拉蒙·卡哈尔与科学绘图的意义

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

作为一名在艺术和科学交叉领域工作的人，我一直很容易论证所有艺术家都是科学家。从我们拿起蜡笔画出第一笔的那一刻起，我们就在进行实验。我们作品中被感知的成功与失败，与创作和欣赏艺术作品的体验中固有的许多变量（物理、化学和心理）密不可分。

然而，要论证所有科学家都是艺术家，似乎就有点牵强了。至少，以我的经验来看，科学家们似乎不太愿意接受这个额外的头衔。事实上，几乎所有不认为自己有艺术倾向的人，都倾向于很快地宣称：“哦，我不是艺术家。我甚至画不出一条直线！”我叹了口气，避免陷入关于直线及其绘画能力的完全无关的争论。相反，我想提出一个观点，即虽然我们可能并不都认为自己是艺术家，但所有科学家都真的应该成为艺术家。

纵观历史，许多科学发现和进步不仅取决于我们看到某些事物的能力，还取决于我们以忠实、批判和/或有意义的方式再现我们所见事物的能力。著名的西班牙神经科学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔的绘画作品，就是这种现象的理想例证。

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19世纪末，拉蒙·卡哈尔利用意大利医生卡米洛·高尔基开发的一种新型组织学染色技术，花费了无数时间在显微镜下检查脑组织，并用钢笔和墨水记录他所看到的内容。在他观察和绘制的过程中，他最终推断出神经元不仅仅是网状网络的元素，而是离散的细胞，并且每个细胞都以单一方向（从树突到轴突）传导冲动。这一发现被称为神经元学说，对神经科学产生了深远的影响。矛盾的是，高尔基坚决反对神经元学说。尽管如此，在1906年，两位科学家因其对医学科学的各自贡献而共同接受了诺贝尔奖。

随着生物医学成像技术的不断进步，我们这些专注于科学信息可视化的人常常不得不质疑我们角色的重要性。毕竟，如果我们能获得超薄的脑组织切片，用电子束扫描它们，将视觉数据导入计算机，并用它来重建大脑细胞及其连接的完美精确的三维数字模型，那么我们为什么还要费心去从事绘画这种繁琐而过时的活动呢？

在拉蒙·卡哈尔的时代，绘画的意义很容易理解。当时无法拍摄只能通过显微镜才能看到的东西；科学家必须是艺术家！但是，如果拉蒙·卡哈尔在高尔基的染色技术出现后，选择拍摄他的组织学样本，而不是绘制它们，那么他的研究是否会产生同样史诗般的成果呢？我相信答案在于高尔基对神经元学说令人困惑的抵制。高尔基的染色技术对拉蒙·卡哈尔的发现至关重要，因为它使他能够完整地看到单个神经元。高尔基理解他自己贡献的重要性，事实上，在显微镜下研究他自己的样本时，他的眼睛一定看到了与拉蒙·卡哈尔所看到的非常相似的东西。然而，他对它的解读却截然不同，而他对同一视觉信息的另一种解读体现在他的绘画作品中。

无论我们多么清楚地看到一个物体，在视觉上再现和解释它都具有某种意义：在描绘的过程中，我们将意义注入到我们面前结构的每个元素中。最近，我被要求绘制一个动物细胞的横截面图，作为我正在进行的一系列插图的一部分。这是任何生物学家都看过无数次的那种图像：一个大致呈球形的斑点，切出一个 90 度角的楔形，露出了漂浮在细胞质中的一些细胞器。

虽然我算是对这种图像几乎非常熟悉的人之一，但我惊讶地发现，我在试图绘制被称为内质网（或者对于业内人士来说是“ER”）的大型细胞器时，遇到了多大的困难。诚然，它是一个由折叠成重复卷积的膜组成的复杂结构。但即便如此，我仍然是一个相当有经验的绘图员，并且我认为我对细胞生物学有相当扎实的掌握。然而，当我在我的铅笔草图挣扎时，我意识到我从来没有真正理解过内质网的物理结构。我可以尽可能多地看现有的图像，但只有绘制内质网的行为，才迫使我充分理解它的组装方式以及它如何适应细胞的背景。

也许这些例子对于我试图提出的论点来说是不公平的。我是一名受过专业训练的插画家，而拉蒙·卡哈尔恰好是一位非常有才华且热衷于绘图的人。（小时候，他实际上想成为一名艺术家，但他父亲迫使他从事医学科学。）但我认为，一个人的技能水平对于一个人从科学绘图中所获得的益处影响不大。

当然，当涉及到向观众视觉传达科学时，通常需要一些艺术技巧。从这个意义上说，拉蒙·卡哈尔的艺术才能是幸运的；这就是为什么我们今天仍然使用他的绘画作品，以及为什么我们既惊叹于它们的美丽，也惊叹于它们内容的丰富。然而，我认为拉蒙·卡哈尔的伟大发现并不取决于他的神经元图的美丽，甚至精确性；相反，它取决于他确实绘制了它们，以及他绘制的过程，神经元学说由此诞生。

我上过的最好的一些科学课是那些老师不仅在他们的课程中融入视觉内容，而且实际上在讲课时绘制，并鼓励（或者在某些情况下，要求）学生效仿的课。在这些老师中，我只能想到一位画得特别好；其余的充其量是业余爱好者。但这丝毫没有降低他们教学方法的价值。作为学习过程的一个要素，绘画行为不仅使我能够将注意力集中在我正在吸收的信息的关键方面，而且还巩固了我脑海中的重要概念，并帮助我在每门课程结束后很久都能记住它们。最近，作为一名负责学习整个人体解剖学内容的解剖学学生，我花了很多时间解剖尸体和研究插图，但我从未确定自己理解了每个解剖区域或结构，直到我可以绘制它。

就我个人而言，我认为几乎每个人（包括我自己）都可以多画一些画，无论她或他的技能水平如何。它不仅有趣，而且还是一种令人耳目一新的沉浸式和刺激性的方式来观察我们周围的世界。但更重要的是，对于研究结构和过程以努力解开它们的奥秘并更充分地了解它们的科学家来说，铅笔和纸可能只是获得成功的两个最重要的工具。