НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1981 г. / ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА / ДЕЙВИД ХЮБЪЛ

Дейвид Хюбъл (David Hubel)

27 февруари 1926 г. - 22 септември 2013 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Роджър Спери и Торштен Висел)

(За откритията му, свързани с обработката на информация в зрителната система.)

Американският неврофизиолог Дейвид Хънтър Хюбъл е роден в Уиндзор, провинция Онтарио, Канада. Родителите му Елза (Гюнтер) Хюбъл и Джес Хюбъл, инженер-химик, са американци по произход. През 1929 г. семейството се мести в Монреал. Дейвид наследява интереса към науката от баща си и като юноша се увлича от химия и електроника. Проявява също така музикални способности и, както казва по-късно, от петгодишен години отдава „на музиката несъразмерно количество време“. От 1932 до 1944 г. посещава академията „Страткона“ в Утремон.

През 1944 г. Хюбъл постъпва в университета „Макгил“, който завършва с отличие по математика и физика. След като получава степента бакалавър през 1947 г., той започва да учи в медицинското училище към същия университет, както смята, „почти по жребий, въпреки липсата на знания по биология“. Летните ваканции Хюбъл прекарва в Неврологичния институт в Монреал, където изучава нервната система. През 1951 г., след като му е присвоена медицинска степен, Хюбъл започва да проучва клиничната неврология отначало две години в Неврологичния институт, а през 1954 г. – в университета „Джонс Хопкинс“ в Балтимор (щат Мериленд).

През следващата година Хюбъл е призован в американската армия и е зачислен към неврофизиологичния отдел на изследователския институт „Уолтър Рийд“ във Вашингтон (окръг Колумбия). Там той разработва волфрамов микроелектрод – прибор, използван за регистриране на електрическите импулси на нервните клетки. Като го имплантира в главния мозък на котки за определен период от време, той регистрира спонтанните равнища на активност на нервните клетки в главния мозък на спящи и бодърстващи животни.

След като се уволнява от армията през 1958 г, Хюбъл продължава изследванията си в лаборатория към университета „Джонс Хопкинс“. Тази лаборатория е признат център по неврофизиология на чувствителните зони на кората на главния мозък. Тъй като апаратурата в лабораторията е несъвършена и се нуждае от обновление, Хюбъл се присъединява към изследователската група на Стефан Кюфлер, който работи в института „Уилмър“ е университета „Джонс Хопкинс“.

Кюфлер, водещ специалист в областта на неврофизиологията на зрението, проучва нервната активност (или микроелектрическите потенциали) на нервните клетки на ретината (вътрешната обвивка на очната ябълка) на котките. Той установява, че нервът на ретината, ганглийните клетки, рагира на светлинните контрасти и не реагира на равномерното осветление. Кюфлер описва също така рецептивните полета в областта на ретината, които при стимулиране се характеризират с промени в спонтанната нервна активност на клетките. Той открива, че ганглийните клетки на ретината се стимулират или се инхибират при осветяване на съответното им рецептивно поле с кръгло светлинно петно. Ако светлината стимулира клетка на ретината, тогава светлината, падаща върху зоната около тази централна точка, инхибира клетката и обратно.

Хюбъл и неговия колега Торштен Висел решават да проучат рецептивните полета и другите нервни клетки в зрителния анализатор, особено намиращите се в зрителните центрове на кората на главния мозък. Зрителните центрове са една от многото функционални зони на мозъчната кора, където се извършват висшите познавателни процеси като памет и възприятие. Зрителният анализатор води началото си от фоторецепторните (светлочувствителни) клетки на ретината, пръчиците и колбичките. Нервните окончания на пръчиците и колбичките се свързват с други клетки на ретината и от тях нервните импулси се придвижват по зрителните нерви до латералното геникулатно тяло, откъдето се предават към зрителните центрове на мозъчната кора. Състоящи се от милиони нервни клетки, подредени в няколко слоя, зрителните центрове дешифрират нервните сигнали, които се получават в ретината.

Едни от първите наблюдения, направени от Висел и Хюбъл, довежда до значително разширяване на представите за функционирането на нервната система. Учените поставят микроелектрод в зрителните центрове на кората на главния мозък на котка и фиксират спонтанната нервна активност (или микроелектрическите потенциали) на нервната клетка. Опитвайки се да предизвикат нервна активност в клетките на кората, те използват редица зрителни стимулатори. Като премества случайно предметното стъкло на микроскопа зад рецептивното поле на нервната клетка, в която е имплантиран микроелектрод, Хюбъл забелязва, че клетката започва да се разрежда. Отначало изследователите се объркват от този феномен, но скоро разбират, че клетката отговаря на светлинната ивица от стъклото. Докато клетките на ретината при Кюфлер реагират на кръгови "изображения", нервните клетки в зрителната област на кората на главния мозък реагират на линейни светлинни дразнители.

През 1959 г. Кюфлер става професор по фармакология в Харвардското медицинско училище в Бостън (щат Масачузетс). Там се премества и неговата изследователска група, включително Хюбъл и Висел. През 1964 г. в Харвард се създава отдел по невробиология с ръководител Кюфлер. През 1967 г. Хюбъл става завеждащ отдела, а през следващата година е назначен за професор по физиология. По време на работата си в Харвард той и Висел провеждат редица експерименти, по време на които поставят микроелектроди в зрителните центрове на кората на главния мозък на живи котки и маймуни, записвайки спонтанната активност на нервните клетки, в които са имплантирани микроелектродите. Така те се надяват да стимулират полето на ретината с линейно възприемане на светлината под различни ъгли на ориентация дотогава, докато не бъдат намерени най-ефективните стимули за групи клетки покрай пътя на електрода. Понякога учените въвеждат електрода перпендикулярно към повърхността на главния мозък; при други опити поставят електрода под ъгъл. След дисекция на опитните животни се сравняват данните за активността на нервната тъкан и нейните анатомични особености. Изследователите разработват също така метод за въвеждане на радиоактивни вещества в очната ябълка. Придвижвайки се по влакната на зрителния нерв от ретината до зрителните центрове, тези белязани вещества помагат да се получи представа за анатомичните характеристики на нервната тъкан на зрителните центрове на главния мозък.

В резултат от своите експерименти Хюбъл и Висел установяват, че зрителните центрове на мозъчната кора са организирани под формата на периодични вертикални комплекси, които те наричат доминиращи визуални стълбчета и стълбчета за ориентация. В тези стълбчета от нервни клетки се получава необходимото двойно пречупване на информацията, предавана от ретината към зрителните центрове. Доминиращите стълбчета комбинират невронни импулси от двете очи, докато стълбчетата за ориентация трансформират кръговите рецептивни полета на ретината и геникулатните тела в линейни рецептивни полета. Хюбъл и Висел откриват, че при тази преработка на информацията участват цели йерархии от прости, сложни и много сложни нервни клетки, които функционират, според учените, по принципа на нарастващата, прогресивната конвергенция. Принципът на прогресивната конвергенция обяснява как в зрителната област на кората на главния мозък могат да се създават завършени образи от многобройни отделни битове информация, постъпващи в невроните на ретината. По аналогичен начин могат да бъдат организирани други функционални центрове на кората на главния мозък.

Изследванията на Хюбъл и Висел по неврофизиология на зрението оказват значително влияние върху клиничната офталмология, особено при лекуването на вродени катаракти. Двамата учени откриват например, че подобни катаракти трябва да се отстраняват в ранно детство, което позволява да се запази зрението.

Хюбъл се жени през 1953 г. за Шърли Р. Изард. Семейството има трима синове.

Хюбъл получава степента почетен доктор на университета „Макгил“, награден е медала Луис Розенстил за фундаментални медицински изследвания на университета „Брандейс“ (1972 г.), с паметната награда Джон Фриденвалд на Асоциацията по изследване на зрението и офталмология (1975 г.), с наградата Карл Спенсър Лешли на Американското философско дружество (1977 г.) с наградата Луиз Грос Хорвиц на Колумбийския университет (1978 г.), с наградата Диксън за медицина на Питсбъргския университет (1979 г.) и с наградата Джордж Ледли на Харвардския университет (1980 г.). Член е на Националната академия на науките и на Американската академия на науките и изкуствата.

Превод от руски: Павел Б. Николов