俄國在廣義的生命科學（從農(nóng)業(yè)到生物學到醫(yī)學）的貢獻非常奇葩。一百年前，俄國生命科學達到了其頂峰，出現(xiàn)了世界級的生理學家巴甫洛夫、免疫學家梅契尼可夫等。而后，特別是在李森科偽科學以政治壓倒科學后，俄國還出產(chǎn)過其他偽科學，但從此生命科學前沿最重要工作基本絕跡，而因為1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)推動了全世界的生命科學后，俄國迄今都是生命科學基本絲毫無足輕重的國家。今天的俄國生命科學遠遠落后于中國。這樣的歷程更令人緬懷消化生理學和神經(jīng)生理學大家巴甫洛夫。他的條件反射工作也影響了心理學和人們對于自己的一般理解。
撰文 | 劉瑩瑩
責編 | 李珊珊
巴甫洛夫，俄國生理學家
（圖源， Courtesy of the National Library of Medicine）
伊萬·彼得羅維奇·巴甫洛夫 (Ivan Petrovich Pavlov) 是俄國生理學家、心理學家，構(gòu)建了條件反射理論，也是對心理學發(fā)展影響最大的人物之一。1904年，巴甫洛夫因在消化系統(tǒng)生理學方面取得的開拓性成就，獲得了諾貝爾生理學與醫(yī)學獎，他是俄國第一個獲得諾貝爾獎的科學家。此后他仍然沒有停下研究的腳步，不斷在科學的天地開荒破土，成績斐然。可以毫不夸張地說，巴甫洛夫一生都致力于自己熱愛的科學研究，直到生命的最后一刻。
我愿用我全部的生命，從事科學研究，來貢獻給生育我、栽培我的祖國和人民。
—巴甫洛夫
童年與教育
1849年，巴甫洛夫出生在俄國中部小城梁贊。他的父親是一名鄉(xiāng)村牧師，母親是一位牧師的女兒。巴甫洛夫是家里十一個孩子中最大的一個。作為長子，小巴甫洛夫非常懂事，主動承擔起分擔家庭負擔的責任，幫助母親做家務，有時也會照顧弟弟妹妹。
童年時代起，巴甫洛夫就表現(xiàn)出了好奇心和不尋常的精力，他稱之為“研究的本能”。由于父親喜歡看書，家中有許多像赫爾岑，車爾尼雪夫斯基等人的進步著作。在父親的影響下，他一有空就爬到閣樓上，讀父親的藏書。此外，他愛好廣泛，喜歡園藝，騎自行車，劃船，游泳，每到假期這些活動就占據(jù)了他全部的時間。盡管七歲就可以上學了，但當時，淘氣的小巴甫洛夫從高墻上摔了下來，受了嚴重的傷，所以直到11歲他才開始接受正規(guī)教育。
小巴甫洛夫先進入梁贊教會學校學習， 4年后進入梁贊教會神學院。然而，受到查爾斯·達爾文（Charles Darwin）的進化論和當時蘇俄著名生理學家謝切諾夫（Ivan Mikhailovich Sechenov）思想的啟發(fā)，他放棄了神學研究，轉(zhuǎn)而走入了科學的世界。
起步：“巴氏小胃”
1870年，沒畢業(yè)的巴甫洛夫決定離開神學院，21歲的他帶著一張錄取通知書，進入圣彼得堡大學物理數(shù)學系，開始了學習自然科學。
當時，謝切諾夫在這里任生理學教授，而年輕的門捷列夫則是化學教授。巴甫洛夫在大學的前兩年表現(xiàn)平平，在大學三年級時上了齊昂（Ilya Cyon）教授所開授的生理學，對生理學和實驗產(chǎn)生了濃厚興趣，找到了自己想要主修的學科，從而投入了生理學研究的懷抱。
巴甫洛夫?qū)W習十分刻苦，為了使實驗做的得心應手，他不斷練習用雙手操作，漸漸地相當精細的手術(shù)他也能做又好又快。齊昂老師很欣賞他的才學，常常讓巴甫洛夫做助手。在齊昂的指導下，1874年，他和同學阿法納西耶夫（Afanasyev）完成了第一篇科學論文《論支配胰腺的神經(jīng)》，獲得了研究金質(zhì)獎章。
1875年，25歲的巴甫洛夫以出色的成績完成了課程，并獲得了生理學學士學位。出于對生理學的濃厚興趣，巴甫洛夫決定繼續(xù)深造，并就讀于帝國醫(yī)學外科學院，之后，在這所學院，巴甫洛夫度過了40多個年頭。
在著名外科醫(yī)生波特金的生理實驗室，巴甫洛夫展開了有關心臟神經(jīng)的研究。1883年，巴甫洛夫發(fā)表了《心臟的傳出神經(jīng)》，該論文以他發(fā)現(xiàn)的心臟神經(jīng)為例，闡述了有關神經(jīng)在生理活動中地位的觀點。同時他還發(fā)現(xiàn)，由于反射作用，循環(huán)器官能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)，這些都是前所未有的發(fā)現(xiàn)。巴甫洛夫也因此獲得醫(yī)學博士學位，講師職務和金質(zhì)獎章。
獲得博士學位后，巴甫洛夫去德國萊比錫學習了2年，并在海德漢實驗室工作。此時該實驗室正在體外使用狗胃研究狗的消化方法。巴甫洛夫完善了該技術(shù)，用外科手術(shù)方法在狗胃大彎處隔出一個小囊并開口于皮膚，這個小胃內(nèi)并不會掉進食物，但仍保留內(nèi)臟神經(jīng)和血流供應，這樣，大胃在消化食物時，胃的活動和分泌將通過小胃得到清楚的展示，這就是著名的“巴氏小胃”技術(shù)。
著名的巴氏小胃技術(shù)
（圖源，F(xiàn)ront. Physiol, 18 September 2019）
隨后，巴甫洛夫回到俄國并幫助圣彼得堡大學實驗醫(yī)學研究所組建了生理學系，此后45年，巴甫洛夫一直是這里的領頭人。時至今日，該研究所已經(jīng)成為世界上最重要的生理研究中心之一。
“科學需要一個人貢獻出雙重的精力，假定你們每個人有兩次生命，這對你們來說還是不夠的。你必須懷著滿腔熱情去工作，去進行你的科學探索”。這是巴甫洛夫的感言，也是他一生的寫照。
諾貝爾獎實至名歸
在十八世紀九十年代，巴甫洛夫選擇了研究消化系統(tǒng)的生理狀況這個課題。一開始他研究了狗的胃，透過唾腺來研究在不同條件下狗對食物的唾液分泌。實驗中，他注意到狗在食物送進嘴里之前便開始分泌口水，并開始研究這個他所稱的”靈魂分泌液”。他認為這些現(xiàn)象比起唾液的化學成分更加有趣，于是便改變了他的研究焦點，開始長時間觀察動物體內(nèi)的消化活動。
為了研究胃液分泌的條件，巴甫洛夫開創(chuàng)了著名的假飼實驗。他首先把狗的食管經(jīng)過手術(shù)切斷，然后讓狗餓上一段時間。一天以后，巴甫洛夫在這只饑餓的狗面前放一盤鮮肉。狗一見鮮肉，便貪婪地吞了起來。可是，過了不一會兒，咽下去的肉又掉到了食盤里。這是因為狗的食管已被切斷，肉不能進入胃里。狗依然貪婪地吃了四五分鐘后，奇怪的現(xiàn)象出現(xiàn)了，在通向狗胃的一根橡皮管里流出了大量的胃液。
胃液不斷分泌，是狗的第X對腦神經(jīng)—迷走神經(jīng)的沖動引起的。巴甫洛夫在這只狗的迷走神經(jīng)上引出一根絲線，他通過控制絲線，來阻斷腦與胃之間的聯(lián)系。結(jié)果，盡管狗在不斷地吞咽鮮肉，但胃液的分泌卻停止了。這就是著名的“假飼”實驗，它可以使人們觀察到狗的消化腺的分泌情況。
這樣的創(chuàng)意和技巧使得巴甫洛夫能取得他人無法獲得的第一手資料。經(jīng)過長期觀察，巴甫洛夫發(fā)現(xiàn)消化道的運動，消化腺的分泌，消化管以及感受器的血液供應等均受神經(jīng)支配，這些發(fā)現(xiàn)大大豐富了人們對消化生理及神經(jīng)調(diào)節(jié)的認識。1897年，《主要消化腺活動講義》出版，這部總結(jié)了巴甫洛夫20年研究成果的學術(shù)著作很快使他名揚世界。
1904年，瑞典卡羅林醫(yī)學院將第四屆諾貝爾生理學和醫(yī)學獎授予巴甫洛夫，明確指出“以表彰他在消化生理學方面的工作。通過巴甫洛夫的工作，消化生理學方面的知識得到了轉(zhuǎn)化和擴大”。這是生理學家第一次獲得諾貝爾獎，巴甫洛夫也是第一個獲得諾貝爾獎的俄羅斯科學家。
1902年，巴甫洛夫在實驗室對狗做實驗
（圖源，Courtesy Wellcome Library, London）
“巴甫洛夫的狗”
然而，誰能想到，這些發(fā)現(xiàn)僅僅是巴甫洛夫開創(chuàng)性工作的前奏？
在對消化生理的研究中，巴甫洛夫發(fā)現(xiàn)實驗動物往往在看到、聞到食物的時候消化液就開始增加分泌了。從20世紀初，巴甫洛夫又開始研究神經(jīng)的高級活動，第一次發(fā)現(xiàn)大腦皮質(zhì)功能的活動規(guī)律。這一次，他在狗的腮部開了個小孔，用一根細細的導管安在它的一個唾液腺上。當狗吃東西流唾液的時候，一部分唾液就通過導管流到外面。巴甫洛夫通過實驗發(fā)現(xiàn)，只要食物落到狗的口中，它就會分泌出唾液。這種反射活動是狗和其他一切動物生來就有的，巴甫洛夫稱它為非條件反射。
在后來的實驗中發(fā)現(xiàn)，除了食物刺激口腔會引起狗的唾液分泌以外，其他的與食物無關的刺激，如光，聲音等的刺激，也能引起狗的唾液分泌。有關巴甫洛夫在狗身上所做的經(jīng)典實驗相信大家都很熟悉：從“食物—唾液分泌”到“搖鈴+食物—唾液分泌”再到“搖鈴—唾液分泌”，條件反射的概念至今仍被人們津津樂道，“反射”一詞也頻繁出現(xiàn)在日常用語中。巴甫洛夫證明，吃過檸檬的人再次看到或聽到檸檬字樣的語言，都會不自覺地流出口水，這種流口水的反射是有條件的。他稱之為“條件反射”。
巴甫洛夫從沒有停止探索的腳步。此后，為了深入研究生理反射在腦部的機理，他對去除大腦皮層的實驗動物進行了觀察，確認了腦的高級中樞在條件反射中的地位，并提出了神經(jīng)系統(tǒng)興奮—抑制概念。在此基礎上，巴甫洛夫根據(jù)狗反應活動的差異，將狗分為四種神經(jīng)類型，類似人類的“氣質(zhì)說”，并探討了不同神經(jīng)類型在神經(jīng)癥發(fā)病過程中的差異。這使得巴甫洛夫的一只腳跨進了心理學的門檻，雖然他經(jīng)常表示不喜歡“沒有經(jīng)過實驗證實的”，摸不著的那種心理學，甚至在實驗室大罵稱他為心理學家的人，但是他的工作對思想和行為科學產(chǎn)生了深遠而持久的影響。
從低級生理活動的神經(jīng)調(diào)節(jié)到高級神經(jīng)活動的調(diào)節(jié)，從“非條件反射”到“條件反射”，巴甫洛夫經(jīng)歷了漫長而又艱苦的實驗過程，憑著執(zhí)著的熱情和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度取得了一個又一個令人驚嘆的成果，奠定了消化生理學的重要理論基礎。
即使是在生活條件十分艱苦的時期，巴甫洛夫也將科學研究放在無比重要的位置。在蘇聯(lián)戰(zhàn)爭期間，高爾基曾受托慰問巴甫洛夫，并詢問是否有什么可以提供的幫助或物資。巴甫洛夫答道，“需要狗，狗！情勢是如此危急，以至于我的同事不得不去街上捉狗！”，只字不提家中生活困難。
1913年，巴甫洛夫在實驗室（圖源：saint-petersburg）
錯過的大發(fā)現(xiàn)
真正的內(nèi)分泌科學是貝利斯(William M Bayliss)和斯塔林(Ernest H Starling)通過1902-1905年的實驗而誕生的，他們指出了分泌素的存在和作用方式?？梢哉f巴甫洛夫距離揭示這一基本現(xiàn)象僅有一步之遙。因為早在1894年，巴甫洛夫的學生俄國生理學家道林斯基曾發(fā)現(xiàn)了一種超出神經(jīng)支配的分泌現(xiàn)象。在剝離了全部支配神經(jīng)的十二指腸內(nèi)輸入一定濃度的鹽酸后，竟然引發(fā)了胰液的大量分泌。但是巴甫洛夫一直認為這種現(xiàn)象是由于神經(jīng)沒有剝離干凈導致的，仍堅持認為這是一種神經(jīng)反射。
那之后，機會之神又一次眷顧了他，巴甫洛夫的另一個學生帕皮爾斯基(Popielski)切斷狗的雙側(cè)迷走神經(jīng)、雙側(cè)內(nèi)臟大神經(jīng)，以及損壞延髓后，反應仍然出現(xiàn)。他設想可能存在著一個胰液分泌的“外周反射中樞”。
1901年，帕皮爾斯基發(fā)現(xiàn)，即使切除了連接狗胰腺的全部神經(jīng)，鹽酸溶液仍能引起胰液分泌。帕皮爾斯基不得不修正他自己過去的假設，認為這是一個“局部短反射”，想方設法把實驗的結(jié)果向“神經(jīng)論”靠攏。人生總是充滿遺憾，如此重要的科學現(xiàn)象，仍然沒有引起巴甫洛夫的進一步思考，他仍然堅持認為是神經(jīng)調(diào)節(jié)在起作用，徹底錯失揭示體液調(diào)節(jié)的良機。
1902年，貝利斯和斯他林將對促胰液素的發(fā)現(xiàn)發(fā)表后，引起了全世界生理科學工作者極大的興趣，也引起巴甫洛夫?qū)嶒炇夜ぷ髡叩臉O大震驚。這個新概念動搖了后者多年來奉為圭璋的消化腺分泌完全由神經(jīng)調(diào)節(jié)的神經(jīng)論思想，使他們一時難以接受。他們一方面力圖收集已有的證據(jù)來反駁這個化學調(diào)節(jié)理論，一方面認真重復貝、斯二氏的實驗。但促胰液素是客觀存在的，是經(jīng)得起實踐檢驗的。
巴甫洛夫的一個學生巴布金(B.P.Babkin)在撰寫巴甫洛夫傳記時，有這樣一段生動的描述“巴甫洛夫讓他的一個學生來重復貝利斯和斯他林的實驗，巴氏本人和其他學生都靜靜地立在旁邊觀看。當出現(xiàn)(提取物引起)胰液分泌時，巴氏一言不發(fā)地走出實驗現(xiàn)場回到書房。過了半小時后，他又回到實驗室來，深表遺憾地說“自然，人家是對的。很明顯，我們失去了一個發(fā)現(xiàn)真理的機會”。
巴甫洛夫很忙…巴甫洛夫正在死亡
很少有像巴甫洛夫這樣的科學家，能夠在其致力的每一個領域都獲得巨大的成功。在長達60余年的科研生涯中，巴甫洛夫在生理學和心理學等諸多方面取得了非凡成就：他關于消化生理方面的發(fā)現(xiàn)使他獲得了諾貝爾獎；他所創(chuàng)立的“條件反射”學說影響深遠，直接導致了行為主義心理學的誕生；“巴甫洛夫的狗”則演變?yōu)槌烧Z，意指那些做事僅憑本能反應而不經(jīng)過大腦的人。
對巴甫洛夫而言，諾貝爾獎這一科學界的最高榮譽只能概括他工作的一小部分。卓越的成就使得巴甫洛夫獲得了極高的聲譽。國際生理學界將巴甫洛夫視為領袖，22個國家的科學院將巴甫洛夫選為院士。1935年，巴甫洛夫以86歲的高齡，主持了在前蘇聯(lián)召開的第15屆國際生理學大會。在這次大會上，巴甫洛夫被授予“全世界生物學屆元老”的稱號。
1935年，巴甫洛夫在第15屆國際生理學大會（來源，valentinagurarie）
1936年2月27日，巴甫洛夫去世，享年86歲。人們?yōu)樗e行了隆重的葬禮，為了紀念，他的實驗室被當做博物館保存了下來；此外，為了致敬這位偉大的科學家，小行星1007 Pawlowia和月球隕石坑Pavlov也以他的名字命名。
彌留之際，巴甫洛夫依然神志清醒，且繼續(xù)他的研究。在生命的最后時間里，巴甫洛夫一直密切注視著越來越糟糕的身體情況，不斷地向坐在身邊的助手口授生命衰變的感覺，他要為一生至愛的科學事業(yè)留下更多的感性材料。據(jù)說，巴甫洛夫曾對前來關心探望他的人加以拒絕，“巴甫洛夫很忙……巴甫洛夫正在死亡”。
巴甫洛夫真的做到了用他全部的生命來從事科學研究，用行動踐行著他的語言。他是一位偉大的科學家，是不朽的傳奇。
（制版編輯 | 栗珊）
賽先生
啟蒙·探索·創(chuàng)造
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