科学史

伯纳德卡兹和思想的泡沫

我们大脑的神经元是如何’é他们改变信息吗? ? En s’将化学信使送入泡沫微观。 vs.’est ce que dé覆盖了德国神经科学家Bernard Katz,这是六十年。

Jean-Gaïl芭芭拉 对于Science n°507
本文保留用于科学用户
伯纳德卡兹

如果您通过神经科学打开一本书,您将找到Sch Imbigatorilyéma d’突触。换句话说,两个神经元之间的连接点。 vs.’est là那神经元沟通 : celui par où到达神经信号(神经元PRésynaptique) relâChe Chemical Mesengers呼叫éS的神经递质,穿过’Synapse的空间,并将专注于récepteurs à神经元的表面é突触后的下游,综合症神经元。唤起了什么’apparition d’一种新的神经信号。

如果您的神经科学手册做得很好,就是é将更多地关注mécanisme de libé神经递质的口粮。是é看起来像的蓬棒à l’é香槟泡沫的闭合à la surface d’切割。我们发现,在神经纳éSynaptic,神经递质包装és小脂泡泡呼叫ées vé中风。每个泡沫都为首’extrémité du neurone et « crève », libérant les molé神经递质邪教’突触eSpace。数量élib neurotransmitters.érée dé挂起只有泡沫的数量ées。泡沫,两个气泡,三个泡沫…加上泡沫的数量éclatent est élevé,透射的神经信号越强烈。À关于我们谈论的这些泡沫« quanta »神经递质,量子étant la quantité最低化学信使libérés在突触水平。量子D.ésigne une quantité最小的神经递质rel.âchée - 除此之外,他是’所以不多à看到波浪和粒子的量子物理élémentaires…

À神经和肌肉的结

这个公关écision éTablie,神经传播的量子性质是最多的élégantes déxx覆盖着神经科学e siècle. Mais pour la réalize,它采用了几种技术和概念创新的结合,以及’apport décisif d’一个男人,伯纳德卡茨。 1930年,凯茨是一个年轻的米é德国犹太人的decin,他们的père a fui l’antisé俄罗斯的铁矿石和谁有écidé d’étudier la mé德尼内,压力’应该有一天逃离l’Allemagne à轮到他了。它始于é职称生物物理学à Londres, auprès du Prix Nobel de méDemine Archibald Hill,然后加入澳大利亚神经生理学家John Eccles的实验室。当年ées 1940, on découvre peu à peu les mé神经元的蓬松诗é更改信息并首先ères études继续« synapse » un peu particulière, localisée不是在大脑中,但在肌肉的水平。 vs.’est ce qu’神经肌肉连接点称为接触点O.ù les extrémité发动机的S源,该发动机占据了我们的运动,加入肌肉纤维和é时钟他们的收缩。

突触

思想的“Quanta”是称为囊泡的脂质的小口袋,其含有在突触前神经元的末端。这些囊泡含有神经递质,其在突触中释放,并将神经冲动传递给突触后神经元。

©Lison Bernet.

神经病学家寻求à了解这件事’信息在发动机神经和肌肉之间传输。 D.è1939年,Bernard Katz推出了’étude de ces phénomè。在John Eccles实验室,Katz Dé涵盖发明étonnante : de très fines é玻璃电极’on implante à l’intérieur d’单一肌纤维é职位的职位变化é这些纤维中的电气,d’après l’idée肌肉纤维的收缩是挑衅的ée通过潜在的变化électrique, eux-mêmes induits par l’arrivée d’un signal nerveux à l’extrémité du neurone moteur.

它的苦难没有结束,而且è他回来了第二次世界大战的结束à伦敦在山实验室。使用新闻é青蛙肌肉活襟翼的页面。他副手副手ègue américain, Paul Fatt.

恋息é■潜在录音électrique mesuré par leurs fines é在青蛙肌肉纤维中电极,KATZ和FATT保持困惑。 FALT来自’大大增加了’amplificateur. 先验,vs.’est un geste insensé, comme d’增加你的cha的声音î你做音频êtes branché在一个车站上’é把寄生虫放了。但à ce moment-là,在高度放大的线上é感受到潜力é惰性电气’écran de l’示波器,两个比较看出现î小摆动ésordonnées.

好的étranges potentiels é电器。它波动在fa中çon faible et désordonnée. Comme un simple « bruit » électrique que l’我们可以在微型组件中观察é电器。没有,没有什么,谁离开了ésager un signal.

乍一看,凯茨和FATT同化了这些潜在的波动à des parasites liés à la mesure, qu’我们称之为文物。它们发生在FAçon imprévisible et spontanée, sans devoir repré发送了任何生物信号。À premiè审查,没有任何解释电动机神经元如何与神经纤维连通 !

但凯茨和FATT仍然增加了增益’amplificateur. Et là, leur perplexité穿过一个新课程。他们会告诉那个’ils ont d’首先想到了摆动的’intensité sur l’écran étaient dues à土壤震颤普罗科é由他们的老板拱山的沉重步骤,谁有习惯的习惯’在走廊里的enflight’他不想要répondre à une personne lancée à他的研究。但这个假设èse est vite démentie.

因为一旦大多数扩大,小峰d’activité看起来是一个形式éduite d’une véritable onde é电动,就像那种普罗诺伊é通过传播’un influx nerveux à突触。呼叫变体配置文件é突触潜力。

微型神经信号

他’因此,微型突触电位的行为,发生了飞行ément et de manière alé本土。 KATZ和FATT注意到这些潜在的潜力’看起来那么’électrode est insérée在发电纤维中éE刚刚在电机神经元和肌肉纤维之间的连接点下。他’agit donc bien d’un « bruit » synaptique, à savoir une activité spontanée et désordonnée,与噪音相当électrique. Mais qu’这导致这种噪音 ?我们应该看到,如在最多phénomènes physiques, le résultat d’热搅拌 ?

潜在的'activation neuronal

当从中传播神经冲动时’un neurone à他的邻居在水平’突触,它采用表格,在Postsynaptic Neuron,D’un potentiel d’广泛强度的行动é (tracé从一开始)。什么Bernard Katz和Paul Fatt有écouvert, c’est que mê我在一个非活动的突触,任何小潜力’行动(缩版)是émis de façon aléatoire (tracé inférieur). La faute à de microscopiques vé含有大量的定量és minimales神经递质s, qui traversent accidentellement la synapse. Quand la synapse est active, un grand nombre de vésicules sont é投注和,累积他们的微型潜力,Cré广泛的潜力’能够传播的行动 à longue distance.

©用于科学

凯茨可能会判处这种观察’autres curiositéS神经生理学,但在良好的生物物理学中,他质疑这个神秘的本质éRieux生物噪声1950年在杂志上发表的文章 自然。而且它正在进行中ême jusqu’à提出这种噪音具有显着的生理效果。

保密è他问了这个问题’这种噪音的起源。一些年ées plus tôt, c’是谁投入了é很好的神经递质的化学性质à神经肌肉接头。它想象突触噪音可以être dû à de toutes petites fuites神经递质s (en l’occurrence, l’acétylcholine) des extrémitén对肌肉表面紧张,这会导致小dépolarisations que l’我们会以微小的潜力形式看到走廊里的山丘沉重的潜力的形式。 vs.’Katz然后呼叫微型突触电位。

À一会儿,研究人员做了ême l’hypothè可能每个波动électrique est due à la libération d’une seule molécule d’acé泰国胆碱。在此,他想象一个类似的情况à celle de la rétine, où光敏细胞的’œil réagissent à la réception d’单个光子。但简单的计算使他成为如此ôt penser que l’acétylcholine doit être libérée par « paquets » estimés à environ 10 000 molécules d’acéTylcho-Line。对他来说,这些包是砖块élé神经递质。不可能的’imaginer une quantité降低,因为微型突触潜力有所有à peu près la mê我的大小,所以« quantum » (l’unité神经递质的最小值是围绕这个阈值10,000摩尔的阈值é神经递质邪教。并且,在玛尼发生的微型潜力ère aléatoire, Katz s’attend à这些量子是libérés spontané根据概率é faible.

第二è这些微型突触电位功能的问题。我们可以这么想’ils représentent une activité基本突触,肌肉纤维将是équipée de détecteurs d’acétylcholine afin de réagir par un événement électrique à la moindre libération d’un quantum神经递质. Il s’agirait alors d’un mé可以确保功能耦合TRè在神经和肌肉之间敏感,最后一个frémissant à最轻微的小活动é紧张,有点像寒冷让我们逐渐冷。

À从1950年起,Katz将从ANN中传递ées à dé展示这个观点。他dé将特别显示’un potentiel d’行动沿着’神经纤维直到’à la synapse déclenche la libération simultanée,在Synapse水平,许多Quanta D’acé泰兰葡萄酒,唤起高素质的突触潜力és de potentiels évoqués。这个最后一个学期précise dè■当潜力électrique n’est pas spontané, mais provoqué par l’arrivée de l’神经振动的神经脉冲ésynaptique.

事实上,潜力évoqué peut être induit expé通过刺激神经纤维和katz d致明显émontrera également que la présence d’钙离子增加了概率é d’é微型突触潜力的使命。什么将被解释été后来作为钙的活化剂效果« paquets »神经递质… En tout état de cause, l’必不可少的就是这样érie d’études,凯茨来自dé表明突触噪声的潜力在r中éalité单位电位(来自décharges uniques) obéissant à une loi du « tout ou rien », et représentant les blocs élé肌肉神经递质更大的潜力。是é神经递质的量子canic是née.

思想的量子ée observés au microscope électronique

但精确。首先怀疑保险丝。 Katz n的愿景’是不是太鼓舞了ée量子物理学,très en vogue à l’époque, et éloignée的生物学世界 ?神经元有一些东西à voir avec un mécanisme quantique ?但大约在1955年,显微镜électronique va répondre à那个问题。为了第一è吨时间,它允许’观察神经元的细结构和’on voit alors apparaî是真实的突触… C’est là que l’on dé封面,神经终止神经元PRéSynaptics,小球所有même taille.

事实证明它类似« bulles » ont déjà été observé在腺体的细胞中édullosurrénale (qui synthé许多荷尔蒙,包括’adrénaline), où l’on a déterminé qu’它们含有神经递质。同时,à l’université华盛顿,另外两位研究人员,Eduardo de Robertis和Stanley Bennett,émettent l’idée一些神经递质可以être associés在某些条件下à颗粒或V.é细胞内的中风。索引收敛,但科学世界hésite encore :解剖学家和spé显微镜心脏病学家é电子产品不想冒险’interpréter leurs clichés à la lumière des spé学术生物物理学队伍…

C’est Katz lui-mê这将通过制定他的假设来实现这一步骤èse : s’有量子性质和v的缩略图突触电流é在突触中的粒子,然后是这些vé突触笔划可能包含’acé泰国数量és fixes. Ces vé宿主将是神经生理学的量子。

在突触中的微型电流的发现导致申请存在底部的离子毛孔。他们将在几年后观察。

L’occasion se présente de s’1955年在这个主题上公开表达,在région parisienne, àGIF-SUR-YVETTET,在国际研讨会上 CNRIC. « 微生物学Compa.ée des éléments excitables ». À l’ouverture du congrèS,法国神经科学家的领导者çAIS,阿尔弗雷德Fessard,谁投入了é化学神经递质’organe é从1939年从鱼雷鱼的电动,强调了’微生物技术的重要性’étude des « propriétés élémentaires » du systè紧张的。凯茨,在cœ你的主题,然后提出突触通过轰炸固定神经递质,股票量子的突触膜és dans des vésicules et libérés de façon spontanée et alé物质,或玛尼ère synchronisée et provoquée par le mécanisme d’exocytose : il prédit que la libév的内容é冲程发生了é克莱门特在合并期间à细胞外膜,膜物理学的原理R.écemment dé由比利时基督徒duve撰写。« 当然,它很诱人,é他的报告中的katz来自érer les “vésicules”码头像Quanta D的结构容器’acé泰国,也是如此’au cours d’与Pr膜临界碰撞éSynaptic,内容D.’une vésicule pourrait être déchargé suivant le mode du “tout ou rien”并产生微型突触电位。 »

那么一切似乎都是’组织这种创新愿景。神经杀菌剂和细胞患者仁é刀具(1909-1999),显微镜的先驱é法国电子产品,étudie les zones d’ancrage des vésicules, forgeant l’expression de « zone active » de la synapse, en étudiant le cycle d’exocytose et d’内吞作用在突触水平 : les molé神经递质翅膀是libérées par les vé(外尿精),之前’être recyclés et stockés à nouveau dans des vésicules à l’inté神经元。刀的工作éfendent clairement l’« hypothèse vésiculaire »来自凯茨,谁成为他的朋友,他将在其中执行sé日。最后,Aélè刀具,生物化学师莫里斯ISRAël, isole des vé包含突触笔画’acétylcholine à partir de l’organe é鱼雷电动。À propos de ce ré苏拉特,凯茨致以一封信à René Couteaux en décembre 1968, écrivant qu’il s’agit là他最美丽的礼物ël.

一种édiction troublante

和’冒险继续。总是在安妮ées 1950,凯茨开发了一种新型’é允许lib的电极érer à volonté,与Quanta D的滴管一样’acétylcholine : l’électrode est munie d’un circuit é允许控制的电气ôler la sortie d’ions d’acétylcholine ! Au cours des années 1970, grâce à这种技术étudie de plus prèS仍然是Spontan波动éPR中肌纤维的静止潜力ésence d’acé泰国胆碱。统计分析« bruit » conduisent à émettre l’hypothèse que les molécules d’acétylcholine relâchéMicroPaches导致’打开摩尔毛孔é在突触后膜。他’既不比离子渠道更多,也不是’on découvrira une décennie plus tard grâ德国埃尔文·奈赫和伯特萨克曼的工作。

今天’hui encore, l’étude du « bruit des neurones » révèle bien d’autres mé基本和令人惊讶的苍蝇像mécanismes molé新的Culiays和新的物业étés de ré桶神经元。伯特萨克曼肯定是对的’écrire, dans son mé传记莫尔,在其直觉中幸福多少卡茨,特别是在现在的生物声音上’hui imposées comme des théORES经典神经科学。 XX的中间e siècle aura bien été l’Quanta的小时荣耀,在每个意义上的术语 !

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