每一年的諾獎季，有人和合作者、學生、伴侶一同喜提諾獎，皆大歡喜；也有人和競爭對手同臺領獎，不知他們當時是什麼心情。一百多年前的一次演講就因此留下了名場面——一位獲獎者現場激烈批評另一位獲獎者的工作，因為對方用他發明的技術推翻了他相信的理論。
這個故事要從一位立志成為畫家的科學家說起。
1852 年，聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago Ramon y Cajal）出生在西班牙北部的納瓦拉省。因為性格頑劣，他從小就被踢皮球一樣從一間學校轉到另一間學校，11 歲的時候甚至用自制大炮轟掉了鄰居院子的大門。為了讓孩子學會守規矩，父親一度想讓他去做學徒，將來當個鞋匠或者理髮師。
但卡哈爾對繪畫有著極大的熱情和天賦。他的父親是外科醫生和解剖學教師，曾帶著十幾歲的他去墓地，搜尋人的屍骨進行研究。於是卡哈爾對繪畫的熱情轉向瞭解剖學，隨後進入父親任教的薩拉格薩大學（University of Zaragoza）學習醫學。到 31 歲那年，他當上了西班牙瓦倫西亞大學（University of Valencia）的解剖學教授。
約 1884-1887 年間，卡哈爾在實驗室裡。圖片來源：Wikimedia Commons
在 19 世紀下半葉，細胞學說已經經過了約三十年的發展，人體中的許多細胞都得到了描述，但神經細胞仍然是個謎。這些細胞具備高度不規則的外形，朝外伸出一束束纖細的分支，誰也不知道這些分支延伸到什麼地方、發揮了什麼作用。不過，打破這個困境的技術已經誕生了十多年，它在等待卡哈爾發現它。
這次相遇發生在 1887 年。卡哈爾到馬德里拜訪精神科醫生路易斯·斯馬羅·拉卡布拉（Luis Simarro Lacabra）。拉卡布拉從法國學習歸來，他對卡哈爾展示了自己學到的一種組織染色技術。卡哈爾被眼前的景象深深震撼：經過處理的神經組織標本放在顯微鏡下，一片淺黃色的背景當中，被染成黑色的神經元如同舒展枝葉的樹木。
使用高爾基染色法染色的錐體神經元。圖片來源：Wikimedia Commons
這就是高爾基染色法。
在廚房裡切腦子的人
高爾基染色法得名於意大利科學家卡米洛·高爾基（Camillo Golgi）。高爾基發現了許多解剖結構，包括被寫進中學生物課本的高爾基體，細胞內部的“中轉站”。但影響最為深遠、並使他獲得諾貝爾獎的成就，還是他在自家廚房裡發明的“黑色反應”（black reaction）。
高爾基體 3D 示意圖，來複習一下。圖片來源：Wikimedia Commons
在此之前，學界研究細胞主要依靠兩種方法。一種方法是將組織切片後使用蘇木精（hematoxylin）或胭脂紅染色，這種方法用於研究其他組織是夠用了，但是對於神經細胞，它只能讓細胞核周圍的一圈著色，最多能夠展示一些樹突的基部。另一種方法是使用鉻酸（chromic acid）或重鉻酸鉀（potassium dichromate）溶液浸泡，使神經組織固定、硬化，然後在顯微鏡下用針將神經元分離出來。這種方法也只適用於一些較大的神經細胞，那些纖細的軸突末梢都不可避免地在處理過程中被破壞了。
第一張神經細胞圖片，發表於 1865 年，發表時作者奧托·弗里德里希·代特（Otto Friedrich Deiters）已經逝世。圖片來源：Deiters, 1865
1873 年，高爾基染色法的誕生改變了這種局面。這種染色方法的步驟如下：
1. 將新鮮的神經組織用福爾馬林固化，然後浸泡在 2.5% 的重鉻酸鉀水溶液中 1 至 45 天（有時需要更久）；
2. 在 0.5% 至 1％ 的硝酸銀溶液中浸泡一定時間；
3. 將組織脫水並切割，不包埋；
4. 用振動切片機切成 60 微米厚的切片，放進蒸餾水中；
5. 將切片放置於正電荷防脫載玻片（superfrost plus sludes），風乾 10 分鐘;
6. 用 95％ 酒精、100％ 酒精脫水，用二甲苯清理，蓋上蓋玻片。
高爾基。圖片來源：Wikimedia Commons
高爾基染色法只能讓 1% 到 5% 的神經細胞染色。由於這種不可靠的性質，學界對這種方法反應冷淡，只有很少人使用它。高爾基感到灰心喪氣，轉而研究瘧疾，竟鑑定出幾種不同的瘧原蟲，聲名鵲起。多年以後，這種方法才在另一位科學家——卡哈爾的手中重新發揚光大，但高爾基本人顯然對此並不高興。
重新發現高爾基染色法
只有少數細胞能被染色，這乍看之下是個缺陷，但在卡哈爾眼裡它是個優點。如果所有神經細胞都被染色，在顯微鏡下看到的就會是一團亂麻。而使用高爾基染色法，被染色的細胞雖然佔少數，但它會被整體染色，讓卡哈爾得以觀察單個神經細胞的完整結構。
卡哈爾作品，人類小腦中的浦肯野細胞。圖片來源：Wikimedia Commons
等一下，神經細胞真的存在嗎？
儘管早在 1865 年，德國科學家奧托·弗里德里希·代特（Otto Friedrich Deiters）就繪製了第一張神經細胞圖片，但當時流行的觀點認為，神經系統是一張錯綜複雜、無法分割的網。這就是環路理論（reticular theory）。
高爾基也是環路理論的堅定支持者。在轉向瘧疾研究之前，高爾基利用這種技術繪製了大腦的多個解剖結構。他觀察到軸突存在廣泛的分叉，他認為這是大腦和脊髓中遍佈的網狀結構的基礎。
高爾基藉助自己發明的染色方法繪製的海馬體。圖片來源：Wikimedia Commons
但使用高爾基染色方法，卡哈爾發現事實並非如此。在 19 世紀 90 年代，他繪製了一系列精美的圖片，表明神經元儘管形狀複雜，它仍然符合細胞的定義，是獨立的結構。他描述了神經元的胞體、樹突和軸突，證明這些複雜精細的結構都是從胞體生長出來的。更重要的是，神經元通過突觸相互連接，進行信號傳輸，但它們沒有發生融合，每個神經元仍然是獨立的個體。這就是與環路理論相對立的神經元理論（neuron theory）。
憑藉無可辯駁的證據和過人的洞察力，卡哈爾讓學界同行紛紛放棄了環路理論，也為現代神經科學打下了基礎。1906年，諾貝爾獎評審委員會決定將生理學和醫學獎授予高爾基和卡哈爾，以“表彰他們在解釋神經系統結構方面的研究工作”。
和死對頭同臺領獎
看著自己發明的方法被用來推翻自己維護的理論，高爾基的心情一定十分複雜。在頒獎典禮上，高爾基先發言，決定再為環路理論辯論一番。他說：
“很奇怪，我一直反對神經元理論，但是這個理論開始得到承認還是因為我的工作。我選擇神經元作為我的演講主題。現在這個觀點大體上已經不受歡迎。”
接下來，他談到大腦受傷後復原的能力、導航能力和整合不同功能的能力，他認為這些都是支持環路理論的證據。他還說：“儘管這和將組成元素個體化的趨勢背道而馳，但我仍然無法放棄這個觀點，神經系統是整體行動的，別怪我堅守舊觀念。”
面對比自己大 9 歲的前輩的公開批評，記錄顯示卡哈爾沒有生氣，而更多是尷尬。但他仍然不卑不亢，現場感謝了許多對他有幫助的人，並對聽眾們介紹了自己的工作。最後他說：
“沒錯，從分析工作的角度來看，如果所有神經中樞都由運動神經……和感覺神經之間的連續中介網絡組成，這將是非常方便且經濟的。不幸的是，大自然似乎沒有意識到我們的智力對便利和統一的需求，而常常對複雜性和多樣性感到高興。”
卡哈爾作品，一個溺亡的人小腦中的浦肯野細胞。圖片來源：卡哈爾研究所
高爾基一生反對神經元理論，直到 1926 年逝世。但以他的名字命名的解剖結構和染色方法仍然留在了教科書裡，並且諾獎官網介紹，他是一位很好的老師，實驗室永遠對好奇的學生敞開大門。而卡哈爾後來寫道，在分享諾獎方面，“命運是如此殘酷而諷刺……將科學上個性鮮明的對手配到了一起。”
或許，哈卡爾和高爾基代表了兩類不同的科學家。“科學的主要貢獻者可能會發明一種新方法，並花費數年時間進行觀察，描述觀察結果。但是，偉大的科學家所做的不僅如此。他們根據研究工作，提出了深刻的、一致的原理，來解釋大量數據，並最終證明該理論是正確的。”一本高爾基傳記的書評寫
