1.4 复活节夜之梦
——神经递质的故事

在知道了神经系统是由一个个相对独立的神经细胞构成的之后，一个自然的问题是，神经细胞之间是怎样通信的？

1897 年，英国生理学家谢灵顿（Charles Scott Sherrington，1932年诺贝尔生理学或医学奖得主）给一个神经细胞与另一个神经细胞连接的地方起名为突触。人们早就知道了在神经纤维上传导的是电信号，而在整个神经系统中传递信号又很快，谢灵顿很自然地猜想这种传播必定是电性质的，而不可能靠某种化学过程。由于谢灵顿是神经生理学研究的权威，大家相信他的话一定是对的。

1905 年，有位年轻的科学家埃里奥特（Thomas Renton Elliott）发现肾上腺素对内脏的作用与交感神经的作用非常类似。例如，刺激交感神经会使心跳加快、胃的肌肉舒张、瞳孔放大；如果把肾上腺素直接施加到这些器官的表面，也会产生类似的现象。因此，埃里奥特猜测刺激交感神经也许会释放出肾上腺素，或者与它类似的化学物质，正是这种化学物质引起肌肉的活动，那么突触有可能是通过化学过程起作用的。然而埃里奥特人微言轻，他的这一观点并没有受到绝大多数科学家的重视，他自己也没有坚持深入研究下去。

做梦比清醒更“清醒”——神经递质的发现

生活在奥地利的德国科学家勒维（Otto Loewi）（图 1.14）参观过埃利奥特的实验室，很可能由此埋下了相信突触可能是通过释放某种化学物质起作用的想法的种子，但当时他想不出怎样才能用实验验证，只好暂时搁置一旁。这一搁就是将近 20 年，到了 1921 年，他才终于做出关键性的实验来证实神经脉冲会使神经细胞释放化学物质，作用于相邻的细胞。这个发现颇具戏剧性，勒维回忆说：“1921 年复活节前夜，即星期六晚上，我从睡梦中醒来，点亮了灯，在一张小纸条上写下了一些字句，旋即又呼呼睡去。早上 6 点我想起前晚在纸上写过一些十分重要的东西，但一个字也认不出来，这个周日是我整个科学生涯中最沮丧的一天。但是第二天的凌晨 3 点，我又醒来了，而且记得做的梦是什么。这一次，我再也不敢冒险了；我跳了起来，立刻冲到实验室对青蛙的心脏进行操作，到了 5 点钟，我已得到了有关神经脉冲化学性传输的决定性证据 ^［8］ 。”

勒维的实验是这样的。他不断地刺激支配青蛙心脏的迷走神经，使青蛙的心跳减慢；然后把流过这个心脏的液体灌注到另一个青蛙的心脏中去，结果发现第二个心脏的跳动也减慢了（图 1.15）。后来他又做了一个实验，这次所刺激的神经是使心跳加快。他仍然把流过这个心脏的液体灌注到第二个心脏中去，后者的心跳也加快了。这样他就证明了刺激神经的结果必定是使神经释放了某种化学物质（这类化学物质后来被统称为神经递质，而且不只有勒维发现的那两种），正是这些化学物质改变了心跳的节律。也就是说，神经是通过释放神经递质来传递信息的。

勒维后来说到，如果他不是在睡梦中，而是在大白天想到这个实验方法的话，多半不会去做。因为大白天人太清醒了，会理智地考虑到神经即使释放化学物质，这种物质的量也必定微乎其微，所以想收集到足量物质以致能明显改变另一个心脏的活动的机会非常微小。万幸的是，当他这样清醒的时候，实验已经做了，并且得到了结果。他也因此获得了 1936 年的诺贝尔生理学或医学奖。对勒维来说还有万幸的一点是他做的是复活节夜之梦，复活节时天气很冷，他刺激蛙神经所释放的神经递质不致受到相应酶的破坏，如果他做的是“仲夏夜之梦”，那么在那种炎热的天气里，他的实验就不会成功。

埃克尔斯的转变——化学学说大获全胜

勒维的实验是在外周神经上做的，神经释放的神经递质作用于心肌，那么在中枢神经系统中是不是也是这样呢？神经细胞与神经细胞之间的通信是不是也是化学性的呢？尽管有不少科学家相信确实如此，但是也有一些非常知名的科学家，例如澳大利亚科学家埃克尔斯（John Carew Eccles）（图 1.17）在很长一段时间里都坚持认为中枢神经系统的神经细胞之间的沟通靠的是电信号。

后来，越来越多的实验证据表明神经细胞之间的沟通更可能靠的是神经递质而不是电的直接传播，这使埃克尔斯感到非常沮丧。他对朋友说，看来这一次他将成为这场科学争论的输家。朋友劝他完全没有必要这样沮丧，他的实验结果并没有问题，有问题的是他对结果的解释。某项研究处于初始阶段时有种种不同的解释不仅是很自然的事，而且非常有必要，只有积累起了足够多的事实，才有可能判断谁对谁错。况且，究竟是谁对谁错对科学本身来说并不重要。科学之所以能不断发展，就在于它在永无休止的争论中不断推翻不符事实的假设。

朋友说埃克尔斯应该为他发现了自己的错误而感到高兴，他应该修正观点、改进实验，继续前进，甚至通过自己的实验推翻自己以前的错误观点。埃克尔斯从善如流，后来他说道：“事实上，我甚至学会了可以在自己珍视的假想被驳倒时感到高兴，因为这也是一种科学成就，从对错误的纠正中可以学到许多东西。”他感到从思想上得到了解放，科研成了一种开阔视野、令人兴奋的探险。他成为一名化学论的支持者，并且用实验证实了在中枢神经系统中，不仅兴奋性突触传递是通过神经递质介导的，而且抑制性突触传递也是通过神经递质介导的。埃克尔斯因对突触研究的卓越贡献而获得了 1963 年的诺贝尔生理学或医学奖。

正是由于勒维的先驱性工作，以及勒维的老朋友戴尔与埃克尔斯之间的论战，人们最后认识到，虽然神经系统中确实也存在依靠电活动传递信号的突触，但是在高等动物中绝大多数的突触都是通过化学信号传递信息的。当有神经脉冲传导到轴突末梢时，末梢中的一些称为突触囊泡的小泡中所储存的神经递质就会释放到突触间隙中，这些神经递质在突触间隙中通过扩散到达后一个神经细胞的细胞膜（称为突触后膜），与那里的一些特殊蛋白质（称为受体）结合而改变它的构型，从而使某些特定的离子可以通过突触后膜，形成膜电流。所有的膜电流都有一部分流过轴丘，并在那儿总和起来。当这个总和超过阈值，就会触发一个神经脉冲并沿着轴突再向下传导。