生命科学奖

  张香桐    生理学家。 1907年11月27日生于河北正定。 1933 年毕业于北京大学生理系。 1946年获美国耶鲁大学哲学博士学位。1948-1952 年任美国耶鲁大学医学院教师和助理教授。 1952-1956年任美国洛克菲勒医学研究所副研究员。1957年选聘为中国科学院院士( 学部委员 ) 。 1957--1980 年任中国科学院上海生理研究所研究员。1980-1984年任中国科学院上海脑研究所研究员、所长,1984年起任名誉所长。

  张香桐毕生从事神经生物学研究,50年代在大脑皮层神经元树突的生理功能研究中作出了先驱性工作。1992年国际神经网络学会授予他终身成就奖,以表彰他“对生物神经网络的理解所作出的重大贡献”。

  张香桐还在肌肉神经传入纤维的经典分类、皮层丘脑循回线路的重复放电、视觉系统、针刺镇痛机制等研究方面作出了重要贡献。

  一、对树突功能的研究作出了先驱性工作

  50年代初,他用当时先进的电生理学方法如大脑皮层诱发电位等技术研究大脑皮层神经元树突的功能。在美国神经生理学杂志 (Journal of Neurophysiology) 先后发表了“直接电刺激大脑皮层产生的皮层神经元的树突电位”、“大脑皮层神经元的顶树突”等多篇论文,引起很大的重视,在学术界产生了广泛的影响。他根据电流剌激大脑皮层表面、记录附近的诱发电位所获得的实验结果,提出树突是有电兴奋性的,是能够传导冲动的。此外,他根据缺氧和低温对电位的影响,认为和轴突相比,树突对缺氧和低温比较敏感。他提出在中枢神经系统中存在胞体上的和树突上的两种不同的突触兴奋的概念,认为在大脑皮层,树突上的突触前纤维来源分散, 而且主要在树突的侧棘上形成,可能对神经元兴奋性的精细调节起重要作用。

  张香桐在树突研究领域的先驱性工作,当时并未得到普遍支持,引起一场历时多年的激烈的学术争论。但国际学术界公认张香桐是树突生理功能研究的先驱者之一。国外有的生理学家评论他是“历史上第一个阐述了树突上突触连接的重要性的人”,对他所作的历史性贡献给予很高的评价。

  随着时间的推移,张香桐当年关于树突生理功能的一些重要论断,已经逐渐被后人的实验所证实。例如后来证明,在多种神经元的树突上可以产生钙锋电位,这种电位可以沿树突传导。 90年代以来,更发现树突上存在钠通道,可以产生钠锋电位,电刺激能使离体制备的神经元的树突、甚至远端树突产生锋电位,锋电位可沿树突向胞体或向树突远侧传导。这充分证明,树突确实是有电兴奋性的,是能传导神经冲动的。

  1992年,国际神经网络学会因张香桐“对于我们有关生物神经网络的理解所作出的重大贡献”而授予他终身成就奖。授奖证书上写着,张香桐 “对于我们在高等脊椎动物感觉运动皮层和脑干系统定位组织的基本概念的发展,起到了关键性作用。 他自1950年开始作的多种关于大脑皮层神经元树突电位的研究报告,形成了一种划时代的重要标志。它为树突电流在神经整合作用中起重要作用这一概念,提供了直接证据,“这一卓越成就,为我们将来发展使用微分方程和连续时间变数的神经网络,而不再使用数字脉冲逻辑的电子计算机奠定了基础”。

  二、在神经生理学的其他方面作出了许多重要贡献

  (一) 在耶鲁大学攻读博士学位期间和 T.C.Ruch, A.A.Ward 共同发表了“猴运动皮层内肌肉部位代表性”的工作。他们证明,每块肌肉都有自己的皮层代表区,各代表区的中心区互不重叠,但其周边区则互相重叠。这一创造性的研究否定了皮层输出神经元均匀分布的假设,也肯定各肌肉代表区之间有相当程度的重叠,深化了我们对运动皮层功能组构的了解,被公认为是这一领域的经典工作之一。

  (二) 和著名神经生理学家 D.P.C.Lloyd 开展了对猫后肢肌肉神经中传入纤维组成的研究。他们测量了不同的肌肉神经中的大量传入纤维后,发现按纤维的直径大小划分,肌肉神经中的传入纤维可以分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类纤维。这种肌肉神经传入纤维的经典分类法,至今还一直被大家采用。
 
  以上(一)、 (二)两项成果收录于1989年美国出版的《神经科学百科全书》的“公元前300年至公元1950年间对神经科学进展有贡献的人物简介”中。

  (三) 与 Clinton Woolsey 一起发表了“以锥体束内的逆向排放激活大脑皮层”一文 , 用逆向刺激锥体束的方法研究锥体束在大脑皮层的起源部位,证实了解剖学的研究结果,即除了运动皮层外,锥体束还起源于顶叶等广大的皮层区域。这项工作更新了人们对锥体束起源部位的认识,得到同行的重视。

  (四) 发表了著名论文“皮层丘脑循回线路重复放电”。当时认为,在外周剌激引起初级皮层诱发电位之后节律地出现的电位,是皮层细胞的后放电;也有人提出用皮层丘脑循回线路来解释脑电波的节律活动,但没有任何生理实验的证据。张香桐的工作首次证明,在诱发电位之后出现的重复放电是皮层丘脑循回线路活动的结果,这种循回线路的活动可能是脑电波的节律活动的基础之一。后来还知道,它在从觉醒到睡眠时丘脑的两种工作模式( 即中继和振荡模式 ) 的转换中起重要作用。

  ( 五 ) 在视觉系统方面做了许多研究工作。例如他发现,刺激外膝体引起的皮层诱发电位可因较弱的背景光的持续照射而增大。背景光不但能提高视觉中枢的兴奋性,而且可以提高整个中枢神经系统的兴奋性。这种效应被国外科学家称为“张氏效应”。

  三、对针刺镇痛机制的研究作出了重大贡献

  他首次发现丘脑的束旁核和中央外侧核中有特异的对痛刺激起反应的神经元,而且许多神经元对躯体和内脏的痛刺激以及来自牙髓的痛传入都产生反应,针刺和镇痛药能抑制这些神经元对痛剌激的反应。进一步的研究说明,刺激丘脑的中央中核也能抑制束旁核和中央外侧核神经元的痛反应,而这种效应可能是通过大脑皮层而间接地实现的。针刺对束旁核和中央外侧核神经元痛反应的抑制可能也是通过中央中核-大脑皮层----束旁核和中央外侧核的神经回路而实现的。张香桐领导的研究集体在中枢神经系统的各个水平多方面地对针刺镇痛的机制进行了研究,取得大量成果,对推动全国的针刺镇痛研究起了很大作用,在国际科学界也有很大的影响。由于他在针刺镇痛研究上取得的成绩,美国国家卫生研究院邀请他为常驻学者,比利时皇家医学科学院授予他外国名誉院士的称号,国际 Threshold 基金会授予他1980年度的 Threshold 奖。此项工作获1978年全国科学大会奖和中国科学院重大科技成果奖一等奖。