Дэвид Хантер Хьюбел

Биография

Американский нейрофизиолог Дэвид Хантер Хьюбел родился в Виндзоре, канадской провинции Онтарио. Его родители, Эльза М. (Гюнтер) и Джесс Г. Хьюбел, инженер-химик, были американцами по происхождению. В 1929 г. семья переехала в Монреаль. Дэвид унаследовал интерес к науке от своего отца и в юности увлекался химией и электроникой. У него также обнаружились музыкальные способности и впоследствии, как он заметил, «с пяти лет отдавал музыке несоразмерное количество времени». С 1932 по 1944 г. он посещал академию Стреткона в Аутремонте.

В 1944 г. Х. был зачислен в Университет Макгилла, который окончил с отличием по математике и физике. После получения степени бакалавра в 1947 г. он поступил в медицинскую школу при этом университете, как считал, «почти по жребию, несмотря на отсутствие знаний по биологии». Летние каникулы он проводил в Неврологическом институте в Монреале, изучая нервную систему. В 1951 г. после присвоения ему медицинской степени Х. начал изучать клиническую неврологию сначала в Неврологическом институте в течение двух лет, а в 1954 г. – в Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе (штат Мэриленд).

В следующем году Х. был призван в американскую армию и приписан к нейрофизиологическому отделу Института исследований Уолтера Рида в Вашингтоне (федеральный округ Колумбия). Там он разработал вольфрамовый микроэлектрод – прибор, используемый для регистрации электрических импульсов нервной клетки. Имплантируя его в головной мозг кошек на определенные периоды времени, он мог регистрировать спонтанные уровни активности нервных клеток в головном мозге спящих и бодрствующих животных.

После увольнения из армии в 1958 г. Х. продолжал свои исследования в лаборатории Вернона Маунткэстла Университета Джонса Хопкинса. Маунткэстл был признанным центром нейрофизиологии чувствительных зон коры головного мозга. Поскольку аппаратура лаборатории была несовершенна и нуждалась в обновлении, X, присоединился к исследовательской группе Стефана Кюффлера, работавшей в Вилмеровском институте и Университете Джонса Хопкинса.

Кюффлер, ведущий специалист в области нейрофизиологии зрения, изучал нервную активность (или микроэлектрические потенциалы) нервных клеток сетчатки (внутренней оболочки глазного яблока) кошки. Он установил, что нерв сетчатки, или ганглиозные клетки, отвечает на световые контрасты и не реагирует на равномерное освещение. Кюффлер также описал рецептивные поля области сетчатки, которые при стимуляции характеризуются изменением спонтанной нервной активности клетки. Он обнаружил, что ганглиозные клетки сетчатки стимулируются или тормозятся при освещении ее соответствующего рецептивного поля круглым пятном света. Если свет стимулирует клетку сетчатки, то свет, падающий на область, окружающую эту центральную точку, ингибирует клетку, и наоборот.

Х. и его коллега Торстен Визел намеревались изучать рецептивные поля и других нервных клеток в зрительном анализаторе, особенно находящихся в зрительных центрах коры головного мозга. Зрительные центры являются одной из многочисленных функциональных областей коры головного мозга, где осуществляются его высшие познавательные процессы, такие, как память и восприятие. Зрительный анализатор берет начало в фоторецепторных (светочувствительных) клетках сетчатки, палочках и колбочках. Нервные окончания палочек и колбочек проецируются на

другие клетки в сетчатке, а от них нервные импульсы проходят по зрительным нервам в латеральное коленчатое тело, откуда передаются в зрительные центры коры головного мозга. Состоящие из миллионов нервных клеток, расположенных в несколько слоев, зрительные центры расшифровывают нервные сигналы, возникающие в сетчатке.

Одно из первых наблюдений, сделанных Визелом и Х., привело к значительному расширению представлений о функционировании нервной системы. Ученые помещали микроэлектрод в зрительные центры коры головного мозга кошки и фиксировали спонтанную нервную активность (или микроэлектрические потенциалы) нервной клетки. Стараясь вызвать нервную активность в клетках коры, они испробовали ряд зрительных стимулов. Случайно передвинув предметное стекло микроскопа за рецептивное поле нервной клетки, в которую был имплантирован микроэлектрод, Х. заметил, что клетка начала разряжаться. Сначала исследователи пришли в замешательство относительно этого феномена, но вскоре поняли, что клетка отвечает на световую полоску стекла. В то время как у Кюффлера клетки сетчатки реагировали на круговые «образы», нервные клетки в зрительной области коры головного мозга отвечали на линейные световые раздражители.

В 1959 г. Кюффлер становится профессором фармакологии в Гарвардской медицинской школе в Бостоне (штат Массачусетс). Туда переходит и его исследовательская группа, включая Х. и Визела. В 1964 г. в Гарварде создается отдел нейробиологии во главе с Кюффлером. В 1967 г. Х. становится заведующим отделом, а в следующем году его назначают профессором физиологии. За время работы в Гарварде Х. и Визел провели ряд экспериментов, в ходе которых помещали микроэлектрод в зрительные центры коры головного мозга живых кошек и обезьян, записывая спонтанную активность нервной клетки, в которую был имплантирован микроэлектрод. Таким путем они надеялись стимулировать поля сетчатки с линейным восприятием света под различными углами ориентации до тех пор, пока не будут найдены наиболее эффективные стимулы для группы клеток вдоль пути электрода. Иногда они вводили электрод перпендикулярно к поверхности головного мозга; в других опытах проводили электрод под углом. После вскрытия экспериментальных животных данные об активности нервной ткани и ее анатомические особенности сравнивались. Исследователи также разработали метод введения радиоактивных веществ в глазное яблоко. Перемещаясь вдоль волокон зрительного нерва от сетчатки до зрительных центров, эти меченые вещества помогали получить представление об анатомических особенностях нервной ткани зрительных центров головного мозга.

В результате своих экспериментов Х. и Визел обнаружили, что зрительные центры коры головного мозга организованы в виде периодических вертикальных комплексов, которые они назвали доминирующими зрительн

ыми столбиками и столбиками ориентации. В этих столбиках нервных клеток происходит необходимое двоякое преломление информации, переданной от сетчатки в зрительные центры. Доминирующие столбики объединяют нейрональные импульсы от обоих глаз, в то время как столбики ориентации трансформируют циркулярные рецептивные поля сетчатки и коленчатых тел в линейные рецептивные. Х. и Визел обнаружили, что в этой переработке информации участвует целая иерархия простых, сложных и очень сложных нервных клеток, которые функционируют, по мнению ученых, согласно принципу возрастающей или прогрессивной конвергенции. Принцип прогрессивной конвергенции объясняет, как в зрительной области коры головного мозга могут создаваться законченные образы из многочисленных отдельных битов информации, поступающих от нейронов сетчатки. Аналогичным образом могут быть организованы другие функциональные центры коры головного мозга.

Исследования Х. и Визела по нейрофизиологии зрения оказали значительное влияние на клиническую офтальмологию, особенно на лечение врожденных катаракт. Например, они обнаружили, что такие катаракты следует удалять в раннем детстве, что позволяет сохранить зрение.

Половина Нобелевской премии по физиологии и медицине 1981 г. была разделена между Х. и Визелом «за открытия, касающиеся обработки информации в зрительном анализаторе». Вторая половина премии была присуждена Роджеру У. Сперри. В речи на презентации Дэвид Оттосон из Каролинского института напомнил слушателям, что Х. и Визел показали, «как различные компоненты изображения на сетчатке считываются и интерпретируются клетками коры головного мозга... Клетки расположены в виде столбиков; анализ происходит в строгой последовательности от одной клетки к другой, и каждая нервная клетка отвечает за определенную деталь в целой картине». Оттосон подчеркнул, что исследователи также выяснили, что способность расшифровывать информацию, поступающую из сетчатки, развивается сразу после рождения. Этот результат весьма важен, ибо невозможность видеть хотя бы одним глазом «даже несколько дней в этот период... может привести к постоянному нарушению зрения».

Х. женился в 1953 г. на Шерли Р. Изард. У них родились три сына.

Х. получил степень почетного доктора Университета Макгилла, был награжден медалью Льюиса Розенстила за фундаментальные медицинские исследования Университета Брандейса (1972), памятной наградой Джона Фриденвальда Ассоциации исследований зрения и офтальмологии (1975), премией Карла Спенсера Лэшли Американского философского общества (1977), премией Луизы ГроссХорвиц Колумбийского университета (1978), премией Диксона по медицине Питсбургского университета (1979) и премией Джорджа Ледли Гарвардского университета (1980). Он – член Национальной академии наук и Американской академии наук и искусств.