introduktion
historien om begreppen nervfunktion är en av de längsta i utvecklingen av neurosciences även om Clarke och Jacyna1 tyder på att det faller naturligt i tre epoker. Den första var före Luigi Galvani ’ s (1737-1798) theory of animal electricity (galvanism), publicerad 1791.2 den andra omfattade perioden 1791 till 1840-talet när galvanismens natur och dess roll i nervledning studerades., Den tredje började under 1840-talet När Emil Du Bois-Reymond (1818-1896) etablerade elektrofysiologins disciplin som laboratorievetenskap. Vi kan nu lägga till en fjärde – en mycket ny ”modern” era, som inkluderar avbildning, biokemi och molekylär genetik.
det är lätt att ge intryck av säkerheten i vår moderna eran, beväpnad med efterhand, att vi vet bättre än våra förfäder, men detta är inte fallet: vi vet annorlunda men lika orubbligt som de gjorde., ”Om jag har sett längre, är det genom att stå på giants axlar,” var Isaac Newtons blygsamma sätt att förklara sitt geni för Robert Hooke i 1676.
grekiska idéer och påverkan av Galen
från c.300. BCE till början av 1800-talet involverade den mest konsekventa teorin om nervfunktion intryck som färdades längs lumen av en ihålig nerv som bärs av någon materiell substans, som varierade genom århundradena från en eter pneuma eller ande till en subtil, obotlig vätska. Enligt den grekiska läkaren Galen (CE 129-C.,216), vars inflytande på anatomi rådde i västvärlden fram till 1500-talet, var nerv ”kanaler” beskrivs av Herophilus (C.330-260 BCE)3 och Erasistratus (C.330-255 BCE),4 de första dokumenterade mänskliga anatomister som undervisade i hellenistiska Alexandria.5
Galen, som endast övade djurdissektion, accepterade verkligheten av den ihåliga nerven. I sin fysiologi i nervsystemet samlades psykisk pneuma i hjärnans ventriklar och fördelades genom nerverna till alla delar av kroppen för att ge dem känsla och rörelse.,3 Han medgav att spindelvävtunna nerver kanske inte har en lumen, men de i de optiska nerverna (poroi optikoi-optiska kanaler) var tillräckligt stora för att vara synliga och probed med en svinborst. Deras storlek gjorde det möjligt för psychic pneuma att flöda i överflöd, som kom från ögonen för att förena sig med det inkommande ljuset, en process som är nödvändig för syn.3, 6 i Galen modell av ögat, näthinnan bildades av synnerven som det bröt upp och utspridda; näthinnans rika utbudet av blodkärl utförde en näringsmässig funktion eftersom den kristallina humor (lins) var organ vision., De optiska nerverna kom samman vid chiasma (från den grekiska bokstaven × —chi) för att producera ett enda intryck i binokulär syn men utbytte inte.3
medeltida okulär anatomi och fysiologi
galens teori om syn och okulär anatomi passerade in i den arabisk-islamiska världen från slutet av 8: e till början av 11-talet, främst genom kristna översättare i kyrkliga bibliotek och ”domstolsakademier” i Egypten, Syrien, och särskilt Mesopotamien. En av de viktigaste var Hunain ibn Ishaq (c.809–C.,873), vars Kitab al-’ashr maqalat fi l-’ayn (Bok av Tio Avhandlingar på Ögat)7 var den främsta källan, genom vilken medeltida ögonläkare i Väst har fått Galen. Tio avhandlingar var inflytelserika fram till slutet av 1500-talet och innehåller de tidigaste kända diagrammen som visar ögatets anatomi (Figur 1). Hunain differentierade mellan de optiska nerverna, genom vilka stora mängder psykisk pneuma flödade i en stadig ström från hjärnan och kroppens andra sensoriska motoriska nerver, som fick pneumas ”kraft” men inte själva substansen., Den optiska nerven, som härrör från hjärnan, som var källan till all känsla, var omslagen av både dess täckmembran—pia mater och dura mater (figurerna 2 och 3).7 ögats anatomi Rhazes d. 925), Avicenna (d. 1037), och Alhazen (c.965-1038) kvar i mainstream Galenism, även om Rhazes och Avicenna föreslog att de optiska nerverna skulle gå i chiasma, och Alhazen optisk modell av vision (Figur 4) för att, under förutsättning Johannes Kepler (1571-1630) med den konceptuella material att bygga sin teori om den retinala bilden.,6
diagram som visar galens teorier om syn och anatomi överleva i arabisk-islamiska manuskript som Denna av Hunain ibn Ishaq (c.809–C.873). Den optiska nerven var ihålig för att överföra psykisk pneuma, och linsen var synorganet. Från Kitâb al-’ashr maqalat fi l-’ayn (Bok av Tio Avhandlingar på Ögat). Wellcome Bibliotek, London.,
Diagram från Kitâb al-manâzir (Book of Optics) av Ibn al-Haitham (Alhazen, C.965-1038), visar en chiasm— ”den sammanfogande nerven”. Sulimaniye biblioteket (Fatih Collection), Istanbul, med vänliga tillstånd. Professor MS och Dr M Ogüt vänligen fått denna bild.,
Från Kamâl al-dîn Abu ’ l-Hasan al-Fârîsi (1668). Linsen, som synorganet, representeras av det stora centrala området; den ihåliga optiska nerven tillåter flödet av psykisk pneuma. Sulimaniye biblioteket (Ayasofia samling), Istanbul, med vänliga tillstånd. Professor MS och Dr M Ogüt vänligen fått denna bild.,
ögat enligt Ibn al-Haitham (Alhazen, C. 965-1038). – herr talman! Från Opticae tesaurus Alhazeni Arabis …(1572). Wellcome Bibliotek, London.
William of Conches (C.1090–C.1154), handledare till Henry Plantagenet, var en viktig bidragsgivare till väckelserörelsen inom naturvetenskap, som svepte över Västeuropa vid sekelskiftet 12-talet., Att skriva nästan tusen år efter Galen behöll han ändå en humoralistisk tolkning av syn. ”Andlig dygd”, utarbetad i hjärtat, passerade genom ”tunna kärl” till hjärnan där den ytterligare förfinades till psykisk pneuma av rete mirabile, det ”underbara nätverket” av nerver och kärl, som Galen hade hittat vid basen av hjärnan i hovdjur och trodde existerade hos människor.8 det reste sedan genom ihåliga nerver till sinnesorganen., När själen ville se skickade den ut psykiska pneuma genom de optiska nerverna till ögat, som uppstod genom eleven, minglade med det yttre ljuset och sträckte sig till objektet. Efter att ha spridit sig över objektets yta återvände den till själen som bär det visuella intrycket. Som bevis på denna fysiologiska process citerade William det faktum att en observatörs öga själv kan vara skadad genom att titta på ett sjukt öga eftersom ljuset skulle bäras tillbaka på den psykiska pneuma. Fenomenet ”onda ögat” fungerade på ett liknande sätt., En blick från en individ av en ”distempered” disposition var skadlig eftersom den personen skickade ut en ”distempered beam” 9 (Figur 5). Det onda ögat blev inbäddad i folklore och överlever som en vidskeplig tro på samhällen idag.
en man blinkade av en blick från en person med det onda ögat. Från Georg Bartisch. Oftalmodouleia … (1583). Wellcome Bibliotek, London.,
i slutet av 1200-talet, som sammanföll med tillväxten av medicinska skolor i Europa, text syntes från tidiga oftalmologiska källor hade nått en hög nivå av förfining genom forskare som Gilbertus Anglicus, William av Saliceto, och Lanfranc i Milano. Men, som Laurence Eldredge har noterat, är deras imponerande prestation fortfarande en behärskning av texter, inte av anatomi själv.,10
renässansen och det tidiga moderna Europa
den europeiska sociala och kulturella renässansen från den 14: e till slutet av 1500-talet var oroad över sökandet efter sanningen, både i det skriftliga ordet genom uppståndelsen av ursprungliga källor (i medicin var dessa främst de grekiska texterna Hippokrates och Galen)11, 12 och genom direkt observation., Andreas Vesalius (1514-1564) (Figur 6), den inflytelserika belgiska anatomistundervisningen i Padua, var bland de första som tvivlade på närvaron av galens optiska nervkanal, efter att ha sökt efter den hos hundar både levande och döda, hos större djur och hos en man som bara halshöggs.13 likväl var så stark galens grepp om anatomi att Vesalius inte förnekade nervernas hålighet, och själva verket var frågan som diskuterades varmt om observationen över kunskap om orsaker, den senare var filosofernas traditionella diskurs., Belackare i ”anatomia sensata” 14 ansåg att sann kunskap om en del vilade lika mycket på kunskap om dess funktion eller syfte som på dess struktur (Figur 7). Några andra som Jean Riolan The Elder (c.1538-1605) i Paris accepterade att naturen, Guds regent i världen, hade genererat förändringar i människokroppen sedan galens tid och gjorde det fortfarande. Vesalius’ efterträdare, Gabrielle Fallopia (1523-1563)15 och Volcher Coiter (1534–c.,1600), 16 inte bara ifrågasatte förekomsten av nervkanaler men från observation började tala om sammansättningen av nerver i termer av ”fibrer” (figur 8). Men eftersom nervmodellen förblev den hos en struktur genom vilken ett ämne flödade fram och tillbaka, var dessa fibrer antingen ihåliga eller porösa.
Andreas Vesalius (1515-1564), en belgare som 1537 utsågs till lektor i kirurgi och anatomi vid universitetet i Padua., Oljemålning efter en woodcut. Wellcome Bibliotek, London.
ögat med sin ihåliga synnerven som avbildas av Cornelius Gemma (1535-1579), professor i medicin vid universitetet i Louvain. Från De arte cyclognomica … tomi III (1569). Wellcome Bibliotek, London.,
René Descartes’ (1596-1650) modell av ögat med den optiska nerven som består av fibrer. Från Discours de la methode häll bien conduire sa raison … (1637). Wellcome Bibliotek, London.
Constanzo Varolio (1543-1575) i Bologna var den första som dissekerade hjärnan underifrån och att i kommenterad detalj visa strukturen hos den optiska nerven i dess förhållande till centrala nervsystemet.,17 René Descartes ’(1596-1650) modell av synnerven var ett rör som innesluter buntar av mindre rör som innehöll ”många mycket fina trådar som kommer från substansen i hjärnan själv” 18 (Figur 9). Djurandar, som släpptes från sensoriumkommunen, som han ligger inom tallkörteln, flödade genom de små rören mellan trådarna. Detta koncept demonstrerades mikroskopiskt 1717 av den nederländska mikroskopisten Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), vars illustration av en perifer nerv visade en bunt myelinerade axoner omgiven av myelinskidan (Figur 10)., Leeuwenhoek tolkade axonen, representerad som en slits i mitten av varje fiber, som en kanal som hade kollapsat efter flykten av ”en mycket flytande humor”.19 Eftersom Leeuwenhoek, 40 år tidigare, inte kunde urskilja galens kanaler i bovint optiska nerver (Figur 11), men förstod att viss kommunikation måste passera till och från ögat, hade Leeuwenhoek, 40 år tidigare, föreslagit en mekanisk synteori där ett betraktat objekt satt i rörelse ”globuls” vid de proximala ändarna av nerverna och bär sitt intryck till hjärnan som krusningar genom vatten.,20 Isaac Newtons (1642-1727) mekaniska modell av nervverkan, med hjälp av ”vibrerande rörelse” av ett aetherialmedium, hade inget behov av en ihålig nerv. Aether, upphetsad i ögat av ljusstrålar, ”förökades genom de fasta, pellucida och enhetliga Kapillyamenta (hårliknande fibrer) av Optick nerverna till platsen för Sensation”.,21, 22
Descartes koncept av den optiska nerven var ett rör som omsluter buntar av mindre rör som innehöll ”många mycket fina trådar som kommer från själva hjärnans substans”. Från De homine … (1662). Wellcome Bibliotek, London.,
den nederländska mikroskopisten Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) avbildade den nederländska mikroskopisten Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723). axon som en slits i mitten av varje fiber—en kanal som hade kollapsat efter flykten av ”en mycket flytande humor”. Från Epistolae physiologicae super compluribus naturae arcanis … (1719). Wellcome Bibliotek, London.,
Van Leeuwenhoek kunde inte hitta galens optiska nervkanaler, utan att veta att det var nödvändigt att kommunikation mellan ögat och hjärnan, föreslog att visionen satt ”globuls” i rörelse i synnerven. Tvärsnitt av bovin optisk nerv (1674), från de samlade bokstäverna i Antonie van Leeuwenhoek, Vol 1 (1939). Wellcome Bibliotek, London.,
under tiden hade en schweizisk läkare, Felix tallrik (1536-1614), skiftat galens synorgan från linsen till den optiska nerven och dess ”expansion” i ögongloben (näthinnan). Han menade att ”arter och färger av yttre objekt” presenterades för synnerven av linsen, som fungerade som dess ”looking glass”.23 ingången till synnerven i ögat troddes allmänt vara på axeln snarare än på dess nasala sida., Vesalius hade förstått dess korrekta anatomi, 13 men hans illustrationer skildrar axiell fastsättning, och Keplers optiska synmodell baserades på denna anatomiska premiss. I Keplers förståelse kan synskärpan hos central vision (vid optisk skiva) förklaras av koncentrationen av visuell ande där optisk nerv träffade näthinnan. ”Från den punkten” skrev han, ”det sprids ut över näthinnans sfär; och när det avgår från källan blir det också svagare”.,24
upptäckten av den blinda fläcken
den optiska nervens Axelfäste illustrerades för första gången 1619 av den tyska matematikern Christoph Scheiner (1575-1650),25 men det finns inga bevis för att detta påverkat en förändring i förståelsen av den anatomiska placeringen av centralsyn (Figur 12)., I själva verket, i 1668, Edme Mariotte (1620-1684) stött på betydande motstånd efter hans tillkännagivande av upptäckten av en icke-seende område i ögat som motsvarar huvudet på synnerven, och från vilken han drog slutsatsen att det kom in i ögat vid en punkt närmare näsan än den optiska axeln.,26
Christoph Scheiner (1575-1650), tysk matematiker, var den första att illustrera (1619) off-axis för fastsättning av synnerven, och även verifierats experimentellt Johannes Kepler ’ s teori om den retinala bilden. Från Oculus. Hoc est … (1652). Wellcome Bibliotek, London.,
det fanns mycket fysiologisk och filosofisk diskussion om den omärkliga eller ”fyllning” av den blinda fläcken, som fortsatte långt in i 1800-talet. Robert Bentley Todd (1809-1860) och William Bowman (1816-1892) erbjöd den uppenbara förklaringen men en som hade varit förvånansvärt svår att förstå: ”om den blinda platsen hade varit belägen i axeln, skulle ett tomt utrymme alltid ha funnits i centrum av synfältet, eftersom ögonens axel, i syn, är gjorda för att motsvara., Men … de blinda fläckarna motsvarar inte när ögonen riktas mot samma objekt, och därmed ämnet, vilket ett öga skulle presentera, fylls upp av motsatt”.27
erfarna läkare som kirurgen-anatom William Cheselden (1688-1752) erkände de potentiella riskerna med en blind fläck i ett enda öga. Han berättade den olyckliga berättelsen om ”en gentleman, som har förlorat ett öga av smittkoppor”, gick genom en häck där ”en tagg osynlig … slog den andra och släcka den”.,28
1870 visade den tysk-amerikanska ögonläkaren Hermann Knapp (1832-1911), som hade varit Albrecht von Graefe ’s (1828-1870) assistent i Berlin, en utvidgning av blindpunkten hos patienter med ”kvävd skiva”.29 Von Graefe hade infört undersökningen av synfältet i klinisk praxis och inledningsvis var det den blinda fläcken och inte fixeringspunkten som användes som noll på diagrammet.,30
1700-talet
vid 1700-talet hade de flesta utredare bytt ut begreppet aetherial anda för en subtil nervvätska eller nervkraft för att förklara nervfunktionen. Albrecht von Haller (1708-1777), den enastående Schweiziska fysiologen, postulerade en vis nervosa eller motorstyrka som härrör från hjärnan som bodde i nerverna.,31 Även om han var till stor del sysslar med åtgärder av motoriska nerver, vis nervosa som en abstrakt kraft tillämpas på de messaging system av sensoriska nerver av ett antal forskare, inklusive JA Unzer (1727-1799), George Procháska (1749-1820),32 och Marshall Hall (1790-1857), den sista av dem var fortfarande använder det i 1840.,33
tanken på ett vis nervosa är elektrisk i naturen, även om det förkastas av Haller, var populär efter uppfinningen, år 1745, i Leyden burk, och genom undersökningar av elektriska fiskar av ett antal respekterade vetenskapsmän, bland andra John Hunter (1728-1793),34 Henry Cavendish (1731-1810),35 Alexander von Humboldt (1769-1859),36 och Humphry Davy (1778-1820).,37
Medan den typ av system för meddelanden som diskuterades Haller student Johann Gottfried Zinn (1727-1759) hjälpte till att riva teorin om den ihåliga optisk nerv i hans nyskapande atlas Descriptio anatomica okuli humani (1755).38 Cheselden, som beskriver det mikroskopiska utseendet på sektionerade nerver som ”så många små distinkta trådar som löper parallellt, utan någon hålighet som kan observeras i dem”, erbjöd en förklaring till konceptets uthållighet genom att föreslå att ”några orubbliga observatörer skär öppningarna av de arteriösa och venösa kärlen … för nervrör”.,28
1800-talet och början av 1900-talet: galvaniska teorier
Galvanis förslag, 1791, att nervsystemet faktiskt var en elgenerator, var avgörande för att sopa bort teorierna om nervverkan som postulerar nervandar eller vätska och upprätta en ram för framtida undersökning av el och nervfunktion. Han trodde att djur elektricitet var ”elektrisk vätska … utsöndras från kortikala substansen i hjärnan” och förmodligen utvinns ur blod.,2 på 1830-talet, med utvecklingen av känsligare elektrofysiologiska mätinstrument än vad som hade varit tillgängligt för Galvani, antydde inflytelserika fysiologer som François Achille Longet (1811-1871) och Johannes Müller (1801-1858), som undersökte de optiska nerverna och chiasmerna i en mängd olika arter,39 Att El endast var den stimulans som satte igång en ”nervprincip”.
även om dess natur var okänd var nervprincipen faktiskt ledningsmekanismen., Müller medgav att han aldrig hade kunnat upptäcka en elektrisk ström i nerver men trodde att ”i ögat exciterar en svag galvanisk ström den speciella känslan av optisk nerv, nämligen ljusets känsla”. Det var Müllers student, Emil Du Bois-Reymond (1818-1896), som 1843 visade slutgiltigt att elektriska strömmar var närvarande i nerves40 och fortsatte med att föreslå att de elektriska signalerna, som han kunde upptäcka med hjälp av de mycket känsliga galvanometrarna som han uppfann var de yttre manifestationerna av den underliggande, men okända, ledningsmekanismen., I slutet av 1860-talet var han redo att spekulera om att denna ledningsmekanism var ” någon intern rörelse, kanske till och med en viss kemisk förändring, av själva substansen i nervrören, som spred sig längs rören … båda sätten från vilken punkt som helst där jämvikten har störts…”. Han förnekade inte att elektricitet spelade en roll i ”nervernas inre mekanism”.
de flesta fysiologiska och praktiskt taget all elektrofysiologisk forskning, under mitten av 1800-talet genomfördes i Europa, särskilt Tyskland och Italien., I Storbritannien, där den undersökande traditionen var anatomisk snarare än fysiologisk, förblev Todd och Bowman låsta i diskussioner om källan till djurelektricitet och om ”nervös kraft” var analog med nuvarande el. De valde slutligen tanken på att det var ”en kraft som utvecklats i nervstrukturen under påverkan av lämpliga stimuli”.,27 analogi mellan djur el i en nerv och en ström av Voltaisk elektricitet som strömmar längs en ledande tråd gjordes vanligen av tidiga utredare men visade sig vara felaktig 1850 av Hermann Helmholtz (1821-1894) som mätte hastigheten på nervledning och fann att det var långsammare än nuvarande el.,41, 42, 43 Ludimar Hermann (1838-1914), en student av Du Bois-Reymond, visade först att, till skillnad från nuvarande el i en tråd, nerve motiv princip var en självutbredning våg av negativitet som avancerade i segment längs den, även om han inte kunde förklara hur det överfördes från segment till segment.,42, 44
dessa var början på vår nuvarande uppfattning om nervfunktion men det var inte förrän 1900-talet som Edgar D Adrian (1889-1977) och hans team avslöjade att ledningssignalen berodde på överföringen av joner över membranet i en nervfiber, som skickade en våg av depolarisation eller aktionspotential längs axonen.45 Adrian drog slutsatsen att: ”…det finns inga radikala skillnader i meddelandena från olika typer av sinnesorgan eller olika delar av hjärnan., Impulser som reser till hjärnan i fibrerna i hörselnerven får oss att höra ljud, och impulser av samma slag … i synnerven får oss att se sevärdheter. Det mentala resultatet måste skilja sig eftersom en annan del av hjärnan tar emot meddelandet och inte för att meddelandet har en annan form”.,46
mikroskopet och utvecklingen av histologi
trots van Leeuwenhoeks (figur 13) spektakulära mikroskopiska observationer vid förstoringar upp till × 400 var hans resultat till stor del oåterkalleliga eftersom han var unikt skicklig i linsslipning och inte offentliggjorde detaljerna i sina instrument. Efter hans död 1723 fanns det liten vetenskaplig användning av mikroskopet tills Joseph Jackson Lister (1786-1869) utvecklade det akromatiska målet under 1820-talet., Därefter utfördes en stor del av den banbrytande mikroskopi som ledde till att cellteori belystes i Tyskland av arbetare som Johannes Müller (1801-1858), Matthias Jakob Schleiden (1804-1881), Theodor Schwann (1810-1882) och Rudolf Virchow (1821-1902). Vävnader av ögat och nervsystemet, bland de svåraste att förbereda och tolka, var föremål för nya färgningsteknik av Jan Evangelista Purkinje (1787-1869),47 Albert von Kölliker (1817-1905),48 Louis Ranvier (1835-1922),49 Camillo Golgi (1843-1926),50, 51 och Santiago Ramón y Cajal (1852-1934).,52
Antoni van Leeuwenhoek, en draper från Delft, handgjorda egna Mikroskop, som har befogenheter på upp till × 400. Efter hans död användes mikroskop lite i vetenskapen tills Joseph Jackson Lister (1786-1869), far till Joseph Lister, utvecklade det akromatiska målet på 1820-talet. oljemålning av J Verolje. Wellcome Bibliotek, London.,
Salomon Stricker (1834-1898) skrev Manual of Human and Comparative Histology (1869-1872), som översattes till engelska när volymerna publicerades.53 den tredje volymen inkluderade bidrag från 10 histologer som skrev enbart på ögat. Det kunde för första gången visas att optiska nervfibrer och ganglionceller minskade i sjukdomar som glaukom., En av de första ögat histologi atlaser, Atlas av den patologiska anatomin av ögongloben (1875), av två tyska ögonläkare, Ernst Hermann Pagenstecher (1844-1932) och Karl Philipp Genth (1844-1904), översattes till engelska av William Gowers (1845-1915).54 författarna undvek högförstoringsmikroskopi eftersom kliniker under denna period i mikroskopiens historia i allmänhet var mer intresserade av topografisk histologi än att förvärva kunskap om vad som pågick i enskilda celler., Liksom alla nya undersökande tekniker krävde tolkningen assimilering av konceptuella förändringar.
oftalmoskopet
införandet av oftalmoskopet av Helmholtz 1851 gjorde det också nödvändigt för ögonläkare att lära sig att uppfatta och tolka vad de såg genom instrumentet., Edward Greely Loring (1837-1888) i New York trodde att ” i hela historien om medicin finns det ingen vackrare episod än uppfinningen av oftalmoskopet … med sina medel kan vi se på den enda nerven i hela kroppen som någonsin kan ligga öppen för vår inspektion under fysiologiska förhållanden …”.55 spännande tider, faktiskt, och det är fascinerande att inse hur observant oftalmoskopisterna i den tiden var, trots sina enkla instrument och svag belysning., Ändå kan feltolkning av det oftalmoskopiska utseendet hos den optiska nerven och påverka idéer om orsaken till ögonsjukdomar.