Biofyzik Erwin Neher: Ako funguje mozog

nobelovu cenu za fyziku získalo do dnešného dňa 212 fyzikov, podstatne menej ich získalo Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu. Vy ste jeden z toho mála. Ako ste sa dostali k skúmaniu živých organizmov fyzikálnymi metódami?

Keď som bol malý chlapec, zaujímala ma elektrina, a to najmä elektrina v našom tele. Na strednej škole som sa dostal ku knihám a článkom, ktoré opisovali vtedy veľmi čerstvé objavy britských fyziológov Hodgkina a Huxleyho. Títo dvaja zistili, že nervové impulzy sa prenášajú pomocou elektrických prúdov prechádzajúcich bunkovou membránou neurónov (poznámka redakcie – Hodgkin a Huxley získali v roku 1963 za tieto objavy Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu). 

Ja som sa v tom čase pokúšal urobiť si rádio, rozoberal som a znovu skladal hodinky a podobne. Keď som sa dozvedel, že elektrina hrá zásadnú úlohu vo vedení signálov v našom nervovom systéme, bolo to pre mňa veľmi vzrušujúce. Môj bratranec bol inžinier a od neho som zas mal nejaké články o kybernetike. Celkove sa v tom čase objavilo veľa nových vecí, ktoré sa z takej alebo onakej strany snažili porozumieť tomu, ako funguje náš mozog. Veľmi ma to zaujalo, a tak som sa rozhodol študovať biofyziku.

čo je zaujímavé, pretože v tom čase tento odbor ešte prakticky neexistoval.

Máte pravdu, rozhodne sa to v tom čase nedalo študovať. Takže som sa musel rozhodnúť, či budem študovať fyziku alebo biológiu. A keďže biológiu sme mali na strednej škole veľmi nudnú – nútili nás tam pamätať si, koľko prstov má krava a podobné veci – rozhodol som sa pre štúdium fyziky, ktorá sa mi zdala zaujímavejšia. Ale od začiatku som bol rozhodnutý venovať sa hneď po skončení školy výskumu bioelektriny.

takže ste sa už v mladosti dostali k výskumu problému, ktorý vás tak zaujal na strednej škole a ktorý je určite jeden z najvzrušujúcejších vedeckých problémov vôbec. K výskumu toho, ako funguje náš mozog.

K výskumu jedného aspektu tohto problému. Exis­tujú dva typy šírenia sa signálov v mozgu. Jeden je prenos signálu na dlhé vzdialenosti pozdĺž axónu (axón je dlhý výbežok nervovej bunky – poznámka redakcie) a druhý je odovzdávanie signálu medzi nervovými bunkami. Na porozumenie fungovania mozgu musíme veľmi dobre pochopiť oba tieto aspekty. A to nie je všetko. Medzičasom sme zistili, že pre fungovanie mozgu sú dôležité nielen elektrické impulzy, ale aj rôzne chemické látky, napríkad neurotransmitery. Alebo hormóny. Postupom času sme pochopili, že mozog funguje oveľa komplexnejšie, než sa nám to javilo koncom 60. rokov, keď som s vedeckým výskumom začínal. Vtedy sme skúmali najmä ten úplne prvý aspekt – prenos signálu pozdĺž axónov.

„Prvýkrát sme dokázali získať signál zo šumu na svalových bunkách žiab.“

váš objav je výborná ilustrácia toho, že veľký a vzrušujúci obraz, ako je napríklad fungovanie mozgu, získavame vo vede často malinkými krokmi, ktoré laikovi zrejme nijako zvlášť vzrušujúce nepripadajú. Vo vašom prípade bolo tým malinkým krokom meranie malinkých elektrických prúdov cez bunkové membrány. Ako sa také prúdy merajú?

Pôvodne sa merali pomocou tenkej sondy, ktorá sa zaviedla dovnútra bunky. To umožňovalo merať celkový prúd cez membránu, ale z toho sa nedalo zistiť, aký je mechanizmus vedenia tohto prúdu. Nebolo jasné, čo spôsobuje elektrickú vodivosť membrán na molekulárnej úrovni. Prevládala hypotéza, že membrány obsahujú akési malilinké bránky, ktoré môžu byť otvorené alebo zatvorené, a keď sú otvorené, tak nimi prechádzajú elektricky nabité ióny. Ale boli aj iné hypotézy. Napríklad, že ióny sú zachytené špecifickými molekulami – takzvanými nosičmi – ktoré sú rozpustné v tukoch, tieto molekuly aj s iónmi ľahko prechádzajú cez membránu, a na druhej strane membrány zas ióny vypustia. Naším cieľom bolo zistiť, ktorá z tých hypotéz je tá správna.