David Hunter Hubel (1926–2013)


Autoři: Pavel Čech
Působiště autorů: Kabinet dějin lékařství 3. LF UK v Praze
Vyšlo v časopise: Čas. Lék. čes. 2016; 155: 389-391
Kategorie: Dějiny lékařství

Úvod

V roce 1981 získali Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství tři neurobiologové z amerických univerzit: rodilý Američan Roger Wolcott Sperry (v této rubrice jsme jej představili v ČLČ 4/2016), rodilý Kanaďan David Hunter Hubel a rodilý Švéd Torsten Nils Wiesel (1).


David Hunter Hubel přišel na svět 27. února 1926 ve Windsoru v kanadské provincii Ontario (2); jeho matka Elsie M. Hunterová i otec Jesse H. Hubel (3), chemický inženýr zaměstnaný u Windsorské solné společnosti, však byli Američané a David tak získal dvojí občanství: rodištěm kanadské, zápisem do matriky z vůle rodičů americké (2).

V roce 1929 se Hubelovi přestěhovali do Outremontu (2) na předměstí Montréalu v kanadské frankofonní provincii Québec. Chlapec tam v roce 1943 (4) absolvoval Strathconaovu akademii, na montréalské McGillově univerzitě pak vystudoval matematiku a fyziku a po dosažení bakalářského titulu v roce 1947 (1) byl přijat k dalšímu studiu fyziky. Ač nedotčen biologií, přihlásil se i na medicínu, byl rovněž přijat a rozhodl se nakonec pro ni (2).

Osudové setkání s neurofyziologií

Zpočátku se mu memorování každého svalového úponu příčilo (1), bavila ho jen biochemie. Ve druhém ročníku však v nadšení mozkem oslovil v montréalském neurologickém ústavu neurochirurga Wildera Penfielda tak výmluvně, že tento průkopník chirurgické léčby epilepsie a tvůrce kortikálního homunkula ho poslal k proslulému epileptologovi Herbertu Jasperovi a ten Davidovi nabídl letní zaměstnání v neurofyziologické laboratoři (2).

S doktorátem lékařství z roku 1951 zůstal Hubel na McGillu další tři roky, z toho rok na kolečku ve všeobecné nemocnici, rok jako rezident v neurologickém ústavu a rok jako Jasperův asistent pro klinickou elektroencefalografii; v přípravě na Jasperovy neurofyziologické semináře se tehdy osudově začetl do dvou článků z roku 1952, v nichž se Haldan K. Hartline a Stephen W. Kuffler zabývají kódováním smyslové informace v nervové soustavě (2).

V roce 1953 se v Montréalu oženil s absolventkou psychologie Ruth Izzardovou (1, 5), kterou poznal v univerzitním pěveckém sboru. Později se jim narodili synové Carl, Eric a Paul (4).

Mladý neurolog z baltimorské Univerzity Johnse Hopkinse Charles Luttrell tehdy z vděčnosti za výcvik ve čtení EEG zařídil Hubelovi neurologickou rezidenci v Baltimoru pro akademický rok 1954/55 u objevitele sloupcového uspořádání somatosenzitivní mozkové kůry Vernona Mountcastlea (2). Jako občan USA tam pak Hubel dostal povolání ke dvouleté vojenské službě ve washingtonském Armádním ústavu lékařského výzkumu Waltera Reeda (1).

V neuropsychiatrickém oddělení ústavu (6) byli jeho učiteli vynikající neuroanatomové Rioch a Nauta, neurofyziologové Fuortes a Galambos i znamenitý technik Henson. Pod jejich vedením se 29letý Hubel po půlroce (7) průpravy studiem flexorových a extenzorových reflexů u decerebrovaných koček konečně dostal k experimentální práci na svém vlastním projektu (2) – srovnávání tvorby akčního potenciálu jednotlivých neuronů zrakové oblasti mozkové kůry koček spících a bdících (6). Déle než další rok však trvalo (1), než vyvinul wolframovou mikroelektrodu způsobilou k průniku tvrdou plenou mozkovou (Tungsten microelectrode for recording from single units. Science 1957), než k jejímu upevnění v hlavě bdící a pohybující se kočky vyvinul hydraulický mikromanipulátor (Cortical unit responses to visual stimuli in nonanesthetized cats. Am J Ophthalmol 1958) a než vypracoval metodu záznamu aktivity neuronů kočičí zrakové kůry v odezvě na zrakové podněty (Single unit activity in striate cortex of unrestrained cats. J Physiol 1959).

Zkoumání zrakové kůry

Když při návratu v roce 1958 našel Mountcastleovo baltimorské pracoviště v přestavbě, pozval ho neurofyziolog Stephen W. Kuffler do své laboratoře ve Wilmerově oftalmologickém ústavu k jednoroční práci po boku Švéda Torstena Nilse Wiesela (6) [dále TNW] a s oběma se dohodl, že na jeho již ukončený výzkum funkční organizace sítnice navážou v pokračování zrakové dráhy (2). S oporou v Kufflerově poznatku, že gangliové buňky sítnice odpovídají na světlé nebo tmavé skvrny ve svém receptivním poli, začali Hubel a TNW studovat přetváření signálů z oka ve zrakové vnímání v mozkové kůře. Pokusné kočky s elektrodami implantovanými do mozku umisťovali před stěnu, na niž k vyvolání akčního potenciálu v jednotlivých neuronech primární zrakové kůry promítali skvrny různých velikostí. Po dnech marných pokusů už jen bezradně poskakovali, mávali rukama a místo skvrn předváděli kočkám obrázky fotomodelek; náhle – v okamžiku výměny diapozitivů – jedna buňka zareagovala. Tento první aktivovaný neuron zkoumali 9 hodin, než se ujistili, že jeho akční potenciál je vyvoláván pohybem tmavé linie hrany sklíčka po projekční ploše ve zcela určitém směru (4); změnami orientace podnětů pak dosahovali odezvy jiných neuronů podle orientační preference. První společný článek sděluje, že Hubel spolu s TNW objevil orientační selektivitu buněk primární zrakové kůry (Receptive fields of single neurones in the cat’s striate cortex. J Physiol 1959).

V roce 1959 přešel Kuffler se svou skupinou do Farmakologického ústavu Harvardovy univerzity (1). Tam v elektrofyziologickém výzkumu zrakové dráhy pokračoval Hubel s TNW na kočkách (2) a souběžně (počínaje společnou prací Receptive fields of optic nerve fibres in the spider monkey. J Physiol 1960) i na opicích druhů chápan pavoučí, makak rhesus a kotul veverovitý. Ve zrakové kůře přitom nalezl vertikální sloupcové uspořádání buněk s odezvou na podněty téže orientace (objevil orientační sloupce); mezi korovými neurony zjistil početní převahu binokulárních buněk, u nich pak objevil okulární dominanci, stanovil její 7stupňové hodnocení od kontralaterální přes smíšenou po ipsilaterální a nalezl sloupcové uspořádání segregovaných vstupů střídavě z levého a pravého oka (objevil sloupce okulární dominance). Podle typu receptivního pole roztřídil neurony zrakové kůry na jednoduché buňky s antagonistickými oblastmi excitace a inhibice a předvídatelnou odpovědí na nehybné i pohybující se skvrny různých tvarů a komplexní buňky s úlohou sumace a integrace příjmu z mnoha jednoduchých buněk (Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex. J Physiol 1962). Neurony s nejsložitějším chováním později vyčlenil jako hyperkomplexní buňky nižšího a vyššího řádu (Receptive fields and functional architecture in two nonstriate visual areas (18 and 19) of the cat. J Neurophysiol 1965; všechny uvedené práce publikovány spolu s TNW).

Vědomí neolivnitelnosti trvalých poruch zraku odstraněním vrozené monokulární katarakty přivedlo oba badatele ke studiu vývoje zrakové kůry koťat. Hubel u nich spolu s TNW zjistil orientační selektivitu mnoha neuronů primární zrakové kůry krátce po otevření očí a usoudil, že alespoň některé musí být propojeny už předem. Ve zrakové deprivaci odhalil původ degenerace spojů zrakových neuronů, když při několikaměsíční monokulární deprivaci po sešití víček novorozeným koťatům nalézal redukci odpovědí i anatomické změny pouze u neuronů přijímajících informace z deprivovaného oka jak v nucleus geniculatus lateralis (Effects of visual deprivation on morphology and physiology of cells in the cat's lateral geniculate body. J Neurophysiol 1963), tak v primární zrakové kůře (Receptive fields of cells in striate cortex of very young, visually inexperienced kittens. J Neurophysiol 1963). Zjistil, že monokulární deprivace hned od narození vede po 2–3 měsících trvání k nevnímavosti vůči stimulaci deprivovaného oka, kdežto následuje-li po 1–2 měsících normální zrakové zkušenosti, uškodí méně (Single-cell responses in striate cortex of kittens deprived of vision in one eye. J Neurophysiol 1963). Prokázal, že binokulární deprivace snižuje specificitu receptivních polí neuronů kůry pro orientaci a směr pohybu (Comparison of the effects of unilateral and bilateral eye closure on cortical unit responses in kittens. J Neurophysiol 1965). Rovněž prokázal, že strabismus snižuje podíl binokulárních buněk (Binocular interaction in striate cortex of kittens reared with artificial squint. J Neurophysiol 1965; všechny uvedené práce publikovány spolu s TNW).

V roce 1965 byl na Harvardu jmenován profesorem fyziologie (3) a přednostou fyziologického ústavu. Rok nato ale Kuffler přetvořil své oddělení farmakologického ústavu v samostatný ústav neurobiologie, první v USA, a Hubel se k němu hned vrátil na plný úvazek ve výuce i výzkumu (7). Ve zrakové kůře makaků a chápanů pavoučích spolu s TNW nalezl soustavy sloupců a 6 horizontálních vrstev, z nichž povrchní i hluboké sestávají z komplexních a hyperkomplexních, většinou binokulárních buněk, kdežto ve středních vrstvách převažují jednoduché monokulární buňky (Receptive fields and functional architecture of monkey striate cortex. J Physiol 1968). Jako profesor neurobiologie od roku 1968 (3) pak spolu s TNW u koťat s monokulární okluzí určil kritické období plasticity okulární dominance mezi počátkem 4. týdne a koncem 3. měsíce (The period of susceptibility to the physiological effects of unilateral eye closure in kittens. J Physiol 1970).

Ve zrakové kůře makaků zjistil, že orientační sloupce jsou spíše plátky převážně z komplexních buněk (Sequence regularity and geometry of orientation columns in the monkey striate cortex. J Comp Neurol 1974, s TNW). Pro okrsek primární zrakové kůry se sadou orientačních sloupců všech orientací a sloupců okulární dominance pro levé a pravé oko zavedl termín hyperkolumna (Uniformity of monkey striate cortex: a parallel relationship between field size, scatter, and magnification factor. J Comp Neurol 1974; všechny uvedené práce publikovány spolu s TNW).

Nobelova cena a další výzvy

Když byla v roce 1981 polovina sumy Nobelovy ceny za fyziologii a lékařství přiřčena Rogeru Sperrymu z Caltechu za výzkum funkční specializace mozkových hemisfér, dělili se o druhou polovinu Hubel a TNW „za své objevy zpracování informací ve zrakové soustavě“ (1). Nobelovskou přednášku (Exploration of the primary visual cortex, 1955–78. Nature 1982) měl Hubel ve Stockholmu 8. prosince (6) a dva dny nato ho profesor fyziologie Královského karolinského institutu David Ottoson představil švédskému králi (1). Laureátům tu velmi chyběl Steve Kuffler − velký mentor byl už rok po smrti (8).    

Minulosti však patřila i dosud nerozlučná dvojice: David i Torsten pokračovali s jinými spolupracovníky. Hubel hned v roce 1981 s Margaret S. Livingstoneovou (1) objevil v primární zrakové kůře čepy z orientačně neselektivních buněk vnímavých vůči barvě a mezičepy z buněk vnímavých vůči orientaci podnětu. Studovali pak společně úlohu čepů ve vnímání barev (Anatomy and physiology of a color system in the primate visual cortex. J Neurosci 1984) a zpracování tvaru, barvy a prostoru ve zrakové kůře (Segregation of form, color, and stereopsis in primate area 18. J Neurosci 1987).

Na sklonku více než půlstoletého působení na Harvardově univerzitě vedl seminář pro první ročník až do ledna 2013 (9). Po klavíru a flétně (1) pak v 87 letech začal studovat hru na hoboj, než se v úbytku sil uchýlil k italštině (10). V únoru 2013 však ztratil svou ženu Ruth a ještě téhož roku ji následoval: 22. září 2013 zemřel doma v Lincolnu ve státě Massachusetts na selhání ledvin (5).

Adresa pro korespondenci:

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. lékařské fakulty UK

Ruská 87

100 00  Praha 10 – Královské Vinohrady

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz


Zdroje

1. Frängsmyr T, Lindsten J. (eds.). David H. Hubel. In: Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1981–1990. World Scientific Publishing Co., Singapore, 1993: 1, 3–5, 21–56.

2. Hubel DH. David H. Hubel. In: Squire LR (ed.). The History of Neuroscience in Autobiography, vol. 1. Society for Neuroscience, Washington, DC, 1996: 294–317.

3. Anonym. David H. Hubel. In: The Notable Names Database (NNDB), 2014, www.nndb.com/people/226/000131830

4. Hubel DH, Wiesel TN. Brain and Visual Perception: The Story of a 25-Year Collaboration. Oxford University Press, New York, 2005.

5. Botelho AA. David H. Hubel, Nobel prize-winning neuroscientist, dies at 87. The Washington Post, 23. 9. 2013.

6. Hubel DH. Exploration of the primary visual cortex, 1955–78. Nature 1982; 199: 515–524.

7. Anonym. Biographical note. In: David H. Hubel papers, 1953–2005 (inclusive), 1966–1991 (bulk) H MS c 253. Harvard Medical Library, Francis A. Countway Library of Medicine, Boston, MA, 2014.

8. Wurtz RH. David H. Hubel (1926–2013). A Biographical Memoir. National Academy Press, Washington, 2014.

9. Gellene D. David Hubel, Nobel-winning scientist, dies at 87. The New York Times, 24. 9. 2013.

10. Marquard B. David H. Hubel, 87, Nobel winning Harvard professor. Obituary. The Boston Globe, 25. 9. 2013.

Štítky
Adiktologie Alergologie a imunologie Angiologie Audiologie a foniatrie Biochemie Dermatologie Dětská gastroenterologie Dětská chirurgie Dětská kardiologie Dětská neurologie Dětská otorinolaryngologie Dětská psychiatrie Dětská revmatologie Diabetologie Farmacie Chirurgie cévní Algeziologie Dentální hygienistka

Článek vyšel v časopise

Časopis lékařů českých


Nejčtenější v tomto čísle

Tomuto tématu se dále věnují…


Kurzy

Zvyšte si kvalifikaci online z pohodlí domova

Ulcerative colitis_muž_břicho_střeva
Ulcerózní kolitida
nový kurz
Autoři:

Blokátory angiotenzinových receptorů (sartany)
Autoři: MUDr. Jiří Krupička, Ph.D.

Antiseptika a prevence ve stomatologii
Autoři: MUDr. Ladislav Korábek, CSc., MBA

Citikolin v neuroprotekci a neuroregeneraci: od výzkumu do klinické praxe nejen očních lékařů
Autoři: MUDr. Petr Výborný, CSc., FEBO

Zánětlivá bolest zad a axiální spondylartritida – Diagnostika a referenční strategie
Autoři: MUDr. Monika Gregová, Ph.D., MUDr. Kristýna Bubová

Všechny kurzy
Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se