Elektrofizyolojinin Tarihsel Serüveni: Galvani Sonrası Geç Dönem

Abstract

Elektrofizyolojinin tarihsel sürecini konu aldığımız bu çalışma ile Galvani sonrası geç dönem olan 1850-1900 yıllarındaki gelişmeler değerlendirilmiştir. “Canlı elektriği ” (animal electricity) iddiasının ampirik olarak ispatlanmış olmasına rağmen Galvani’nin ölümünden sonra da devam eden sıra dışı Galvani - Volta rekabeti, volta pilinin keşfi, biyolojik akımın ölçümü için cihaz geliştirilmesi (galvanometre) ve fantastik yeniden canlandırma çabaları ile bilim ve sanat dünyasını yarım yüzyıl daha meşgul etmiştir. Galvani sonrası geç dönemdeki, canlı elektriği kavramının “elektrofizyolojiye” evrilmesi sürecinde, neredeyse her konuda bilgi sahibi olan çok yönlü bilim insanlarının (polymath) inatçı çalışmalarıyla günümüzde sahip olduğumuz bilgi birikiminin temellerinin atıldığını söylemek yanlış olmayacaktır. Bu süreçte, artık Avrupa’nın kuzeyine taşındığına şahit olduğumuz gelişmeleri başlıklar halinde sıralamak mümkündür. Nörofizyoloji ile nöroanatomi arasındaki fonksiyonel ilişkinin tanımlanmasındaki rolleriyle, ünlü Fransız bilim insanları Bernard ve Ranvier, aksiyon akımının, sinirde iletimin ve ileti hızının ölçümü, hücre zarında iletkenlik değişimleri ve buna bağlı gelişen zar potansiyeli değişimlerini tanımlayan “membran hipotezinin” ortaya atılması, zar potansiyeli değişimlerinin ilk kez gözlenmesi ve zar için elektriksel model tanımlanmasındaki rolleri ile Almanya’dan Müller, Reymond, von Helmholtz, Bernstein, Nernst, Herman elektrofizyoloji alanında önemli yol göstericiler olacaktır. Yirminci yüz yıla gelindiğinde, Galvani’nin ateşlediği kıvılcım ile başlayan uyarılabilir hücrelerde iletimin öyküsüyle ilgili çığır açıcı çalışmalara artık İngiltere ve okyanus ötesi de dahil olacaktır. Bu yeni dönemde hücre zarı dinamikleri, periferik sinirde bilgi iletimi, beyin ve kalpte oluşan elektrik aktivitenin vücut yüzeyinden kaydı ve yorumlanması gibi konularda yoğunlaşan çalışmaların her bir ayrıntısı, elektrofizyolojinin tarihsel serüveni açısından ayrı birer makale hatta kitap konusu olabilecek düzeyde bilgi birikimine ulaşacaktır.

Keywords

• Canlı Elektiriği
• Elektrofizyoloji
• Galvanizim
• du Bois-Reymond
• Matteucci
• von Helmholtz
• Bernstein

Historical Perspective on Early Electrophysiology: Late Period After Galvani

Abstract

In this study, where we investigate historical perspective on early electrophysiology, studies performed during late period of 1850-1900 after Galvani were evaluated. Despite hypothesis of “animal electricity” has been proven empirically, Galvani-Volta debate continued after Galvani's death, subjects such as discovery of voltaic pile, development of device for measurement of biological current (galvanometer) and fantastic reanimation efforts, have dominated the world of science and art for almost half a century more. It would not be wrong to say that basis of knowledge that we have today were developed with the precious studies of polymaths scientists of late post-galvanic period, during the evolution of concept of "animal electricity" to "electrophysiology". French scientists Bernard and Ranvier with their roles in defining functional relationship between electrophysiology and neuroanatomy, German scientists Müller, du Bois-Reymond, Helmholtz, Bernstein, Nernst, Herman with their achievements in measuring action current, measuring conduction velocity in peripheral nerve, introducing "membrane hypothesis" which suggests changes in membrane conductivity as cause of action potential, recording action potential and defining electrical model for membrane, had very important contributions in field of electrophysiology. By twentieth century, the United Kingdom and the USA would also take part in developing story of conduction in excitable cells, which began with Galvani's spark. In this new period, each detail of studies focusing on cell membrane dynamics, transmission of information in peripheral nerve, surface recording and interpreting electrical activity in brain and heart would reach to a level of knowledge that can be the subject of separate articles even books.

Keywords

• Animal electricity
• Electrophysiology
• Galvanism
• du Bois-Reymond
• Matteucci
• von Helmholtz
• Bernstein

References

1. 1. Bresadola M. History of Neuroscience: Medicine and science in the life of Luigi Galvani (1737–1798). Brain Research Bulletin 1998; 46:367–80.
2. 2. Finger S, Edgar D. Adrian: Coding in the Nervous System, Minds Behind the Brain: A history of the pioneers and their discoveries. Oxford University Press 2005;239-58.
3. 3. Verkhratsky A, Parpura V. History of electrophysiology and the patch clamp. Methods in Molecular Biology 2014;1183:1-19.
4. 4. Parent A. Giovanni Aldini: From animal electricity to human brain stimulation. Can. J. Neurol. Sci 2004; 31:576-584.
5. 5. Piccolino M. History of Neuroscience. Animal electricity and the birth of electrophysiology: The legacy of Luigi Galvani. Brain Research Bulletin 1998;46:381-407.
6. 6. Kipnis N. Luigi Galvani and the debate on animal electricity, 1791-1800. Annals of Science 1987;44:107-142.
7. 7. Kızıltan E, Dalkılıç N. Elektrofizyolojinin Tarihsel Serüveni: Galvani Öncesi Dönem. Mersin Üniversitesi Tıp Fakültesi Lokman Hekim Tıp Tarihi ve Folklorik Tıp Dergisi 2021; 11:429-440.
8. 8. Kızıltan E, Dalkılıç N. Elektrofizyolojinin Tarihsel Serüveni: Galvani Dönemi. Mersin Üniversitesi Tıp Fakültesi Lokman Hekim Tıp Tarihi ve Folklorik Tıp Dergisi 2022; 12:24-38.

9. 9. Piccolino M. Luigi Galvani and animal electricity: two centuries after the foundation of electrophysiology. Trends Neurosci 1997; 20:443-448.
10. 10. Piazza Luigi Galvani e Portico del Pavaglione: Cartoline da Bologna. Available from: http://badigit.comune.bologna.it/Fotografie/dettaglio.asp?lettera=673. (Erişim Tarihi: 15.11.2021
11. 11. Piccolino M. The bicentennial of the Voltaic battery (1800-2000): the artificial electronic organ. Trends Neurosci 2000; 23:147-51.
12. 12. Wu CH. Electric fish and the discovery of animal electricity: The mystery of the electric fish motivated research into electricity and was instrumental in the emergence of electrophysiology. American Scientsit 1984; 72(6):598-607.
13. 13. Kızıltan E, Dalkılıç N. Elektrofizyolojinin Tarihsel Serüveni: Galvani Sonrası Galvanizm. Mersin Üniversitesi Tıp Fakültesi Lokman Hekim Tıp Tarihi ve Folklorik Tıp Dergisi 2022; 12:247-261.
14. 14. Poyser AW. Magnetism and Electricity: A manual for students in advanced classes 1892. Available from: https://books.google.com.tr/books?id=j1A6AQAAMAAJ&hl=tr&source= gbs_book_other_versions (Erişim Tarihi: 15.11.2021).
15. 15. Piccolino M. Animal electricity and the birth of electrophysiology: The legacy of Luigi Galvani. Brain Research Bulletin 1998; 46:381-407.
16. 16. Moruzzi G. The electrophysiological work of Carlo Matteucci.1964. Brain Res Bull 1996; 40:69-91.
17. 17. Carlo Matteucci (1811-1868): Profilo della vita e dell'opera. Catalogue search Wellcome Collection. Available from: https://wellcomecollection.org/ works?query=%22Matteucci,%20Carlo,%201811-1868.%22 (Erişim Tarihi: 15.11.2021).
18. 18. Finger S, Piccolino M. The shocking history of electric fishes. From anicient epoches to the birth of modern neurophysiology. Oxford University Press, New York, 2011; 3-201.
19. 19. Tsoucalas G. et al. The “torpedo” effect in medicine. Int Marit Health 2014; 64:65–7.
20. 20. Piccolino M, Wade NJ. Carlo Matteucci (1811-1868), the “frogs pile”, and the Risorgimento of electrophysiology. Cortex 2012; 48:645-6.
21. 21. Mc Comas AJ. Galvani’s Spark. The story of the nerve impulse. Oxford University Press, 2011; 3-37.
22. 22. Noble D. Claude Bernard, the first systems biologist, and the future of physiology. Exp Physiol 2008; 93:16-26.
23. 23. Boullerne A. Neurophysiology to Neuroanatomy: the transition from Claude Bernard to Louis Antoine Ranvier. Archives Italiennes de Biologie A Journal of Neuroscience 2011; 149:38-46.
24. 24. Collège de France:International Database and Gallery of Structures. Available from: https://structurae.net/en/structures/college-de-france (Erişim Tarihi: 15.11.2021).
25. 25. Schmidgen H. The last polymath. Henning Schmidgen praises a tome on Helmholtz, titan of nineteenth-century science. Nature 2018; 561:175. Available from: https://www.nature.com/articles/d41586-018-06613-9. (Erişim Tarihi: 15.11.2022).
26. 26. Statue of Johannes Muller at the Jesuitenplatz in Koblenz, Germany. Available from: https://www.dreamstime.com/statue-johannes-muller-jesuitenplatz-koblenz-germany-statue-johannes-muller-jesuitenplatz-koblenz-image160903573 (Erişim Tarihi: 15.11.2022).
27. 27. Daniel TD. Hermann von Helmholtz (1821-1894). Philosophy Now 2019; 129:1-11. Available from: https://philosophynow.org/issues/129/Hermann_von_Helmholtz_1821-1894 (Erişim Tarihi: 15.11.2022).
28. 28. Helmholtz 1848 (ilk 1906 da Oxford, Clarendon press). Revision history. Wikimedia Commons. Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Helmholtz_1848.jpg (Erişim Tarihi: 15.11.2022).
29. 29. Finger S, Piccolino M, Stahnisch FW. Alexander von Humboldt: Galvanism, Animal Electricity, and Self-Experimentation Part 2: The Electric Eel, Animal Electricity, and Later Years. In: Journal of the History of the Neurosciences: Basic and Clinical Perspectives, 2013; 22:327-352.
30. 30. Portrait of the Physicist Hermann von Helmholtz by Ludwig Knaus. Available from: http://en.gallerix.ru/storeroom/1989738001/N/2380/?navi=1252869518 (Erişim Tarihi: 15.11.2022).
31. 31. Wade N, Piccolino M, Simmons A. Emil Du Bois-Reymond 1818–1896. Portraits of European Neuroscientists, 2012. Available from: https://neuroportraits.eu/portrait/emil-du-bois-reymond.html (Erişim Tarihi: 15.11.2022).
32. 32. Finkelste G. M du Bois-Reymond goes to Paris. The British Journal for the History of Science 2003; 36(3): 261–300. Available from: https://www.researchgate.net/publication/9050683 (Erişim Tarihi: 15.11.2022). 33. Carmeliet E. From Bernstein’s rheotome to Neher-sakman’s patch electrode. The action potential. Physiological Reports 2018; 7:1-30.
33. 34. Seyfarth EA. Julius Bernstein (1839–1917): pioneer neurobiologist and biophysicist. Biol Cybern 2006; 94:2–8.
34. 35. Scientist of the Day-Karl Ferdinand Braun, 2019. Linda Hall Library. Available from: https://www.lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/karl-ferdinand-braun (Erişim Tarihi: 15.11.2022).