине, в 1871 году впервые познакомив его с книгой Иоганнеса Мюллера «Элементы физиологии». Физиология и медицина настолько пришлись Чарльзу по вкусу, что после окончания школы в 1876 году он поступил в лондонский госпиталь Св. Томаса, чтобы изучать эти науки. Шеррингтон страстно мечтал о Кембридже, но банки лопались и в XIX веке. Семья лишилась всех своих сбережений, и возможность обучать своего сына в одном из самых крутых университетов Англии у Энн и Калеба исчезла. Однако Шеррингтон умудрился найти выход: сначала в 1879 году он стал вольнослушателем у «отца британской физиологии» Майкла Фостера. Ну а через год мечте все же было суждено осуществиться: он поступил в Гонвилл-энд-Кайус-колледж Кембриджа.
Наибольший интерес Шеррингтон, конечно, проявлял к набору Life Sciences последней четверти XIX века: ботанике, зоологии, анатомии, физиологии, гистологии, хирургии, патологии. Практически по всем дисциплинам в его табеле успеваемости стояла оценка «А» (не просто «отлично», а «вообще супер»). Кроме того, не забывал он и о своем собственном теле: увлекшись футболом еще в школе, он некоторое время играл в Ипсвичском футбольном клубе, затем был в составе команд по регби госпиталя Св. Томаса и кембриджского колледжа. Помимо этого, он отменно грёб и одно время даже числился в составе сборной команды Оксфорда по гребле (разумеется, еще до поступления в Кембридж).
Дэвид Ферриер
Точкой отсчета начала пути Шеррингтона в большой науке, безусловно, можно считать 1881 год, а именно — Седьмой Международный медицинский конгресс, на котором разгорелся нешуточный спор между Фридрихом Гольцем, австрийским ученым, и Дэвидом Ферриером (не путать с испанским теннисистом Дэвидом Феррером и десятым архивариусом Соединенных Штатов Дэвидом Ферриеро), шотландским пионером в области неврологии и психологии. Гольц упорно утверждал, что локализации функций коры головного мозга не существует (подтверждением тому была собака с удаленной частью головного мозга), Ферриер же доказывал обратное (доказательством служила обезьяна, пострадавшая от гемиплегии — паралича, который затрагивает только левую или правую часть тела). Чтобы разрешить спор, организационный комитет конгресса вынес решение о том, чтобы животные были усыплены, а части их мозга — изъяты и отправлены на изучение в Кембридж. Возглавил это очень обширное исследование учитель Шеррингтона Джон Ньюпорт Лэнгли, а помогал (читай — делал всю гистологию) Шеррингтон. Исследование длилось три года, и в 1884 году вышла статья, ставшая первой в обширном впоследствии списке научных работ молодого нейрофизиолога [1].
Фридрих Гольц
Вообще, середина 80-х годов XIX века стала знаковой для героя статьи: он был избран членом Королевской коллегии хирургов (1884 г., членство в этой профессиональной организации давало право на хирургическую практику), стал бакалавром медицины (1885) и Лицензиатом Королевской коллегии врачей (1886). В 1884 году он работал вместе с тем же Гольцем в Австрии, осваивая технологию децеребрации (частичного удаления головного мозга), а в следующем году был направлен в Испанию и Италию для изучения свирепствовавшей там эпидемии холеры. Бактериология увлекла врача, и стремление продолжить работу по изучению взятых образцов привело Шеррингтона в 1886 г. в Берлин, где он познакомился с Рудольфом Вирховым и в конечном счете был рекомендован им для обучения бактериологии у будущего нобелевского лауреата и первооткрывателя возбудителя туберкулеза Роберта Коха. Вернувшись в Лондон в 1887 с внушительным багажом знаний, Шеррингтон начал читать лекции по системной физиологии в госпитале Св. Томаса.
Роберт Кох
Тем не менее тема первой научной работы не выходила у Шеррингтона из головы. Ему было необычайно интересно, как же совершаются все рефлекторные акты, которые характерны и для человека, и для животных. Он снова вернулся к изучению физиологии спинного мозга и его рефлексов. Еще работая у Гольца с животными, у которых головной мозг был удален полностью, он думал, что некоторые простые рефлексы (например, отдергивание руки от горячего предмета) замыкаются исключительно на уровне спинного мозга, который и легче в изучении, чем головной (кто бы мог подумать!), и совершенно не требует проникновения в процесс работы сознания. Первые результаты деятельности Шеррингтона в области спинномозговой физиологии появились в 1891 году (на тот момент ему было 34 года). Тогда же он был избран на пост распорядителя Брауновского института высших физиологических и патологических исследований Лондонского университета. Это было весьма кстати, поскольку этот пост открыл перед ним широчайшую базу лабораторных животных различного «калибра» (вплоть до приматов).
Профессором физиологии Шеррингтон стал в возрасте 38 лет в 1895 году. Случилось это в Ливерпульском университете. Там и произошла смена его взглядов на рефлекторный акт. Он обнаружил, что рефлексы должны быть рассмотрены в качестве комплексной деятельности всего организма, а не только как результат работы одних рефлекторных дуг (эта концепция была общепринята, и он ранее тоже ее придерживался).
Благодаря своим исследованиям, Шеррингтон также показал, что возбуждение мышц обратно пропорционально ингибированию противоположной группы мышц, то есть для них характерна так называемая реципрокная активность (на латыни reciprocus — «возвращающийся» или «взаимный»). Вот простой пример: во время хорошо известного всем нам коленного рефлекса не только сокращаются мышцы-разгибатели, но и расслабляются мышцы-сгибатели.
К 1913 году, когда профессора после длительного ожидания наконец пригласили в Оксфорд, он с совершенным осознанием сего факта мог сказать: «Весь количественный диапазон функций спинного и головного мозга, по-видимому, зависит от взаимодействия между двумя основными процессами — возбуждением и торможением, причем каждый из них одинаково важен. Процесс возбуждения и торможения можно рассматривать как полярные противоположности […]; один способен нейтрализовать другой». Это стало прорывом в области нейрофизиологии.
Однако на этом его научные достижения не закончились. Шеррингтон также много лет занимался составлением своеобразных «карт» иннервации различных участков тела, для каждого из которых существует свой корешок (пара корешков), выходящий из определенного сегмента спинного мозга (сегмент — тот участок спинного мозга, откуда отходят две пары нервных корешков, которые чуть дальше объединяются, образуя спинномозговые нервы по обе стороны позвоночника). Сейчас такие карты висят на стене в кабинете практически каждого невролога.
Для подтверждения своих предположений он либо проводил опыты с электрическим раздражением корешков, наблюдая за реакцией организма, либо перерезал корешки и отмечал, где именно происходит выпадение функций. Этот кропотливый многолетний труд привел к целому ряду важных открытий, в частности к тому, что лишь две трети всех нервных волокон, идущих к мышцам, являются двигательными, т.е. несущими команды от центральной нервной системы к мышцам. Остальные же — это чувствительные (афферентные) волокна, по которым информация от мышц поступает в головной мозг. Кроме того, он обнаружил, что нервы от каждого корешка обычно идут более чем к одной группе мышц, и, в свою очередь, каждая мышца получает волокна от нескольких корешков. Благодаря этому под контролем нервной системы мышцы работают как единое целое.
Сантьяго Рамон-и-Кахаль
На представления Шеррингтона о деятельности и взаимодействии нервов в значительной степени повлияли работы нейроанатома Сантьяго Рамона-и-Кахаля, будущего лауреата Нобелевской премии 1906 года, с которым у ученого произошло знакомство во время поездки в Испанию в 1886 г. Рамон-и-Кахаль считал, что нервная система представляет собой не сплошную сеть волокон, а состоит из отдельных нервных клеток — нейронов, образующих между собой соединения — контакты, через которые время от времени проходит импульс. По прошествии нескольких лет, накопив научные данные, Шеррингтон понял, что его данные по физиологии рефлексов можно объяснить с позиций передачи возбуждения через контакты между нервными клетками, которые в 1897 г. он назвал синапсами. Это фундаментальное понятие легло в основу представлений о строении всей нервной системы и ее функционировании [2]. Кстати, «нобелевка» 2013 года тоже отчасти была связана с синапсами [3].
В 1906 г. Шеррингтон сформулировал основные принципы нейрофизиологии в до сих пор изучаемой всеми специалистами-неврологами книге «Интегративная деятельность нервной системы» (The Integrative Action of the Nervous System).
The Integrative Action of the Nervous System, издание 1920 года
Коллеги вспоминают Шеррингтона как человека хорошо сложенного (занятия спортом дали свой результат), но не очень высокого, с сильной конституцией и приземистостью, которые, вероятно, и позволили ему проводить длительные исследования в часто неудобном положении (скрюченном, стоя на ногах). Преобладающими нотами его характера были смирение, дружелюбие и необычайная щедрость, с которой он дарил другим советы и свое драгоценное время. Он был настолько мягок и чувствителен, что как-то раз после публикации его первого сборника стихов (да-да, знакомство с Эшем не прошло бесследно) в 1925 году один из рецензентов выразил надежду, что «Мисс Шеррингтон» будет и далее публиковать все больше своих произведений.
В 1922 году наш герой стал дворянином. С тех пор к нему, как и к Баскервилю-старшему, нужно было обращаться «сэр Чарльз». Это было неминуемо, ибо с 1920 года Чарльз Шеррингтон стал Президентом Королевского общества (1920–1925). Любопытно, что его предшественником был знаменитый Джозеф Джон Томсон, а преемником — не менее знаменитый Эрнест Резерфорд — оба физики и лауреаты Нобелевской премии [4, 5].
Сама премия пришла к Шеррингтону заслуженно, но очень поздно — фактически, через 40 лет после его пионерских работ. Для сравнения: второму лауреату, первооткрывателю электрической активности головного мозга — Эдгару Дугласу Эдриану — во время первых работ Шеррингтона в этой области было только два года. В своей речи на нобелевском банкете [6] он признал премию не столько наградой себе и Эдриану, сколько призом всей экспериментальной неврологии (ведь если не считать «анатомической» премии 1906 года Рамон-и-Кахалю и Гольджи, это действительно первый «неврологический нобель»).
Ученик Шеррингтона Харви Кушинг
В должности профессора физиологии Оксфордского университета Чарльз Шеррингтон оставался 23 года. Он был великолепным педагогом и любил повторять студентам, что «изучение человеком мира чувств, по-видимому, опередило исследование им разума». Лекции и демонстрации Шеррингтона оказали большое влияние на многих будущих нейрофизиологов и неврологов; многие из его учеников стали выдающимися учеными, а трое — даже нобелиатами (это были Джон Экклс, Рагнар Гранит и Говард Флори), как и их знаменитый учитель в 1932 году. В начале XX века его посетил молодой и перспективный хирург из США Харви Кушинг (будущее светило нейрохирургии), который работал у Шеррингтона на протяжении восьми месяцев. Под названием «Гистология. Демонстрационные слайды сэра Чарльза Шеррингтона» в Оксфорде до сих пор хранятся гистологические срезы, приготовленные самим маэстро нейрофизиологии. Правда, теперь это не учебный реквизит, а музейный экспонат.
Коллекция гистологических срезов Шеррингтона
Известноо, что Шеррингтон очень любил женщин. Он даже боролся за то, чтобы у них была возможность учиться в Оксфорде наравне с представителями мужского пола. Но, несмотря на это, женился он только один раз и был любящим и заботливым супругом. Кстати, нужно отметить, что рассвет его карьеры ученого-нейрофизиолога начался именно после свадьбы в 1891 году. Шерше ля фам, не находите? Счастливой женой и матерью его единственного сына, Карра Шеррингтона (родившегося в 1897 году, когда Шеррингтон «выстрелил» синапсом в мировую нейрофизиологию), стала Этель Мэри Райт, простая девушка, далекая от науки, но, по воспоминаниям ученого, «невероятно верная, живая и гостеприимная». Именно поэтому, как и в далекие времена его детства, их дом в Оксфорде по выходным дням становился оплотом культуры и интеллигентности.
Витраж памяти Шеррингтона в Кембридже
Однако в 1933 году Этель скончалась, и Шеррингтон через три года вышел в отставку, уехав на родину в Ипсвич, где построил большой дом. Он оставил нейрофизиологию, но продолжал заниматься тем, к чему всю жизнь стремилось его сердце — историей, философией и поэзией. Именно поэтому в 1944 г. его назначили президентом Ипсвичского музея, которым он был вплоть до самой смерти. Его ум до глубокой старости оставался ясным, а умер он внезапно от сердечного приступа в возрасте 94 лет. Сэр Чарльз не был одиноким даже в глубокой старости: его поддерживала постоянная переписка с учениками и людьми по всему миру. Да, об этом можно только мечтать.
Текст: Анна Хоружая, для сайта «Биомолекула» и блога по истории медицины.
