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圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔，1852年5月1日出生在西班牙北部比利牛斯山区阿拉贡的贝梯里阿。卡哈尔的父亲是一名外科医生，他没有文凭，靠刻苦自学当上了萨拉戈萨大学教授。
卡哈尔小的时候非常顽皮。他爱绘画，曾幻想当个画家，也爱舞刀弄枪，最喜欢的游戏是与小朋友“打仗”。他讨厌学校的严格纪律和各种规矩，愤怒地称之为“恐怖统治”。卡哈尔因为不守规矩，在学校经常受到各种处罚，所以学期还没有结束，他就盼着快点放假，以便从学校里解放出来。
有一次，卡哈尔真的被“解放”了，那是因为一次大祸造成的。卡哈尔在多次“打仗”后，觉得光用假刀假枪不过瘾，他要造一门“大炮”，向“敌人”显示自己的实力。他反复琢磨后，居然真的造出一门“大炮”。在一次“战斗”中，“大炮”轰然一声，把一位小朋友给打伤了，险些闹出人命来。受伤小朋友的家长请来了警察，把卡哈尔抓去拘留了3天。卡哈尔从拘留所出来后，父亲狠狠地把他训斥了一顿，决定不再让他上学读书，让他去学手艺。卡哈尔起先学的是理发，后来学修鞋。
卡哈尔天生爱动，而32,心灵手巧。他理发、修鞋学得很快，手艺娴熟；像个老师傅。但是，他的父母毕竟是有知识的人，让他学手艺，也是一气之下做出的决定，让孩子辍学心里很不安，总觉得自己对孩子的教育失之简单，甚至太粗暴了。一年之后，父亲重新把卡哈尔送进了学校。然而，卡哈尔又一次黯然神伤地离开学校，回了家。这一回，卡哈尔的父母开始认真地讨论儿子的发展问题。他们感到也许是学校的教育方式的确不适合儿子，于是父亲干脆把他带在自己身边学习。
从此，父亲就成了卡哈尔的“家庭教师”，直接担负起教育儿子的责任。卡哈尔的父亲是外科医生，于是他就结合自己的专业，先教卡哈尔学习骨骼方面的知识。为了让儿子学得更好、更快些，父亲不仅讲解教科书上的骨骼结构图，还亲自带卡哈尔去墓穴挖取人的枯骨，然后父子俩一起清洗处理，制作成骨骼标本。起先，父亲担心卡哈尔会害怕，没想到卡哈尔对骨骼研究十分感兴趣，一边目不转睛地看父亲制作标本，一边津津有味地听父亲传授知识，还不停地提问。
不久，父亲安排卡哈尔学习描绘解剖图形。从小就对绘画感兴趣的卡哈尔，精心绘制了人体的各种骨骼图。经过三年学习，卡哈尔17岁时绘制了一整套人体解剖的彩图，图形逼真、精美而准确，连父亲都自愧弗如，并执意要公开出版儿子的作品。
父亲的亲自培养，为卡哈尔的学习打下了坚实的基础，也培养了他对解剖学的兴趣。后来，卡哈尔进入了父亲工作的萨拉戈萨大学医学院读书，21岁时毕业。卡哈尔因为服役和生病耽搁了两年学习时间，23岁时赴西班牙最高学府马德里大学攻读医学博士，1877年取得博士学位。由于卡哈尔成绩优异，不久，便被母校聘为解剖学教授，那年他才25岁。
卡哈尔专注于神经系统结构的研究，他系统地观察了中枢神经系统，研究大脑皮层的灰质区，从而弄清了人体神经系统结构，提出神经元学说，并于1906年和卡米洛·高尔基共同获得了诺贝尔生理学和医学奖。饶有兴味的是，在700多位荣获诺贝尔奖的科学巨匠中，没有系统接受过小学、中学教育的学者，可能只有卡哈尔一人，真可谓小顽皮玩出了“大名堂”。