
陳壁彰(中研院應用科學研究中心副研究員)
在高中與大學的年代,我總是對諾貝爾獎得主的研究與小故事非常感興趣。記得大學時期,每次從臺北坐火車回彰化時,我就會將天下文化出版的諾貝爾獎相關書籍拿出來,認識這些得獎者的研究過程。每每在看這些書時,心裡都會有悸動,總覺得科學研究是一件很有趣的事。另外記得當年大二時,艾里艾斯.詹姆士.科里(Elias James Corey,1990年化學獎得主)來到臺大化學系演講,我馬上就去買了一本他的書,即使英文不好,我還是硬著頭皮去要簽名。李遠哲老師(1986年化學獎得主)來演講時,我也是衝上去合照。這種追星的活動及對科學研究的憧憬,填滿了我的大學生活,總覺得有努力就會有收穫。不過,當我真正進入實驗室並且接觸了研究題目時,才發現實際情況不如想像,因此曾經一度想要放棄研究的生涯;但自己仍然持續研究,就是在一次又一次失敗的實驗中學到經驗,累積學問。出國留學後,自己的眼界和想法又更不一樣了。每天看著坐在餐桌旁邊,一邊低頭看著報紙、一邊喝著咖啡的西德尼.布瑞納(Sydney Brenner,2002年生醫獎得主),以及無時無刻都在討論數據的艾力克.貝齊格(Eric Betzig,2014年化學獎得主),便開始覺得科學研究就是一種生活,是愉快的生活,而且可以看到別人還尚未看過的結果和過程。
後來,在2017年和中研院物理所胡宇光老師的合作下,我開始對「黑反應」有了興趣。這個反應是利用金屬沉澱的方式對神經組織作染色,而在染色後,胡老師本來是利用X光成像來完成大範圍、大體積的三維影像,但我們試圖改以可見光作光源,並在樣品不切片的狀況下,期能同樣獲得神經結構的三維影像。而在我們將金屬染色後的全鼠腦搭配樣品膨脹術,增加了可見光的穿透度及解析度後,終於首次達成了目標。也就是在這個機緣下,讓我想對高基的研究從頭了解,於是我就像是再次回到了大學時期,研讀他的英文版傳記與相關文獻,此時突然有個念頭閃了出來:好想讓大家了解這位1906年諾貝爾生醫獎得主的生涯!這就是這本高基傳記譯本的源起。特別感謝劉俊鴻及鄭義奮的加入,讓我們能將高基的生涯以中文的方式呈現出來,完成了我6年前的夢想,或許這也是我們對這位偉大科學家的一種景仰方式。
《被遺忘的諾貝爾獎神經科學家—高基》(英文書名:Golgi: A Biography of the Founder of Modern Neuroscience)是一本深入探索義大利神經學家卡米洛.高基的科學生涯和貢獻的傳記。在十九世紀末至二十世紀初這段神經科學的萌芽期,高基這位神經學家和解剖學家正是因為開發出「黑反應」這項開創性的神經組織染色技術,被譽為神經學的奠基者之一,並因此獲得諾貝爾生理醫學獎。
高基,這個名字對於每個醫學或生物學領域的學生來說,必定都會聯想到細胞裡的基本構造—高基氏體。然而,這只是高基為數眾多的發現和貢獻之一而已。事實上,他的研究範圍不僅限於細胞生物學和神經科學,而是涵蓋了生物學的多個領域,並且影響深遠。例如,他對瘧原蟲和三種類型的瘧疾性發燒有過詳細的觀察和記錄,並提出了治療的方法。此外,高基也是一位傑出的教師,培養了許多的後進,其中有好幾位後來也成為偉大的學者。他在帕維亞大學多次擔任過校長,為維護大學的優勢不遺餘力;並也投入政治,具有義大利終身參議員的身分,還在第一次世界大戰期間負責管理一所軍醫院,可以說是一位懷有強烈愛國心的科學家。高基的名字值得被更多的大眾認識和了解。
高基於1843年7月7日出生於義大利北部的一座小山城。如同他的父親,高基也在帕維亞大學(University of Pavia)醫學院就讀,並在1865年畢業。本書的前幾章,作者除了敘述高基的求學歷程,也向讀者說明了高基的家庭背景和帕維亞大學的學術歷史。畢業後,高基先是在聖馬特奧醫院(San Matteo Hospital)和阿比亞泰格拉索(Abbiategrasso)的慢性病醫院工作,期間他克難地在自己家中的小廚房建立了一個簡陋的實驗室,累積他對於神經系統的研究成果,使他在幾年之後終於如願地回到他的母校帕維亞大學任教,並持續投入更多的研究,包括瘧疾與狂犬病。高基的科學研究歷程是書中的主幹,作者大量引述了高基與同期其他學者的著作,將高基的研究脈絡、發現、學術影響和面臨的挑戰作了詳盡的解說。直至1926年1月21日去世前,高基將近83年的人生中,有很大一部分是沉浸在他所熱愛的科學研究與帕維亞大學。
「黑反應」無疑是高基研究生涯中最具代表性的發現,這是他在1873年於他的廚房實驗室中發明出來的染色技術,又稱為「高基染色法」。此方法的核心為硝酸銀溶液,藉由銀的沉澱顯示出單個神經細胞的整個輪廓,包含其所有突起與分支。這對於當時的神經系統研究是非常重大的突破,猶如將隱藏於未知領域的神經科學顯露出來,自此讓科學家得以解析神經元的結構和功能。然而,這種染色技術的工作原理長期以來一直是個謎。在當時,高基的「黑反應」染色技術雖然讓眾多科學家們躍躍欲試,但是由於高基認為還未找到最佳配方,因此他並沒有公開詳細的實驗方法,使得其他科學家較難以掌握此技術,因而曾讓人一度懷疑黑反應的發現純屬偶然。而這也是這本書的重要主題之一,探討科學中知識的分享和開放性問題。
另一方面,「黑反應」也成就了另一位神經科學界的巨擘—拉蒙.卡哈爾。這位與高基共享1906年諾貝爾生理醫學獎的西班牙組織學家,透過黑反應所得到的觀察結果鞏固了現代神經科學理論的根基—「神經元理論」。然而,高基這位黑反應的發明者,終其一生都拒絕接受神經元理論,堅信「瀰散神經網」的觀點。神經元理論認為,神經系統的組成是一個個獨立、分開的神經元;但高基認為,神經系統的組成元素應是相連在一起整體運作,形成一個神經網的結構,而神經元理論與他的觀點是完全不相容的。於是,高基與拉蒙.卡哈爾成為了科學界的一對宿敵。縱然他們是諾貝爾獎歷史中第一對共享獎項的得獎人,但隨著高基在頒獎典禮中發表了抨擊對手的演說,不僅讓他們之間的恩怨再也無法化解,也讓後世對於高基大多持有負面印象,甚至遺忘他的科學貢獻有多卓著。
這本書的原文版先後有兩個版本,第一版於1999年出版,第二版在2010年出版。第二版除了調整部分文句與更新一些參考文獻外,其與舊版最大的不同,就是增加第二十章—〈神經科學的歷史悖論〉。在這個章節,作者帶領讀者探討一個世人好奇的問題:高基和拉蒙.卡哈爾,究竟誰比較重要?若是以現代神經科學的觀點而言,可能大多數人會傾向支持拉蒙.卡哈爾;但如果是神經科學領域外的學者,答案可能就沒有那麼明確,因為高基在細胞生物學與傳染病學等領域也有相當卓越的貢獻,「他還有三大發現,並都冠上了高基之名:高基氏體、高基氏腱器官與瘧原蟲的生命週期」就是很好的證明。
接著,作者再拋出另一個問題:如果高基沒有發現黑反應,神經解剖學乃至神經科學的發展會發生什麼變化?在二十世紀初以前,分子生物學、免疫螢光染色等知識都尚未萌芽,只有簡單的化學染色法,如蘇木精—伊紅染色法(H&E stain),但這些染色法都無法顯現一個神經元完整的構造:在黑反應發明前,科學家們普遍認為樹突沒有游離末梢,軸突也沒有分支,甚至因為神經細胞在顯微鏡下看來只是一團纖維,並不像是如血球般圓形的細胞,而爭論生物體的最小單位到底是不是細胞呢!在這種情況下,拉蒙.卡哈爾並沒有機會發展出改變神經解剖學的理論。作者點出,黑反應的發明並非自然發生,而必須仰賴高基無法取代的經驗,就像是烹飪高級料理,關鍵是研究者的創造性直覺。也就是說,「如果沒有高基,就不會有拉蒙.卡哈爾」。
況且,高基的神經學理論並沒有被完全推翻。高基的理論確實存在缺陷,但「神經系統整體運作」的概念啟發了現代神經科學中的整體論學派。他是堅定的實證主義者,認為理論都應源於實際的觀察結果,而不是依靠猜測、空想而來的;只不過,戴著「瀰散神經網理論濾鏡」的高基,只能看到有利於他的理論的觀察結果。考量到當時顯微技術的限制,以致尚未出現決定性的證據反駁高基理論的錯誤,作者希望透過脈絡的梳理,讓讀者能夠同理高基的堅持,而不是一味地將他視為心胸狹隘的頑固學者。
在說明高基的學術理論之餘,作者也藉由豐富的書信資料與文獻紀錄來描繪他與家人、朋友、師長、學生、同事、同行及政要之間的互動,其中包含許多當代著名的科學家,例如:血小板的發現者朱利奧.比佐澤羅(Giulio Bizzozero)、刑事人類學派的創始人切薩雷.龍布羅梭(Cesare Lombroso)、粒線體的發現者阿爾伯特.馮.柯立克(Albert von Kӧlliker)等,或有溫情互助,或有競爭對抗。這些描繪不僅將高基既又認真、執著且又謙虛、內向的性格生動地體現出來,同時也讓讀者能夠一窺當時的科學界風貌與義大利國情。我們可以看到,高基的生涯充滿了爭議和挑戰,但他始終堅持自己的信仰和科學追求,這正是高基這位人物最大的魅力。
總之,這是一本充滿教育意義和啟發性的傳記,而且它的價值是多面向的。對於神經科學、細胞學和醫學領域的讀者而言,高基是領域中舉足輕重的代表性科學家,而這本書是少有可以如此深入介紹這位大師生平與其事蹟的傳記,且讀者還能從中進一步地認識自己專業領域的發展脈絡;對於嚮往科學研究的讀者來說,高基實事求是、擇善固執的學者風範值得後世科學家效仿,而書中探討科學研究本質與方法論的部分,以及不同理論之間的辯證過程,都是很有學習價值的參考;而對於愛好史學的讀者而言,作者傾心傾力蒐羅的豐富文獻,是研究十九世紀至二十世紀初科學史與義大利史的珍貴史料。至少,希望在這本書出版之後,高基之名可以喚起大眾更多的聯想。
//主題書籍//
《被遺忘的諾貝爾獎神經科學家──高基》◎保羅.馬札雷洛(Paolo Mazzarello) 著;陳壁彰、劉俊鴻、鄭義奮 譯