Torsten Nils Wiesel (1924–)

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 (ČLČ 7/2016) a rodilý Švéd Torsten Nils Wiesel.

Torsten Nils Wiesel (1) přišel na svět 3. června 1924 ve švédské Uppsale (2) jako nejmladší z pěti dětí psychiatra Fritze S. Wiesela a jeho ženy Anny-Lisy rozené Bentzerové (3). Otec byl čtyři roky nato jmenován ředitelem psychiatrické nemocnice v městské části Långbro na jihozápadě Stockholmu (4) a po otevření jedné z největších evropských psychiatrických nemocnic Beckomberga při západním okraji stockholmského okresu Bromma v roce 1932 přešel jako ředitel a šéfpsychiatr tam. Rodina ho pokaždé následovala (3); tak prožil Torsten Wiesel (dále též TW) dlouhá léta až na práh dospělosti v areálech těchto ústavů (4). V soukromé koedukační střední škole Anny Whitlockové (3) si oblíbil dějepis (4), vynikal však jen v tělocviku (3). Bylo mu 14, když se rodiče rozvedli; ve škole se pak ještě zhoršil a jen úspěchy v lehkoatletických soutěžích ho držely nad vodou (4).

Zklamán psychiatrií, nadšen neurofyziologií

V 17 letech (3) si náhle uvědomil, že se chce stát lékařem, a po cílevědomé přípravě dosáhl roku 1946 přijetí k sedmiletému studiu medicíny ve stockholmském Královském karolinském institutu (4). Ve 2. ročníku jej fyziolog Ulf von Euler (4) i neurofyziologové Carl-Rudolf Skoglund a zvláště Carl Gustaf Bernhard (3) nadchli pro nervový systém; ještě téhož roku se stal vyučujícím asistentem fyziologického ústavu a zapojil se do práce Bernhardovy laboratoře (4). Chtěl však být psychiatrem; od podzimu 1953 proto pracoval na psychiatrickém oddělení Beckombergy pro dospělé, než se před jednotvárnou elektrošokovou a inzulinovou léčbou uchýlil na dětskou psychiatrii, kde však zase vládla psychoanalýza (4). Zklamání z léčebné praxe i stavu poznání příčin duševních nemocí podněcovaly jeho touhu zkoumat podstatu činnosti mozku (5).

Když se roku 1954 v Bernhardově laboratoři ucházel o práci v základním neurofyziologickém výzkumu (3), byl přijat jako instruktor Neurofyziologického ústavu Karolinského institutu (4). Profesor Bernhard s neurochirurgem Einarem Bohmem tehdy hledal, kterým z lokálních anestetik předejít status epilepticus během operace mozku, a TW půlročním testováním velké sady preparátů prokázal, že v prevenci epileptických záchvatů navozených u koček je nejúčinnějším lokálním anestetikem lidokain (On the evaluation of the anticonvulsive effect of different local anesthetics. Arch Int Pharmacodyn Ther 1956, s Bernhardem a Bohmem); jeho pokusy tak otevřely cestu k zavedení lidokainu v této indikaci (4). V červnu 1955 mu Bernhard sdělil, že ve Wilmerově oftalmologickém ústavu na Univerzitě Johnse Hopkinse v americkém Baltimoru nabízí neurofyziolog Stephen Kuffler ke tříletému postdoktorskému studiu pokračování jím už ukončeného výzkumu zrakové soustavy. TW přečetl Kufflerův článek z roku 1952 o receptivních polích gangliových buněk sítnice, v červenci 1955 nastoupil na parník a počátkem srpna dorazil do Baltimoru (4).

Odkrytá tajemství gangliových buněk sítnice

Ve svém novém působiště pomáhal kolegovi Kennethu Brownovi zkoumat buněčný základ elektroretinogramu (Intraretinal recording with micropipette electrodes in the intact cat eye. J Physiol 1959, s Brownem) po celé 3 roky stipendia; během nich se nadto v roce 1956 oženil se švédskou herečkou Teeri Stenhammarovou (3) a téhož roku s Brownem navštívil washingtonský Armádní ústav lékařského výzkumu Waltera Reeda, aby se tam u jistého Davida Hubela přiučil výrobě wolframových mikroelektrod (4). Volné chvíle pak věnoval svému bádání o vlastnostech gangliových buněk sítnice a jejich receptivních polí (Recording inhibition and excitation in the catʼs retinal ganglion cells with intracellular electrodes. Nature 1959 a Receptive fields of ganglion cells in the catʼs retina. J Physiol 1960). Kuffler jeho práci se zájmem sledoval a koncem třetího roku (1958), kdy po Brownově odchodu do San Franciska získal z Washingtonu Davida Hubela (6), navrhl Torstenovi, aby u něho zůstal (4), a s oběma se dohodl, že na jeho již dokončený výzkum funkční organizace sítnice navážou v pokračování zrakové dráhy (6).          

S oporou v Kufflerově poznatku, že gangliové buňky sítnice odpovídají na světlé nebo tmavé skvrny ve svém receptivním poli, zkoumali TW a Hubel (dále též DH) 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 TW a DH objevili orientační selektivitu buněk primární zrakové kůry (Receptive fields of single neurones in the catʼs striate cortex. J Physiol 1959, s DH).

Další výzkumy zrakové dráhy a zrakové deprivace

V roce 1959 Kuffler se svou skupinou přešel do Farmakologického ústavu Harvardovy univerzity (3); tam TW s DH pokračoval v elektrofyziologickém výzkumu zrakové dráhy na kočkách (6) i (počínaje prací Receptive fields of optic nerve fibres in the spider monkey. J Physiol 1960, s DH) na opicích druhů chápan pavoučí, makak rhesus a kotul veverovitý. Ve zrakové kůře nalezl spolu s DH vertikální sloupcové uspořádání buněk s odezvou na podněty téže orientace (objevil orientační sloupce). Mezi korovými neurony zjistil početní převahu binokulárních buněk, u nich objevil okulární dominanci, stanovil její 7stupňové hodnocení 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 catʼs visual cortex. J Physiol 1962, s DH). Neurony s nejsložitějším chováním později vyčlenil jako hyperkomplexní buňky (Receptive fields and functional architecture in two nonstriate visual areas (18 and 19) of the cat. J Neurophysiol 1965, s DH).

Vědomí trvalosti poruch zraku i po odstranění vrozené monokulární katarakty přivedlo oba badatele ke studiu vývoje zrakové kůry koťat. TW u nich spolu s DH zjistil orientační selektivitu mnoha neuronů primární zrakové kůry krátce po otevření očí a usoudil, že aspoň některé musí být propojeny už předtím. 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 catʼs lateral geniculate body. J Neurophysiol 1963, s DH), tak v primární zrakové kůře (Receptive fields of cells in striate cortex of very young, visually inexperienced kittens. J Neurophysiol 1963, s DH). 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, s DH). 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, s DH). Rovněž prokázal, že strabismus snižuje podíl binokulárních buněk (Binocular interaction in striate cortex of kittens reared with artificial squint. J Neurophysiol 1965, s DH). V roce 1964 byl na Harvardu jmenován profesorem fyziologie (2).

Ve zrakové kůře makaků a chápanů spolu s DH 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, s DH). Pak 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, s DH).

Na cestě k Nobelově ceně a práce následující po jejím udělení

Po rozvodu s Teeri (1970) se oženil s Grace Ann Yeeovou (1973), stal se profesorem neurobiologie (1974) (3) a otcem budoucí urbanistky (2) Sary Elisabeth (1975) (3).

Ve zrakové kůře makaků s DH 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 DH). Pro okrsek primární zrakové kůry se sadou orientačních sloupců všech orientací a sloupců okulární dominance pro levé a pravé oko s DH zavedl termín hyperkolumna (Uniformity of monkey striate cortex: a parallel relationship between field size, scatter, and magnification factor. J Comp Neurol 1974, s DH).

Když byla v roce 1981 polovina sumy Nobelovy ceny za fyziologii nebo lékařství přiřčena Rogeru Sperrymu z Caltechu za výzkum funkční specializace mozkových hemisfér, dělili se o druhou polovinu DH a TW za „objevy zpracování informací ve zrakové soustavě“ (1). Nobelovskou přednášku (Postnatal development of the visual cortex and the influence of environment. Nature 1982) měl TW ve Stockholmu 8. prosince (7) a dva dny nato ho profesor fyziologie Královského karolinského institutu David Ottoson představil švédskému králi (8). Laureátům tu chyběl Steve Kuffler – byl už rok po smrti (3).

Ještě před rozvodem druhého manželství v roce 1981 (3) se vyčerpala i spolupráce TW s DH. Na harvardský výzkum zrakové kůry z konce 70. let s neurobiologem Charlesem Gilbertem navázal TW v New Yorku jako profesor neurobiologie (1984–1998) (2) a prezident (1991–1998) Rockefellerovy univerzity (9); s týmž Gilbertem nyní mezi neurony primární zrakové kůry objevil síť postranních spojů pro příjem kontextuální informace z jiných částí obrazu (Columnar specificity of intrinsic horizontal and corticocortical connections in cat visual cortex. J Neurosci 1989, s Gilbertem) a odhalil jejich důležitost pro plasticitu mozku uplatňující se v reparacích poškození i v perceptuálním učení během života (Receptive field dynamics in adult primary visual cortex. Nature 1992, s Gilbertem).

Od roku 1995 byl ženat se spisovatelkou Jean Steinovou; po rozvodu (2007) se počtvrté oženil v roce 2008 s Lizette Mususou Reyesovou; žije s ní střídavě ve Štrasburku, Stockholmu a New Yorku (9). Vedle mnoha významných funkcí v národních i mezinárodních organizacích a institucích i četných vyznamenání a cen byl poctěn rovněž několika doktoráty honoris causa; čestný doktorát lékařských věd „za mimořádné celoživotní dílo v oboru fyziologie“ mu 11. listopadu 2004 na základě usnesení vědecké rady z 24. června 2004 udělila také Univerzita Karlova v Praze (10).

Korespondenční adresa

MUDr. Pavel Čech 

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87

100 00  Praha 10

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