医学奖：磁共振成像技术
今年的诺贝尔生理学或医学奖被两位磁共振成像（ＭＲＩ）先锋摘取，这种技术现在医学界广泛应用于观察人体组织有无病变。获奖者是美国伊利诺伊大学科学家保罗·劳特布尔和英国诺丁汉大学科学家彼得·曼斯菲尔德。
劳特布尔和曼斯菲尔德采用化学家的技术来寻找成像途经，并将之发展为对人体成像的手段。与使用辐射的ＣＴ扫描仪不同，磁共振成像（亦称为核磁共振成像）技术借助磁场和无线电波脉冲来检查人体。如今，磁共振成像技术已经取代了对关节、大脑和其他重要器官作检查的入侵性技术。而且，磁共振成像技术是如此灵敏，以致于它能通过跟踪进入大脑活跃区的多余血流确定大脑中不同精神活动的执行位置。
诺贝尔奖评选委员会认为，用一种精确的、非入侵的方法对人体内部器官进行成像，对于医学诊断、治疗和康复非常重要。这两位科学家的成果对核磁共振成像技术的问世起到了奠基性的作用。
劳特布尔关于磁共振成像的一篇关键论文曾被《自然》杂志拒绝
美国物理化学家劳特布尔1929年生于美国俄亥俄州小城悉尼，1951年获凯斯理工学院理学士，1962年获费城匹兹堡大学化学博士。1963年至1984年间，劳特布尔在纽约州立大学石溪分校化学和放射学系任教。期间，他致力于研究核磁共振光谱学及其应用。劳特布尔还把核磁共振成像技术推广应用到生物化学和生物物理学领域。1985年至今，他担任美国伊利诺伊大学生物医学核磁共振实验室主任。
1973年3月16日，劳特布尔在英国《自然》杂志上发表了一篇有关核磁共振成像的关键论文，论文标题是《局部相互作用诱导的图像形成；使用磁共振的例子》。就像许多其他创新理论的学术论文一样，劳特布尔的这篇论文一开始被《自然》杂志拒绝，但劳特布尔说服《自然》杂志编辑改变了主意。
他的论文涉及一种当时被称为核磁共振（ＮＭＲ）的光谱技术。这种技术首先出现在1946年。当年，在斯坦福大学工作的美国科学家费利克斯·布洛赫和哈佛大学的爱德华·珀塞尔发现，在磁场中旋转的某些原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复到初始状态时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴时琴弓与琴弦的共振一样，因而被成为核磁共振。由于这一发现，布洛赫和珀塞尔获得了1952年的诺贝尔物理学奖。
核磁共振现象为成像技术提供了一种新思路。物质是由原子组成的，原子则由电子和原子核组成。原子核带正电，可以在磁场中旋转。磁场的强度和方向决定原子核自旋的频率和方向。如果把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，然后分析它释放的电磁波就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。
与表面上所呈现的样子相反，人体大部分组分是水。而在水分子中无处不在的氢核，在强磁场中排列的时候，吸收核释放精确的无线电波。正是这些信号被用来绘制出了人体组织的图像。如果把这种技术用于人体内部结构的成像，就可获得一种非常重要的诊断工具。
在劳特布尔那篇历史性论文中，他还引入了梯度磁场。他在阅读了几乎所有有关论文后发现，此前的科学家不辞辛苦制造出一个均一的磁场，在这种磁场里，分子能发出最清晰的信号。但布劳特尔意识到，事实上，信号中的模糊才包含着分子的立体分布信息。他认为，借助一个变化的磁场，他有可能得到三维信息，并得到按某种结构排列的分子的图像。
在那个时代，纽约州立大学石溪分校里最好的核磁共振机器供化学家使用。劳特布尔于是在晚上拜访实验室，改变机器的设置以得到他需要的变化的磁场。他还得在走之前把设置恢复到一致磁场原状。劳特布尔在主磁场内附加一个不均匀的磁场，即引进梯度磁场，并逐点诱发核磁共振无线电波，最终获得一幅二维的核磁共振图像。把物体放置在一个稳定的磁场中，然后再加上一个不均匀的磁场（即有梯度的磁场），再用适当的电磁波照射这一物体，这样根据物体释放出的电磁波就可以绘制成物体某个截面的内部图像。
劳特布尔获得的第一批图像是一只蚌和装在一个盛有普通水的烧杯中的两试管重水。那时候，没有别的成像技术能够分辨出哪个试管中的水是普通水，哪个试管里的是重水。普通水包含普通的氢原子；重水则包含氘，即氢的一种同位素，比氢原子多一个中子。
劳特布尔说，在1971年，他已经意识到，他的想法能够转化为医学成像，包括大脑成像。他说，他观察过在动物身上试验的入侵性的成像技术，并清楚地看到那些方法是不大可能转移到人体的。当《自然》杂志拒绝他的论文的时候，他非常沮丧，但并不对此耿耿于怀。在劳特布尔看来，在过去50年间，被《科学》或《自然》拒绝的论文比比皆是，而这些被拒绝论文的内容恰恰是几十年科学史的重要组成部分。
曼斯菲尔德为劳特布尔的概念转化为可行现实提供了主要的理论基础
在劳特布尔从事核磁共振成像实验的同时，英国科学家彼得·曼斯菲尔德为劳特布尔的概念转化为可行现实提供了主要的理论基础。他进一步发展了有关在稳定磁场中使用附加的梯度磁场的理论，为核磁共振成像技术从理论到应用奠定了基础。在劳特布尔发表那篇重要论文之后，曼斯菲尔德又进一步验证和改进了这种方法，并发现不均匀磁场的快速变化可以使上述方法能更快地绘制成物体内部结构图像。此外，他还证明了可以用数学方法分析这种方法获得的数据，为利用计算机快速绘制图像奠定了基础。
曼斯菲尔德1933年出生于英国伦敦，1959年获伦敦大学玛丽女王学院理学士，1962年获伦敦大学物理学博士学位。从1962年到1964年，他在美国伊利诺伊大学物理系任助理研究员，后回到英国诺丁汉大学物理系担任讲师，现为该大学物理系教授。除物理学之外，曼斯菲尔德还对语言学、阅读和飞行感兴趣，并拥有飞机和直升机两用的飞行员执照。
第一台磁共振成像仪1983年问世
在这两位科学家成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于1983年在欧洲问世。后来，为了避免公众误认为这种技术意味着放射性，科学家把核磁共振成像技术的“核”字去掉，称之为“磁共振成像技术”（ＭＲＩ）。
核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。
目前核磁共振成像仪在全世界得到初步普及，已成为最重要的诊断工具之一。据瑞典卡罗林医学院公布的数字，2002年，全世界在用的核磁共振成像仪共有2．2万台，利用它们执行的扫描检查已超过了6000万次。
多年来，伊利诺伊大学一直认为劳特布尔极有希望获得诺贝尔奖。但劳特布尔本人对获奖还是有点惊讶，他对媒体说：“我听到过各种猜测，但现实仍令我惊讶。”曼斯菲尔德在获奖后对瑞典电台说：“我想每个科学家都希望有一天，他们可以被挑选出来获得这样一个荣誉。但我必须承认，就个人而言，几年前我就很想得到它了，但总是擦肩而过。”
化学奖：细胞膜通道研究
瑞典皇家科学院10月8日宣布，将2003年诺贝尔化学奖授予54岁的美国科学家彼得·阿格雷和47岁的罗德里克·麦金农，以表彰他们在细胞膜通道方面做出的开创性贡献。
阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道，而麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞。比如，肾脏怎么从原尿中重新吸收水分，以及电信号怎么在细胞中产生并传递等等，这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。
科学家研究细胞膜通道已有百年
通道是细胞正常工作的基础。细胞内，带电的原子即离子的流动产生了神经元和其他细胞赖以相互交流的电脉冲。科学家早就知道，这些通道是细胞膜上折叠的蛋白质，不仅只允许特定的物质如水分子、钾离子或钠离子通过，而且还能像阀门一样一开一关。
1909年诺贝尔化学奖获得者威廉·奥斯特瓦尔德早在1890年就推测离子进出细胞会传递信息。20世纪20年代，科学家证实存在一些供离子出入的细胞膜通道。50年代初，阿兰·霍奇金和安德鲁·哈克斯利发现，离子从一个神经细胞中出来进入另一个神经细胞可以传递信息。为此，他们获得了1963年诺贝尔生理学或医学奖。不过，那时科学家并不知道通道的结构和工作原理。
诺贝尔奖获得者的贡献一般是在得奖前几十年作出的，而今年的化学奖有点例外
20世纪80年代中期，阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白，经过反复研究，他发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前，科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起着关键的过滤作用。
但是，至此，科学家仍然不知道这些蛋白的形状，因此不能彻底解释通道是如何工作的，例如，一个钠离子通道如何把钾离子挡在外面，而钾离子通道又如何把钠离子拒于门外。
麦金农从上大学起就对钾离子通道感兴趣，这种兴趣促使他走进了一个他知之甚少的物理领域。按照医生来培养的麦金农借助标准基因技术来研究钾离子，他在钾离子通道蛋白中制造出一个突变，然后观察通道是否依然正常工作。
1996年，他带着这个问题离开了哈佛，来到洛克菲勒大学，并自学一种借助Ｘ射线确定蛋白晶体结构的技术。在他的哈佛研究小组中，只有一人跟随他来到洛克菲勒大学，而大多数人认为确定结构的研究为时过早。看着丈夫无助的样子，麦金农的妻子、化学家艾丽丝加入他的实验室。
不出两年，麦金农成功培养出了钾离子通道蛋白的结晶体，并利用Ｘ射线晶体成像技术获得了世界上第一张钾离子通道的三维照片，并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。麦金农的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。
研究水通道和离子通道具有重大意义。很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应药物。另外，利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。
这一发现对于更好地理解囊性纤维、癫痫和心律不齐等疾病以及开发可能的治疗方法具有重要意义。而发现本身具有如此的重要性，以致拉斯克基金会评委会一年之后就向麦金农颁发了拉斯克基础医学研究奖。而这一奖项也绝非普通的奖项。在过去20年多间，获此奖金的人大多数走上了诺贝尔奖的领奖台。
在麦金农的发现之后，阿格雷与其他研究人员在2000年公布了世界上第一张水通道蛋白的高清晰度立体照片。照片揭示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通过。
诺贝尔奖获得者的贡献一般是在得奖前几十年作出的，但今年的化学奖则有点例外，尤其对麦金农来说，他的成果是在1998年才作出的。事实上，如果回顾科学，不难发现细胞通道已经困扰科学界一个世纪，麦金农和阿格雷的发现使得这一研究领域的许多问题今后能迎刃而解，因此，将化学奖授予麦金农和阿格雷又不难理解。
弃医转作研究的麦金农
1956年，麦金农出生在马萨诸塞州。他的家里没有人做科学研究，更没有科学家，但从孩提时，麦金农就痴迷于科学。他喜欢解决难题，喜欢思考小生命的生存方式，而且经常为小生命的生存方式找到自己的解答。上小学后，他拥有了一台属于自己的显微镜。他常常把草叶撕开，然后将之放在显微镜下，寻找书上所写的细胞，并果真找到了那些细胞。他还喜欢在显微镜下观察池塘里捞上来的微生物。微观世界里的生命令麦金农着迷。
真正让麦金农走上科学研究之路的是他的大学生活。在马萨诸塞州的布兰代斯大学，麦金农真的体会到了科学的乐趣，他的本科导师、后来的博士后导师克里斯托弗·米勒教授对他的影响极大。年轻的米勒教授刚刚设立他的实验室，让麦金农参加了钾离子通道研究。
1978年，麦金农从布兰代斯大学毕业，他决定去医学院，今后从医。1982年，他从塔夫茨大学获得医学博士学位。
1986年，麦金农决定改做基础研究，于是回到布兰代斯大学，在米勒教授那里做博士后。在读本科的时候，麦金农就在米勒教授的实验室里研究离子通道功能的生物物理性质，尤其关注对钾离子有选择性的蛋白质。1989年，麦金农进入哈佛大学，成为哈佛医学院的教授。
尽管他获得了令人羡慕的哈佛正教授职位，终身不必为自己的前路发愁，但麦金农在1996年离开了哈佛，加入纽约的洛克菲勒大学，主持分子神经生物学和生物物理学实验室。至于离开哈佛，麦金农自有他的原因。首先，麦金农认为人需要改变一下自己，改变是好事。“如果我不改变，将墨守成规，会觉得自己懂得很多。”他说。另一个原因则涉及资金。麦金农一直想从事他的钾离子通道研究，但需要为他的新研究寻找经费，而洛克菲勒大学则愿意为他的项目资助数年。
至于为什么弃医转而作研究，麦金农说，他曾经认为医学很像科学、是科学的一个分支。但他发现事实上并非如此，医学是一种特殊的专业，需要揣摩症状的因果。“尽管医学越来越依赖科学知识，但永远是和科学有区别的。”他说。他还表示，如果让他重新选择，他会把学医的时间放到学习纯科学上。不过，他并不为自己走过的路后悔，因为学医使得他能从不同的角度来看问题。
麦金农大部分时间是在波士顿地区度过的。他在那里长大，又在那里上大学，然后进入医学院。现在，他和妻子住在纽约曼哈顿，他喜欢住在市中心，因为这里离学校近。他喜欢随时上办公室，随时回家。
麦金农夫妇没有孩子，他并不认为生儿育女会影响科研，因为很多人既是科学家，又是成功的父亲或母亲。他只是觉得，没有孩子让自己有更多的时间思考科学问题。
在纽约，麦金农闲暇时最喜欢做的事情是散步。纽约于他是个新城市，一个很有意思的地方。每个星期，他都会和妻子一同在市里闲步，走入邻近的社区，感受纽约惬意和优雅的一面。作者：吴伟农作者单位：经济参考报文章来源：经济参考报发布日期：2003-10-18星 级：
