leven en ontdekkingen van Santiago Ramón y Cajal
door Marina Bentivoglio
Biografische schets
Santiago Ramón y Cajal werd in mei 1852 geboren in het dorp Petilla, in de streek Aragon in het noordoosten van Spanje. Zijn vader was in die tijd de chirurg van het dorp (later, in 1870, werd zijn vader benoemd tot professor in de ontleedkunde aan de universiteit van Zaragoza). Cajal was een rebelse tiener en zijn vader bracht hem een tijdlang in de leer bij een schoenmaker en een kapper. Cajal had echter besloten om kunstenaar te worden. Zijn passie voor tekenen, zijn gevoeligheid voor visuele esthetiek en zijn talent om visuele beelden om te zetten in tekeningen bleven de kenmerken van zijn toekomstige wetenschappelijke activiteit. Uiteindelijk ingeschreven aan de medische faculteit te Zaragoza, was Cajal als jonge student, gegrepen door een “grafische manie”, zeer verzot op filosofie en gymnastiek, rusteloos, energiek, verlegen en eenzaam. In 1873 studeerde hij af in de medicijnen aan de Universiteit van Zaragoza. Kort na zijn afstuderen werd hij opgeroepen voor het leger en als medisch officier uitgezonden naar Cuba, dat op dat moment onder Spaans bewind stond. Cajal keerde zeer ziek naar Spanje terug (hij had in Cuba malaria en daarna tuberculose opgelopen) en eind 1875 begon hij zijn academische loopbaan als “hulpprofessor” in de anatomie aan de universiteit van Zaragoza.
Portret van Cajal met zijn vrouw in hun eerste jaren in Madrid.
In 1879 trouwde hij met Silvería Fañanás García, een ongeschoolde jonge vrouw, die de rest van hun leven aan zijn zijde stond (zij overleed in 1930). Ze kregen zeven kinderen (van wie er twee op jonge leeftijd overleden).
Zelfportret van Cajal met zijn kinderen (van links naar rechts: Fe, Jorge, Pula en Santiago) in Barcelona.
In Zaragoza kocht Cajal in 1877 met eigen geld (“met elke peseta die hij van de dienst in Cuba gespaard had”) een ouderwetse microscoop en begon hij zijn wetenschappelijke activiteit. Zijn eerste studies waren gewijd aan ontstekingen en aan de structuur van spiervezels. In 1883 werd Cajal benoemd op de leerstoel voor Anatomie in Valencia. In 1885, tijdens zijn ambtstermijn als hoogleraar aan de Universiteit van Valencia, schonk de provinciale regering van Zaragoza hem, als erkenning voor zijn werk tijdens een cholera-epidemie, een moderne Zeiss-microscoop. Eind 1887 verhuisde Cajal naar Barcelona, waar hij de leerstoel voor normale en pathologische histologie aanvaardde, en in 1892 werd hij benoemd tot professor in de histologie en pathologische anatomie aan de universiteit van Madrid. Cajal bleef tot aan zijn dood in 1934 productief in Madrid werken.
zelfportret van Cajal in zijn laboratorium in Valencia.
Een bliksemflits
De sleutelgebeurtenis voor Cajals wetenschappelijke carrière en voor de ontwikkeling van de moderne neurowetenschap vond plaats in Madrid in 1887, toen Cajal 35 jaar oud was. In dat jaar toonde Luis Simarro Lacabra, een briljante psychiater met belangstelling voor histologisch onderzoek, aan Cajal, die uit Valencia was gereisd om op de hoogte te blijven van de technologische vooruitgang, materiaal geïmpregneerd met de Golgi-kleuring. Dr. Simarro was net teruggekeerd uit Parijs, en had preparaten meegebracht die gekleurd waren met de nieuwe techniek van zilver impregnatie (de reazione nera), die 14 jaar eerder was ontdekt door Camillo Golgi maar nog maar een zeer beperkte verspreiding had. Cajal schreef in zijn autobiografie: “Het was daar, in het huis van Dr. Simarro … dat ik voor het eerst de gelegenheid had om … die beroemde met zilver geïmpregneerde secties van de hersenen van de Savant van Pavia te bewonderen.”
Microscoopglaasjes met de histologische preparaten van Cajal; de letter ‘b’ (bueno, goed) geeft de kwaliteit van de secties aan.
Toen had Cajal het zenuwstelsel nog maar een jaar bestudeerd, voornamelijk om geschikte illustraties te verzamelen voor een boek over histologische technieken, en hij had ingezien hoe ontoereikend de gewone methoden waren om het zenuwweefsel te bestuderen. De waarneming van preparaten die met de Golgi-beits waren geïmpregneerd, was een bliksemflits: “een blik was genoeg” en Cajal was verrukt. Zenuwcellen bleken “bruinzwart gekleurd, zelfs tot in hun fijnste vertakkingen, en staken met onovertroffen helderheid af tegen een doorzichtige gele achtergrond. Alles was zo scherp als een schets met Chinese inkt,” schreef Cajal in zijn autobiografie. In een koortsachtige uitbarsting van activiteit (“…als nieuwe feiten in mijn voorbereidingen verschenen, kookten de ideeën en wervelden ze door elkaar in mijn hoofd. Een publicatiekoorts verslond mij”), werkte Cajal aan het netvlies, het cerebellum en het ruggenmerg, waarbij hij op het weefsel de Golgi-beits aanbracht, waarvan hij enkele modificaties uitwerkte.
Foto’s van Cajal’s preparaten (bewaard in het Museo Cajal van het Cajal Instituut, Madrid, Spanje) van de hersenschors van een pasgeborene, waarop neuronen te zien zijn die met de Golgi kleurstof zijn geïmpregneerd. Het materiaal werd vriendelijk ter beschikking gesteld door Dr. Javier DeFelipe; gereproduceerd met toestemming van Dr. Ricardo Martínez-Murillo, Directeur van het Cajal Instituut, CSIC, Madrid. Deze twee foto’s zijn ook gepubliceerd in DeFelipe and Jones “Cajal on the Cerebral Cortex.” Oxford University Press, New York, 1988.
An Indefigable and Creative Scholar
In oktober 1889 ging Cajal, die behalve zijn diensttijd in Cuba nooit buiten Spanje was gereisd, naar Berlijn, naar het Congres van de Duitse Anatomische Vereniging, om zijn lantaarnplaten te laten zien aan de belangrijkste autoriteiten op dit gebied, teneinde hen te overtuigen van het belang van zijn waarnemingen. Bij deze gelegenheid kreeg hij de erkenning van verscheidene gekwalificeerde professoren, waaronder de eminente Zwitserse histoloog Rudolf Albert von Kölliker (1817-1905), die vanaf dat moment een aanhanger werd van Cajal en van de “neuronleer”, die officieel zou worden verkondigd door Wilhelm Waldeyer (1836-1921) in 1891.
Cajal was fel gekant tegen het idee dat het zenuwstelsel bestond uit een netwerk van aaneengesloten elementen, zoals dat was beweerd door Joseph von Gerlach (1820-1896) en gesteund door Golgi zelf. Camillo Golgi meende in zijn eigen preparaten het bewijs te hebben gevonden dat het zenuwstelsel bestond uit een wijdvertakt netwerk van filamenten in continuïteit met elkaar (de rete nervosa diffusa, “diffuus neuraal netwerk”). Integendeel, sinds de eerste waarnemingen en in zijn latere studies werd de verbeelding van Cajal gevoed door het idee dat het zenuwstelsel bestaat uit miljarden afzonderlijke zenuwcellen. Cajal’s werk leidde tot de conclusie dat de basiseenheden van het zenuwstelsel werden vertegenwoordigd door afzonderlijke cellulaire elementen (die Waldeyer in 1891 “neuronen” noemde). Deze conclusie is het moderne basisprincipe van de organisatie van het zenuwstelsel.
Cajal’s opus “Textura del Sistema Nervioso del Hombre y los Vertebrados” (1894-1904), werd ter beschikking gesteld van de internationale wetenschappelijke gemeenschap in zijn Franse vertaling, “Histologie du Système Nerveux de l’Homme et des Vertébrés”, (vertaald door L. Azoulay, gepubliceerd in 1911 door Maloine, Parijs; de Engelse vertaling, door N. en L.W. Swanson, werd gepubliceerd in 1994 door Oxford University Press). Cajal’s opus leverde de basis van de moderne neuroanatomie, met een gedetailleerde beschrijving van de zenuwcelorganisatie in het centrale en perifere zenuwstelsel van veel verschillende diersoorten, en werd geïllustreerd door Cajal’s befaamde tekeningen, die decennia lang (en zelfs nu nog) in leerboeken neurowetenschappen zijn overgenomen.
Cajal’s tekening van de cerebellaire cortex (van een preparaat op basis van Golgi impregnatie van een kitten cerebellum). De letter A markeert de Purkinje-cellen met hun karakteristieke dendritische vertakkingen.
Cajal’s tekening van de cerebellaire cortex (van een preparaat van de kat cerebellum gekleurd met methyleenblauw) toont de axonen van Purkinje cellen die uit de cortex naar beneden gericht.
Preparaat van het optische tectum (van een mus), geïmpregneerd met de Golgi-techniek. Let op de verscheidenheid van neuronen getekend door Cajal.
Superficiële lagen van de menselijke frontale cortex getekend door Cajal op basis van Golgi impregnatie. De belangrijkste celtypen van de hersenschors, d.w.z. kleine en grote piramidale neuronen (A, B, C, D, E) en niet-piramidale cellen (F, K) (interneuronen in de moderne nomenclatuur) zijn voortreffelijk geschetst.
Daarnaast definieerde Cajal “de wet van de dynamische polarisatie,” die stelt dat de zenuwcellen gepolariseerd zijn, informatie ontvangen op hun cellichamen en dendrieten, en informatie geleiden naar verafgelegen plaatsen via axonen, wat een basisprincipe bleek te zijn van de werking van neurale verbindingen. Cajal deed ook fundamentele waarnemingen over de ontwikkeling van het zenuwstelsel en de reactie ervan op verwondingen (zijn bundel “Degeneration and Regeneration of the Nervous System” vertaald en bewerkt door R. M. May, Londen, Oxford University Press, 1928, is opnieuw bewerkt door J. DeFelipe en E.G. Jones, Oxford University Press, 1991).
Golgi en Cajal, die in 1906 de Nobelprijs deelden voor hun studies over het zenuwstelsel, ontmoetten elkaar alleen in Stockholm, om de prijs in ontvangst te nemen. Golgi gaf eerst zijn Nobel lezing, waarin hij zijn geloof in “reticulaire” neurale netwerken verbond, hetgeen volledig werd tegengesproken door Cajal’s Nobel lezing. Cajal, een fervent voorstander van de aaneengeslotenheid (en niet de continuïteit) van individuele cellen die de basiseenheden van het zenuwstelsel vormen, vocht voor zijn ideeën tot aan zijn dood.
Zelfportret van Cajal aan de microscoop in 1920.
Golgi en Cajal deelden zeker dezelfde passie voor wetenschap en toewijding aan de wetenschap, maar hun persoonlijkheden waren zeer verschillend. Cajal, onstuimig, brandend van enthousiasme, wijdde zijn leven aan de studie van de organisatie van het zenuwstelsel, waarin hij fundamentele ontdekkingen deed met zijn eigenaardige talent en intuïtie. Golgi, een “koelere” academicus, ontdekte het werktuig dat Cajal in zijn studies gebruikte en leverde opmerkelijke bijdragen op vele gebieden van de celbiologie en de pathologie, en ook belangrijke bijdragen over de structuur van het zenuwstelsel (zoals bijvoorbeeld de beschrijving van de aftakkingen van het axon, van verschillende soorten neuronen, van gliacellen). Golgi heeft echter het algemene beeld van de structurele organisatie van het zenuwstelsel, dat in plaats daarvan door Cajal is uitgewerkt, verkeerd geïnterpreteerd.
Extreem productief, was Cajal ook een volleerd fotograaf (zijn foto’s van Spanje, dorpen, vrienden, gezichten, worden bewaard in het Cajal Museum in Madrid), en hij schreef verscheidene boeken bestemd voor een niet strikt wetenschappelijk breed publiek, waaronder zijn autobiografie “Recollections of My Life” (Recuerdos de mi vida, vertaald door E.H. Craigie met de hulp van J. Cano, MIT Press, Cambridge, Mass., 1989), een kleine bundel aforismen (“gedachten, anekdotes en vertrouwelijkheden,” zoals in de ondertitel staat) getiteld “Coffee Chatters” (Charlas de Café), “The world seen at 80 years” (“El mundo visto a los ochenta años,” met de ironische ondertitel “Impresiones de un Arteriosclerótico”).
Credits
Cajal’s vier tekeningen uit “Histologie du Système Nerveux de l’Homme et des Vertébrés” werden gereproduceerd met toestemming van Dr. Ricardo Martínez-Murillo, Directeur van het Cajal Instituut, CSIC, Madrid. Het portret en de zelfportretten van Cajal werden overgenomen uit het boek “Santiago Ramón y Cajal o la Pasión de España” door Agustín Albarracín, uitgegeven door Editorial Labor, S.A. (1982).
Voor het eerst gepubliceerd 20 april 1998