Scînteile sistemului nervos

Una din observațiile care l-au convins pe medicul grec Galen în secolul al II-lea că percepțiile și gîndurile își au originea în creier și nu în inimă, așa cum credea Aristotel, a fost recunoașterea celui dintîi ca fiind sursa mai multor rețele de nervi care ajung în diferitele organe senzoriale ale corpului. Însă, mult timp după aceea, a rămas neclar cum comunică nervii atît între ei, cît și cu organele pe care le stimulează. Diferitele teorii propuse, cum ar fi cea a unui lichid care curge prin nervi sau cea a unor „vibrații” ale nervilor, fie nu dăduseră rezultate experimentale convingătoare, fie erau netestabile. Abia în secolul al XVIII-lea, cînd mulți oameni de știință erau interesați de electricitate, a început să fie tatonată ideea că nervii ar putea comunica prin impulsuri electrice. Începînd cu anii 1770, Luigi Galvani a arătat nu doar că nervii pot fi stimulați electric în mod artificial, ci și că posibilitatea activității electrice de-a lungul nervilor există în mod natural în organism. Mai apoi, galvanismul a stîrnit imaginația oamenilor de știință cu privire la posibilitatea reanimării organismelor folosind impulsuri electrice, ipoteză care s-a răspîndit și a ajuns inclusiv în discuțiile a trei englezi aflați la Geneva în 1816: Lord Byron, Percy Bysshe Shelley și Mary Shelley. În urma unei provocări lansate de Byron de a scrie o poveste de groază, Mary Shelley a început să lucreze la povestea care a devenit romanul Frankenstein, sau Prometeul modern, publicat în 1818. Deși posibilitatea reanimării provocase mult entuziasm, în romanul lui Shelley doctorul Frankenstein este oripilat de ceea ce a creat și spune: „...este mult mai fericit omul pentru care orașul natal reprezintă întreg universul, decît cel care încearcă sa depășească limitele naturii” („...and how much happier is he who believes his native town to be world, than he who aspires to become greater than his nature will allow”). Mai mult de un secol mai tîrziu, dezbaterile cu privire la rolul electricității în cadrul nervilor și mai ales al celulelor nervoase din creier au permis dezvoltarea variantei moderne a neuroștiinței.

Un pas important a fost făcut atunci cînd transmisiei pur electrice a impulsurilor nervoase i s-a adăugat o alternativă chimică. La începutul anilor 1920, cercetătorul german Otto Loewi studia modul în care nervul vag controlează ritmul bătăilor inimii și a demonstrat că acest proces are loc prin intermediul unei substanțe chimice. Într-un experiment elegant, Loewi a pus separat două inimi de broască într-o soluție salină, doar una dintre ele fiind încă atașată de nervul vag. După ce a stimulat nervul pentru a încetini inima, Loewi a preluat soluția în care se afla prima inimă și a aplicat-o pe a doua, care a încetinit și ea, sugerînd astfel că exista o substanță secretată de nervul vag în soluție care media controlul ritmului bătăilor inimii. Această substanță, numită mai apoi acetilcolină, a devenit una din bazele ipotezei conform căreia toți ceilalți nervi, cum ar fi cei care stimulează contracția mușchilor, comunică pe baza unor astfel de specii chimice. În plus, cercetătorii au început să dezbată dacă impulsurile neuronale, transmise prin intermediul punților dintre neuroni numite sinapse, se realizează printr-un mecanism pur electric sau printr-unul mediat de substanțe chimice precum acetilcolina.

Principalul susținător al teoriei comunicării electrice era australianul John Eccles, care, pe cînd lucra în Noua Zeelandă, l-a întîlnit pe Karl Popper, unul din cei mai importanți filosofi ai științei ai secolului trecut. În celebra sa carte Logica cercetării (1934), Popper introdusese falsificabilitatea ca fiind criteriul ce trebuie folosit pentru ca o teorie să fie considerată științifică. Cu alte cuvinte, o teorie trebuie să fie formulată în așa fel încît să poată fi, în principiu, falsificată prin metode experimentale. Popper l-a influențat pe prietenul său Eccles, care s-a gîndit la un experiment al cărui rezultat ar fi putut duce la falsificarea teoriei sale. Astfel, Eccles, care susținuse vehement teoria comunicării electrice, a fost chiar cel care a demontat-o, arătînd că transmisia impulsurilor neuronale prin sinapse are loc prin intermediul unor specii chimice, numite mai apoi neurotransmițători. Cîțiva ani mai tîrziu, s-a descoperit că există și sinapse pur electrice (gap junctions) între anumiți neuroni, așa cum gîndise inițial Eccles.

Descoperirea acestor mecanisme de comunicare între neuroni a fost fundamentală pentru neuroștiință și a condus în scurt timp și la noi intervenții terapeutice. În anii 1950, cercetătorul suedez Arvid Carlsson a descoperit că dopamina e un neurotransmițător și a arătat că boala Parkinson, o boala neurodegenerativă, este asociată cu absența dopaminei dintr-o zonă a creierului numită substantia nigra. Pe baza acestei descoperiri, a fost propus ca tratament administrarea unui precursor al dopaminei, L-dopa, care e folosit și astăzi pentru a ameliora simptomele bolii. Mai recent, potrivit unui studiu publicat în luna mai a anului trecut în revista Nature, o echipă de cercetători din Lausanne a dezvoltat o nouă tehnologie bazată pe stimularea neuronilor prin electrozi pentru a restabili comunicarea pierdută între creier și coloana vertebrală în cazul unui om paralizat. Comunicarea electro-chimică între celulele nervoase este astăzi recunoscută ca fiind un mecanism fundamental al neuroștiinței, permițînd descoperiri care, trei secole după experimentele lui Galvani, au parcurs o altă cale decît cea din lumea gotică a lui Mary Shelley.

Laura-Yvonne Gherghina este doctorand în Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe la Universitatea din Cambridge.