Santiago Ramón y Cajal: Người đầu tiên lập bản đồ não người

Santiago Ramón y Cajal sinh ra tại vùng Petilla de Aragón, miền Bắc Tây Ban Nha vào ngày 1/5/1852. Khi còn là một cậu bé, Cajal khá tinh nghịch, thường xuyên gây ra rắc rối ở trường. Ông có năng khiếu trong lĩnh vực nghệ thuật và mơ ước một ngày nào đó trở thành họa sĩ. Niềm đam mê vẽ, sự nhạy cảm của thị giác và tài năng chuyển đổi hình ảnh trực quan thành bản vẽ đã giúp ông đạt được những thành tựu lớn lao trong việc mô tả cấu trúc của não người sau này.

Đáng tiếc là khát vọng nghệ thuật của Cajal không được gia đình ủng hộ, bởi vì người cha muốn ông tiếp nối sự nghiệp của mình với tư cách là một bác sĩ. Năm 1868, Cajal đăng ký học y khoa tại Đại học Zaragoza (Tây Ban Nha), nơi cha ông là một giáo sư về giải phẫu học.

Cajal đạt thành tích học tập tốt trong trường đại học. Dưới sự hướng dẫn của cha mình, ông trở nên rất thành thạo trong việc mổ xẻ. Ông giỏi đến mức chỉ sau ba năm học tập, ông đã trở thành trợ lý giảng dạy trong bộ môn giải phẫu. Sau khi tốt nghiệp năm 1873, ông ứng tuyển thành công vào Quân đoàn Y tế và có một thời gian làm việc tại Cuba, lúc đó đang nằm dưới sự cai trị của Tây Ban Nha. Sau khi xuất ngũ do mắc bệnh sốt rét và quay trở về nước, ông bảo vệ thành công luận án tiến sĩ tại Đại học Trung tâm Madrid vào năm 1877, lúc đó ông chỉ mới 25 tuổi.

Cajal khởi đầu sự nghiệp khoa học chuyên nghiệp khi ông đảm nhận vị trí giáo sư giải phẫu tại Đại học Valencia ở Tây Ban Nha năm 1884. Ông cũng bắt đầu quan tâm đến lĩnh vực khoa học thần kinh. Vào thời điểm đó, kính hiển vi đã đủ phát triển để cho phép các nhà khoa học quan sát thành phần tế bào của não. Tuy nhiên, vẫn chưa tồn tại loại công nghệ cho phép người ta chụp ảnh những gì họ nhìn thấy qua kính hiển vi. Do đó, các nhà nghiên cứu thường phải vẽ tay những cấu trúc mà họ quan sát được. Vì vậy, năng khiếu hội họa của Cajal đã có cơ hội để thể hiện.

Quan điểm phổ biến của các nhà khoa học đương thời về bộ não là nó được tạo thành từ một mạng lưới các sợi thần kinh duy nhất kết nối vật lý với nhau. Nói cách khác, não cấu tạo từ một mạng lưới thần kinh lớn và liên tục.

Tuy nhiên vào năm 1873, bác sĩ người Ý Camillo Golgi đã phát triển một loại chất nhuộm chứa bạc nitrat để nhuộm các mô trong não, cho phép tế bào thần kinh (neuron) hiển thị rõ ràng hơn dưới kính hiển vi. Mặc dù phương pháp nhuộm màu của Golgi giúp dễ dàng nhìn thấy các nơron hơn, nhưng nó vẫn không giúp giới khoa học xác định chắc chắn liệu các nơron là những thực thể liền mạch hay tách biệt với nhau. Một phần là do phương pháp này không hoàn hảo, bởi vì chỉ có ít hơn 5% tế bào thần kinh tiếp nhận chất nhuộm.

Ramon y Cajal đã giải quyết vấn đề trên bằng cách sử dụng nồng độ hóa chất cao hơn, cắt các phần mô não dày hơn để nghiên cứu dưới kính hiển vi và ông chỉ sử dụng phương pháp của Golgi để nghiên cứu loại tế bào thần kinh mà nó hoạt động hiệu quả nhất – tế bào thần kinh có sợi trục (axon) không chứa bao myelin. Đây là những cấu trúc dẫn truyền tín hiệu thần kinh không được bao quanh bởi chất béo.

Não chim và não trong phôi của động vật có vú chứa các sợi trục không myelin, vì vậy chúng rất lý tưởng cho công trình nghiên cứu của Cajal.

Với những cải tiến mới, Cajal nhận thấy ông có thể nhuộm các tế bào thần kinh với tỷ lệ lớn hơn nhiều so với những gì Golgi từng làm trước đó. Năm 1888. Ông đã công bố những kết quả mang tính đột phá của mình trên tạp chí The Trimonthly Review of Normal and Pathological Histology. Ông phát hiện hệ thần kinh trong não chim hình thành từ các tế bào riêng lẻ. Nói cách khác, bộ não cấu tạo từ các tế bào thần kinh ngăn cách với nhau bằng những khoảng trống siêu nhỏ [thứ sau này được nhà khoa học Charles Scott Sherrington gọi là khớp thần kinh (synapse)].

Cajal đã gửi bản sao nghiên cứu cho nhiều nhà khoa học hàng đầu ở nước ngoài nhưng không nhận được phản hồi. Một năm sau, ông trình bày kết quả của mình tại hội nghị khoa học quốc tế diễn ra ở Berlin (Đức), và công trình nghiên cứu của ông cuối cùng đã được cộng đồng khoa học công nhận một cách rộng rãi. Đây cũng là tiền đề để Cajal xây dựng và phát triển học thuyết nơron.

Học thuyết này cho rằng các rơron là những tế bào riêng biệt, độc lập về mặt sinh hóa, và tín hiệu lan truyền từ nơron này sang neuron khác thông qua khớp thần kinh. Các tế bào neuron trong não liên lạc với nhau nhưng không chạm vào nhau. Điều này đã phủ nhận quan niệm của các nhà khoa học đương thời, khi họ phỏng đoán các neuron tạo thành một mạng liên kết chặt chẽ, hoạt động như một thực thể duy nhất.

Với thành tựu đột phá này, Cajal và Golgi cùng được trao giải Nobel về Sinh lý học và Y học năm 1906.

Năm 1913, Cajal sử dụng phương pháp tương tự để lập bản đồ hệ thống thần kinh trung ương. Ông đã tạo ra một danh mục đặc biệt với các bức vẽ chi tiết và tỉ mỉ, bao gồm những vùng khác nhau của não người và dây cột sống của động vật. Các bức vẽ của Cajal thường được so sánh với tác phẩm nổi tiếng của Andreas Vesalius - một bác sĩ thời Phục hưng, người có những bức vẽ tinh xảo về giải phẫu cơ thể người, tạo nên một cuộc cách mạng trong y học.

Cajal cũng có nhiều đóng góp nổi bật khác cho lĩnh vực khoa học thần kinh. Ví dụ, ông đã chứng minh các sợi trục phát triển từ phần mở rộng của tế bào thần kinh gọi là “nón tăng trưởng”.

Các bức vẽ của Cajal đại diện cho sự kết hợp giữa khoa học và nghệ thuật dường như đã bị mai một trong những năm qua, có thể là do công nghệ phát triển khiến việc phác thảo các quan sát bằng kính hiển vi trở nên không còn cần thiết. Tuy nhiên, việc Cajal vẽ bộ não một cách tỉ mỉ trên giấy đã giúp ông hiểu rõ hơn về cấu trúc tế bào thần kinh, tạo tiền đề cho những khám phá mới của ông có ảnh hưởng lớn đến khoa học thần kinh sau này.

Theo Nobelprize, Famous Scientists