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神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

2007-12-07 02:30迴響:13點閱:2417

 

對神經內分泌這門二十世紀新興的學問而言,除了本系列先前介紹的薛勒夫婦外,另一位獲得「神經內分泌學之父」稱呼的重要人物,就是在醫學生時期協助羅馬尼亞解剖學家波帕進行活體實驗,試圖解開連接下視丘與腦下腺之間門脈血流走向的哈里斯Geoffrey W. Harris, 1913-1971

 

哈里斯出身英國劍橋大學,受教於著名生殖生理學家馬歇爾(Francis H. A. Marshall, 1878-1949),研究雌兔的排卵控制。兔子屬於反射式排卵動物,也就是說除非有性行為刺激,否則牠們不會排卵;很顯然,卵巢受到神經系統的影響。如果在進行性行為後,將雌兔麻醉或注射正腎上腺素的拮抗劑,都可以阻斷排卵,也進一步佐證神經系統參與控制了反射排卵。

 

不過,當時已知:卵巢排卵的過程,直接受到腦下腺前葉分泌的激素(黃體生成素)刺激;因此性交時,由陰道及子宮頸接受的感覺訊息,在傳入中樞神經系統後,必定以某種方式傳給了腦下腺前葉,才促使黃體生成素的分泌。至於其詳細機制,則困擾了早期的生理學家相當時日。

 

哈里斯學士論文的部分實驗,是將金屬電極植入兔腦下視丘部位,然後通以微量電流刺激,發現可刺激卵巢排卵;該結果顯示:下視丘確實可以影響腦下腺前葉的激素分泌。至於下視丘是利用神經纖維直接投射,還是利用血液循環作媒介,將訊息傳給腦下腺,則經過相當漫長且激烈的爭議。

 

由於因緣湊巧,年輕的哈里斯於一九三五年協助了前來劍橋訪問的波帕,練習在活體動物從上顎鼻咽部位將頭骨鑽開,露出位於大腦底部的腦下腺及下視丘,以觀察腦下腺門脈血液的流向;雖然他和波帕將血流方向弄反了,迫使哈里斯接受腦下腺受到未知神經控制的結論,但這項複雜精巧的手術,卻成為哈里斯日後研究的利器。

 

在倫敦完成了四年住院醫師訓練後,哈里斯回到劍橋重拾研究,以取得醫學博士學位。在同事葛林(John D. Green, 1917-1964)協助下,他終於確認腦下腺門脈血液,其實是從下視丘往腦下腺的方向流動;因此,下視丘極有可能分泌某些未知物質,經由門脈血流輸送,抵達腦下腺。這就是出名的「神經血管控制腦下腺理論」,是奠定神經內分泌學的基石,也是哈里斯最重要的貢獻,讓他獲得了「神經內分泌學之父」的尊稱

 

美妙的理論必須有堅實的證據支持,才能流傳後世(沒有事實證據就提出的理論,只是猜測臆想)。自一九四年代中葉起,哈里斯以一系列設計精巧、且執行完美的實驗,逐步證實了他提出的理論。首先,他在大鼠身上,以手術切斷連接下視丘與腦下腺的小柄,發現由腦下腺控制的生理功能(譬如生殖)就失去了。然而另一位知名的英國研究員祖克曼(Solly Zuckerman, 1904-1993)以雪貂為實驗動物,卻未能重複哈里斯的結果;祖克曼將報告發表在《自然》期刊,對哈里斯的理論造成嚴重威脅。

 

為此,哈里斯特地前往祖克曼位於伯明罕大學的實驗室,在顯微鏡下觀察其雪貂腦下腺柄的組織切片。他發現祖克曼的動物在切斷腦下腺柄後,很可能出現了血管再生的現象,因此腦下腺功能得以恢復。為了證實此點,哈里斯也以雪貂為對象,重複該實驗。他甚至在某些動物的腦下腺柄切斷處,插入一小片蠟紙,以防止血管再生。結果一如預期:腦下腺門脈的再生與否,與雪貂生殖功能的恢復之間,具有十足相關。

 

然而,祖克曼卻不承認自己的實驗有所瑕疵,他在一九五四年的一場學術會議中,與哈里斯進行激辯,甚至到了動氣的地步,讓與會者側目。祖克曼不單是個學者,還是決定英國科學政策的重要人物,一生過得多采多姿;但對於這個問題,他始終堅持己見。一九七八年,祖克曼在一篇以〈懷疑的神經內分泌學家〉(A Skeptical Neuroendocrinologist, 注一)為題的文章中,仍重複他對腦下腺門脈存在及功能的懷疑;他還說:不曉得二○○○年的科學家,對於控制腦下腺前葉功能的看法會是如何。在此我可以說,時序進入二十一世紀,我們仍相信哈里斯的理論是正確的。

 

此外,哈里斯還進行了一系列腦下腺移植的實驗。他發現:將實驗動物的腦下腺從原來的位置取出,移植到體內其他血液循環充分的所在,可以維持腦下腺細胞的存活,但是由腦下腺前葉所控制的身體功能都喪失了;如將腦下腺移回原本位於下視丘下方的位置,則可恢復大部分功能。這個實驗再度證實:腦下腺前葉受到下視丘分泌的物質所調控。

 

一九五五年,哈里斯發表了《腦下腺的神經控制》(Neural Control of the Pituitary Gland)一書,將他近十年來的研究作一總結;該專書成了神經血管控制腦下腺理論的聖經,但因發行量有限,在舊書肆一直相當搶手(注二)。

 

再下來的二十來年間,則是另一批科學家追尋下視丘未知因子的一頁歷史,將於下回分解。

Harris-1.jpg 

 

 

注一:該篇文章出處:Pioneers in Neuroendocrinology II, Meites, J, Donovan BT, McCann SM (eds), Plenum Press, New York, 1978

 

注二:二十多年前,我的博士論文指導教授就同我提過,他想擁有一本私藏,卻遍尋不得。近年網路發達,搜尋舊書也容易得多;我陸續找到過好幾本待售的舊書,都因價格太貴而買不下手。去年終於以還算合理的價錢購得一本,成了我的藏書。

 

注三:我的太老師,台大生理學科的彭明聰榮譽教授(中研院院士、前台大醫學院院長),曾於1963-4年前往哈里斯教授的實驗室進修一年,他應該是哈里斯唯一的一位國人弟子。

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引用:http://blog.chinatimes.com/jenntser/archive/2007/12/07/224227.html
2007-12-07 02:30作者:潘震澤分類:生理講義迴響:13點閱:2417

迴響與引用列表

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

ws,

你的好學,讓我佩服。

你原本留言裡的這句話:this individual differences in senses ... simply are not able to be explained by the chemical-electrical reaction of the neuronal signal transduction in the human brain stated in the general physiology. 也對也不對,人腦當中負責神經訊息傳遞的電化學反應(the chemical-electrical reaction of the neuronal signal transduction in the human brain) 還是最根本的運作機制,不可能說研究分子神經科學,而避開它。

你接著說,So, I thought, maybe I can get different perspectives from some researches by molecular neurologists. 你要曉得,分子神經科學家是「見樹」的人,要「見林」還得靠系統神經學家。

你以為分子神經科學家研究的是什麼?是基因在神經細胞的表現;表現的結果又是什麼?是與電化學有關的神經遞質、神經調質、離子通道、細胞酵素、構造蛋白等產物。所以問題還是回到原點,造成記憶、情緒、認知等等意識功能的神經網絡及機制是什麼?

意識研究離我的專長甚遠,10月號的Scientific American 上有 Christof Koch 與 Susan Greenfield 兩位專家的辯論,你有興趣可以一閱 (「科學人」十一月號)。

2007-12-15 09:29 震澤

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

走火入魔?! Sorry, Prof. Pan, I could not help but 啞然失笑 at this moment. Sounds like I am practicing certain 絕世神功. For sure, this 認知/知覺 is influenced by the martial art stories that I read too much during youth years.

By your comments, I do re-read the "Human Physiology" by Vander, Sherman, & Luciano. The sensory physiology in Chapter 7(p.205-241) about the sensory receptors, sensory coding, neural pathway, somatic/chemical sensation; "The Consciousness, the Brain, and Behavior" in Chapter 8(p.245-264, is that a short chapter?). I still think that is a general introduction only. Maybe that is not the main area concerned in undergraduage level.

What I interested in is more detailed analysis of "情緒、個性、經驗及社會背景等因子,都能影響知覺,因此不同人看到同一件事,可有不同的感受。" in terms of chemical, molecular reaction or mechanism.

However, I have found the thoughts so far in the chapter 6 of "Consilience" (not finished yet):

1. Long-term memory recalls specific events by drawing particular persons, objects, and actions into the conscious mind through a time sequence......It also re-creates not just moving images and sound, but MEANING in the form of linked concepts simultaneously experienced.

2. The proper functioning of the organs is under the control of hard-wired autopilots in the brain and spinal cord, whose neuron circuits prior ot the origin of human consciousness.....only by INTENSE MEDITATIVE TRAINING can this autopilots circuits occasionally be brought under conscious control. (I doubt, this is the where the religious/spiritual experiences come from.)

**3. Scenarios of the mind are all but infinite in detail, their content evolving in accordance with the unique history and physiology of the individual, where it is impossible to feet that into a computer.....The individual mind cannot fully known and predicted in the way of physical laws, the self can go on passionately believing in its own free will...Confidence in free will is biologically adaptive.

4. I (E.O.Wilson) seriously doubt that any such event, namely a crude simulation of the human mind, will ever occur, ..... two reasons: the functional obstacle and the evolutionary obstacle.

(to be continue....late here)

2007-12-14 12:39 ws

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

ws,

讓我給你抄一段大學部生理學教科書有關感覺生理的說明吧,你會曉得基本知識不足,只想朝知識前沿裡頭鑽,是會走火入魔的。

感覺與知覺的定義
經由感覺系統所處理的訊息不一定會進入意識;但不管該訊息進入意識與否,都稱之為感覺訊息(sensory information)。如果該訊息確實進入了意識,則稱為感覺(sensation);至於對感覺後頭意義的瞭解,則稱為知覺(perception)。

影響知覺的因子
1. 輸入訊息會受到感覺接受器(sensory receptor)的扭曲,例如適應現象(adaptation);輸入訊息在輸入路徑中,也會經過處理。
2. 情緒、個性、經驗及社會背景等因子,都能影響知覺,因此不同人看到同一件事,可有不同的感受。
3. 不是所有進入中樞神經系統的訊息,都會產生有意識的感覺;事實上這是好事,因為人體的接受器非常敏感,常會產生許多不想要的信息。
4. 有許多能量形式,人體並沒有合適的接受器,譬如我們不能直接偵知離子的放射性,及收音機或電視的傳送波。
5. 受損的神經網路可能提供錯誤的知覺,例如像幻肢(phantom limb)這種奇怪的現象。
6. 藥物可能改變知覺。

上面兩段,視時間許可,可以花十分鐘,也可以花半小時的時間講解。

感覺訊息在神經當中的傳遞,自然是電與化學。你說電化學不能解釋的部份,屬於大腦的認知功能,也就是意識,目前也已經有許多理論可以解釋一二。一般相信,意識是神經網絡的整體活性,歸根究柢,仍離不開神經的電化學。

2007-12-11 12:44 震澤

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

Actually, what triggered me to raise the questions with 有所偏差的理解與想像 is that, I happened to read a book introduction by latest Time magazine, "Living Sensationally: Understanding Your Senses", and this individual differences in senses do exist in everybody's daily life, and simply are not able to be explained by the chemical-electrical reaction of the neuronal signal transduction in the human brain stated in the general physiology.

So, I thought, maybe I can get different perspectives from some researches by molecular neurologists.

2007-12-10 13:21 ws

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

Any fields called general physics, general chemistry, general physiology....in college are just introduction, 入門.

I know, there are probably hundreds of specialized fields in the physiology. Raising the questions that I have is just to hope that, see if can get quick guide on the introduction of each specialized fields. As your previous introduction of "Consilience", that book does provide some insightful thoughts from a first-class researcher.

As a researcher once in the frontier research areas of the computer industry, I keep the sense of curiosity to other scientific/engineering frontier areas.

Thank you for the information, anyway.

2007-12-10 12:37 ws

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

ws,

不知歷史,怎知未來?

你用Google搜尋引擎鍵入"molecular neurobiology" 或 "molecular neuroscience",會分別得出 171000 與 81300 個結果,這項領域少說也有2-30年歷史了。

分子機制可增進我們對生理表象的了解,兩者是相輔相成的,分子生物學不是來取代,而是來解釋系統生物學的。你的理解與想像大概有所偏差。

2007-12-09 12:32 震澤

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

Hi, Prof Pan:

我對未來比較興趣.

I supposed there should be a field called 神經分子生物學 where researchers get deep into DNA chemistry level in the nuclei of neuron cells in human or other animals.

I keep wondering, could the chemical-electrical reaction of the neuronal signal transduction in the human brain stated in the general physiology course just the phenomenon on the surface? It can be very very different, down to the molecular level in terms of the mechanism of DNA translation, transfer RNA, Ribosomes,....., individual by individual?

Who(s) are the lead researchers in this field in the academic world?

抱歉, 有人有時就是愛鑽牛角尖, 胡思亂想一番.

ps. still struggling in the Chinese typing, currently.

2007-12-09 07:20 ws

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潘教授,
薛莫 (Michael Shermer)這篇文章〈錯上加錯〉,譯者王心瑩 確實譯得很好。

我讀後的感覺是:
1、科學不怕犯錯,因此具有「求全」之責。唯有不斷求全,後來者始足以超越前賢,讓各門類科學不斷發光發亮。

2、宗教害怕犯錯,其恐懼之強度,唯恐失去立足之根基。因此宗教總是很容易排斥異己<或所謂的異端>
,藉以捍衛自我的權益。

至於既否認此,又否認否彼,則可能是為反對而反對了。
謝謝。

2007-12-08 12:54 老銀

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

老銀,

Scientific American (不是 America) 有個 Michael Shermer 的專欄,叫做「懷疑論者」 (Skeptic),中文版《科學人》譯成「真真假假」,是我每期都看的。以前譯者不固定,常有許多錯誤,今年起由我接手,已經譯了12期。

上回推薦 Golf Nut 一篇「理性無神論」,裡頭有飛行麵條怪獸提到的無神論四大金剛。在此再推薦一篇去年12月號的「錯上加錯」(這篇還不是我譯的),裡頭引用了一句道金斯的話:「兩種對立的觀點就算以相同的強度表達,事實卻不見得位於兩者正中;有可能其中一方就只是錯了。」
http://sa.ylib.com/circus/circusshow.asp?FDocNo=948&CL=23

2007-12-08 11:43 震澤

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

潘教授,
演化論之所以備受天主或基都教的基本教義派攻擊,是因為演化論撼動了他們信仰所賴以存在的基礎。

試想,一旦《聖經》的<創世紀>不再可信,那神豈不是成為大說謊家?這是他們不能忍受的。

當然,演化論在上世紀初的確是個石破驚天的「理論」,可隨著各種化石的出土,已然成為一項項牢不可破的證明演化論仍在進行的「事實」。

因此,宗教界的人士如果越早體認、 接受這一事實
,將會發現──如果能脫離「依文解義」的捆綁,宏觀的看待聖經的記載──科學其實是可以幫助他們飛越的。

放下我執──所知障和煩惱障,才能超越。科學如是,宗教理當如是。遺憾的是,後者太害怕了,chaos就大起作用。

2007-12-08 08:32 老銀

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

老銀,

謝謝。這系列文章是去年就寫好的,最近看 PBS 與 Ken Miller 演講的錄影,談到「理論」(Theory)與「事實」(Facts)的分際,更加深了我的信念。許多人攻擊「演化論」不過是個「理論」,他們卻不曉得「理論」是由許多的「事實」所支撐,並綜合了各種現象與事實,地位遠在單純的事實之上。

twinpalms,

看來好多網友都身在國外。如今網路方便,時空距離造成的阻隔,已越來越小。人在海外,寂寞是一回事,知音更是難覓。藉著部落格寫作,認得一些有相同想法的朋友,方覺吾道不孤。

一些專有名詞,我是想附原文的,有時會忘記,謝謝提醒。

2007-12-08 00:06 震澤

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

一兩天沒有上網,這神經內分泌系列已經到第四篇了。哇,好快!

潘先生雖然不是文藝作家,但是我覺得他的文筆很好,讀起來一點都不吃力。

不過,讀著、讀著------看到《下視丘》這個名詞,感到很熟悉。但是,它是什麼-----?什麼是下視丘?嗯----啊,原來是 Hypothalamus!

這又想到上次我提到專有名詞中譯的問題。

基本上,我同意潘先生的看法﹕要看讀者的需要。中譯的文章,對象自然是中文讀者,所以,盡量翻成中文,應該是理所當然的。

有一部分讀者,像我自己,離台多年,雖然中文還沒有忘記,但是專有名詞已經只用英文。這些人遇到中譯的專有名詞就可能要搔頭猜測一番。不過,這種讀者應該是少數。

2007-12-07 10:40 twinpalms

回應: 神經內分泌學源起(四)——神經內分泌學之父哈里斯

美妙的理論必須有堅實的證據支持,才能流傳後世。

===============================
棒極了,這段話。

醫學是這樣,高能物理亦然,如超弦理論等。

2007-12-07 07:50 老銀

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