Девід Хантер Хьюбел

Фотографія Девід Хантер Хьюбел (photo David Hunter Hubel)

David Hunter Hubel

  • День народження: 27.02.1926 року
  • Вік: 87 років
  • Місце народження: Віндзор, США
  • Дата смерті: 22.09.2013 року
  • Громадянство: Великобританія

Біографія

Американський нейрофізіолог Девід Хантер Хьюбел народився у Віндзорі, канадської провінції Онтаріо. Його батьки, Ельза М. (Гюнтер) і Джесс Р. Хьюбел, інженер-хімік, були американцями за походженням. У 1929 р. родина переїхала в Монреаль. Девід успадкував інтерес до науки від свого батька і в юності захоплювався хімією і електронікою. У нього також виявилися музичні здібності і згодом, як він зауважив, «з п’яти років віддавав музиці невідповідну кількість часу». З 1932 по 1944 р. він відвідував академію Стреткона в Аутремонте.

У 1944 р. Х. був зарахований в Університет Макгілла, який закінчив з відзнакою з математики та фізики. Після отримання ступеня бакалавра в 1947 р. він поступив в медичну школу при цьому університеті, вважав, що «майже за жеребом, незважаючи на відсутність знань з біології». Літні канікули він проводив в Неврологічному інституті в Монреалі, вивчаючи нервову систему. У 1951 р. після присвоєння йому медичної ступеня Г. почав вивчати клінічну неврологію спочатку в Неврологічному інституті протягом двох років, а в 1954 р. в Університеті Джонса Хопкінса в Балтіморі (штат Меріленд).

В наступному році Х. був покликаний в американську армію і приписаний до нейрофизиологическому відділу Інституту досліджень Уолтера Ріда у Вашингтоні (федеральний округ Колумбія). Там він розробив вольфрамовий микроэлектрод – прилад, який використовується для реєстрації електричних імпульсів нервової клітини. Імплантуючи його в головний мозок кішок на певні періоди часу, він міг реєструвати спонтанні рівні активності нервових клітин в головному мозку сплячих і не сплячих тварин.

Після звільнення з армії у 1958 р. Х. продовжував свої дослідження в лабораторії Вернона Маунткэстла Університету Джонса Хопкінса. Маунткэстл був визнаним центром нейрофізіології чутливих зон кори головного мозку. Оскільки апаратура лабораторії була недосконала і потребувала оновлення, X, приєднався до дослідній групі Стефана Кюффлера, яка працювала в Вилмеровском інституті та Університеті Джонса Хопкінса.

Кюффлер, провідний фахівець в області нейрофізіології зору, вивчав нервову активність (або микроэлектрические потенціали) нервових клітин сітківки (внутрішньої оболонки очного яблука) кішки. Він встановив, що нерв сітківки, або гангліозних клітини, відповідає на світлові контрасти і не реагує на рівномірне освітлення. Кюффлер також описав рецептивные поля в області сітківки, які при стимуляції характеризуються зміною спонтанної нервової активності клітини. Він виявив, що гангліозні клітини сітківки стимулюються або гальмуються при освітленні її відповідного рецептивного

поля круглим плямою світла. Якщо світло стимулює клітки сітківки, то світло, що падає на область, що оточує цю центральну точку, інгібує клітку, і навпаки.

Х. і його колега Торстен Візел мали намір вивчати рецептивные поля і інших нервових клітин в зоровому аналізаторі, особливо що знаходяться в зорових центрах кори головного мозку. Зорові центри є однією з численних функціональних областей кори головного мозку, де здійснюються його вищі пізнавальні процеси, такі, як пам’ять і сприйняття. Зоровий аналізатор бере початок в фоторецепторных (світлочутливих) клітинах сітківки, паличках і колбочках. Нервові закінчення паличок і колбочок проектуються на інші клітини на сітківці, а від них нервові імпульси проходять по зорових нервах в латеральне коленчатое тіло, звідки передаються в зорові центри кори головного мозку. Складаються з мільйонів нервових клітин, розташованих у кілька шарів, зорові центри розшифровують нервові сигнали, що виникають в сітківці.

Одне з перших спостережень, зроблених Визелом і Х., призвело до значного розширення уявлень про функціонування нервової системи. Вчені поміщали микроэлектрод в зорові центри кори головного мозку кішки і фіксували спонтанну нервову активність (або микроэлектрические потенціали) нервової клітини. Намагаючись викликати нервову активність в клітинах кори, вони випробували ряд зорових стимулів. Випадково пересунувши предметне скло мікроскопа за рецептивное поле нервової клітини, в яку був імплантований микроэлектрод, Х. помітив, що клітка початку розряджатися. Спочатку дослідники прийшли в замішання щодо цього феномену, але незабаром зрозуміли, що клітина відповідає на світлову смужку скла. У той час як у Кюффлера клітини сітківки реагували на кругові «образи», нервові клітини в зоровій області кори головного мозку відповідали на лінійні світлові подразники.

У 1959 р. Кюффлер стає професором фармакології в Гарвардської медичної школи в Бостоні (штат Массачусетс). Туди переходить і його дослідницька група, включаючи Х. і Визела

. У 1964 р. в Гарварді створюється відділ нейробіології на чолі з Кюффлером. У 1967 р. Х. стає завідуючим відділом, а в наступному році його призначають професором фізіології. За час роботи в Гарварді Х. і Візел провели ряд експериментів, в ході яких поміщали микроэлектрод в зорові центри кори головного мозку живих кішок і мавп, записуючи спонтанну активність нервової клітини, в яку був імплантований микроэлектрод. Таким шляхом вони сподівалися стимулювати поля сітківки з лінійним сприйняттям світла під різними кутами орієнтації до тих пір, поки не будуть знайдені найбільш ефективні стимули для групи клітин вздовж шляху електрода. Іноді вони вводили електрод перпендикулярно до поверхні головного мозку; в інших дослідах проводили електрод під кутом. Після розтину експериментальних тварин дані про активність нервової тканини та її анатомічні особливості порівнювалися. Дослідники також розробили метод введення радіоактивних речовин в очне яблуко. Переміщаючись вздовж волокон зорового нерва від сітківки до зорових центрів, ці мічені речовини допомагали отримати уявлення про анатомічні особливості нервової тканини зорових центрів головного мозку.

В результаті своїх експериментів Х. і Візел виявили, що зорові центри кори головного мозку організовані у вигляді періодичних вертикальних комплексів, які вони назвали домінуючими зоровими стовпчиками і стовпчиками орієнтації. У цих стовпчиках нервових клітин відбувається необхідне подвійне заломлення інформації, переданої від сітківки в зорові центри. Домінуючі стовпчики об’єднують нейрональні імпульси від обох очей, в той час як стовпчики орієнтації трансформують циркулярні рецептивные поля сітківки і колінчастих тіл в лінійні рецептивные. Х. і Візел виявили, що в цій переробці інформації бере участь ціла ієрархія простих, складних і дуже складних нервових клітин, які функціонують, на думку вчених, згідно з принципом зростаючої або прогресивної конвергенції. Принцип прогресивної конвергенції пояснює, як в зоровій області кори головного мозку можуть створюватися закінчені образи з численних окремих бітів інформації, що надходять від нейронів сітківки. Аналогічним чином можуть бути організовані інші функціональні центри кори головного мозку.

Дослідження Х. і Визела по нейрофізіології зору справили значний вплив на клінічну офтальмологію, особливо на лікування вроджених катаракт. Наприклад, вони виявили, що такі катаракти слід видаляти в ранньому дитинстві, що дозволяє зберегти зір.

Половина Нобелівської премії по фізіології і медицині 1981 р. була розділена між Х. і Визелом «за відкриття, які стосуються обробки інформації в зоровому аналізаторі». Друга половина премії була присуджена Роджеру У. Сперрі. У промові на презентації Девід Оттосон з Каролінського інституту нагадав слухачам, що Х. і Візел показали, «як різні компоненти зображення на сітківці зчитуються і інтерпретуються клітинами кори головного мозку… Клітини розташовані у вигляді стовпчиків; аналіз відбувається в суворій послідовності від однієї клітини до іншої, і кожна нервова клітина відповідає за певну деталь в цілій картині». Оттосон підкреслив, що дослідники також з’ясували, що здатність розшифровувати інформацію, що надходить із сітківки, розвивається відразу після народження. Цей результат дуже важливий, бо неможливість бачити хоча б одним оком «навіть кілька днів у цей період… може призвести до постійного порушення зору».

Х. одружився в 1953 р. на Шерлі Р. Ізард. У них народилися три сини.

Х. отримав ступінь почесного доктора Університету Макгілла, був нагороджений медаллю Льюїса Розенстила за фундаментальні медичні дослідження Університету Брандейс (1972), пам’ятною нагородою Джона Фриденвальда Асоціації досліджень зору і офтальмології (1975), премією Карла Спенсера Лешлі Американського філософського товариства (1977), премією Луїзи ГроссХорвиц Колумбійського університету (1978), премією Діксона по медицині Пітсбургського університету (1979) і премією Джорджа Ледлі Гарвардського університету (1980). Він – член Національної академії наук, Американської академії наук і мистецтв.