Kunst und Wissenschaft kreuzen sich selten. Wenn dies geschieht und angewandte Forschung, die nur für Fachleute verständlich ist, durch visuelle Bilder bereichert wird, erhält die Wissenschaft mehr Aufmerksamkeit von gewöhnlichen Menschen. Vergleichen Sie selbst: Gehirnstudien werden jeden Tag auf der ganzen Welt durchgeführt, aber Grafiken, Diagramme und Röntgenbilder verursachen keine starken Emotionen. Sobald jedoch farbenfrohe Zeichnungen erscheinen, die die Auswirkungen auf das Gehirn veranschaulichen, erhalten die Nachrichten eine große Resonanz. Außerhalb des Kontextes wissenschaftlicher Entdeckungen betrachten wir nur die Arbeit der inneren Organe. Es ist besonders interessant, die Funktion der Hemisphären zu überwachen, die für das Denken verantwortlich sind.
Gehirnkartierung
Maushirn verbinden
Wissenschaftler des Allen Institute for Brain Science in Seattle haben eine Karte erstellt , die die Beziehungen zwischen Gehirnzellen von Mäusen detailliert beschreibt. Kein Künstler hätte daran gedacht, solche Bilder zu schaffen - die Forscher führten ein grün fluoreszierendes Virus in einen bestimmten Bereich des Gehirns einer lebenden Maus ein. Das Virus infizierte Neuronen in der Nähe der Injektionsstelle und breitete sich nach drei Wochen im gesamten Gehirn aus. Als Ergebnis wurde eine Karte der Beziehungen, die in einer der Gehirnregionen auftreten, als grün fluoreszierendes Netzwerk infizierter Neuronen angezeigt.
Sogar die "normalen" Gehirnkarten sind beeindruckend. Wissenschaftler der University of California in Berkeley haben eine interaktive Karte entwickelt , die zeigt, wo die Bedeutungen bestimmter Wörter gespeichert sind und wie die Wörter und ihre Bedeutungen zusammenhängen.
Die weltweit größte dreidimensionale Karte neuronaler Netze der Großhirnrinde wurde von Neurobiologen des Allen Institute, der Harvard Medical School und des NERF (einem Forschungsprojekt auf dem Gebiet der Neuroelektronik) veröffentlicht. Die Entwicklung der Karte dauerte mehr als zehn Jahre: Die Forscher analysierten kolossale Datenfelder zur Gehirnaktivität, und so konnten wir die Beziehung zwischen Struktur und Funktionen des Gehirns feststellen.
Um eine Karte des Gehirns der Maus zu erstellen, wurden horizontale und vertikale Linien auf dem Bildschirm vor ihren Augen gezeichnet - Neuronen reagierten auf diese visuellen Signale. Dann wurden ultradünne Abschnitte des Gehirns hergestellt. Dies ermöglichte es, zahlreiche Bilder von Neuronen und Synapsen zu erhalten, die bei der Erstellung des 3D-Modells verwendet wurden.
Das Gehirn als wichtigstes Rätsel
Es gibt noch keine vollständige Karte des menschlichen Gehirns. Es gibt verschiedene Ansätze zur Lösung dieses Problems. Eine Möglichkeit besteht darin, die Wege zu entschlüsseln, auf denen sich elektrische Signale zwischen Neuronen bewegen, wenn das Gehirn bestimmte Funktionen ausführt. Das Problem ist, dass jede Schicht mit einer Dicke von fünfzig Milliardstel Metern sorgfältig mit einem Elektronenmikroskop fotografiert werden muss und dann programmgesteuert versucht wird, die Verbindung zwischen Neuronen einzeln wiederherzustellen.
Der Prozess nimmt viel Zeit in Anspruch, aber es gibt Möglichkeiten, ihn zu beschleunigen. Beispielsweise können Sie verschiedene Farben verwenden, um verschiedene Neuronen und Verbindungen zu färben, damit sie besser sichtbar sind. Im EyeWire- Projekt wird jeder Benutzer in einem Spielformat aufgefordert, die neuronalen Verbindungen im Bild mit echten Netzhautneuronen zu kolorieren, die mit einem Elektronenmikroskop erfasst wurden. So macht die Wissenschaft Fortschritte durch Gamification.
Leinwand und malen neuronale Verbindungen
Greg Dunn, Absolvent der Abteilung für Neurobiologie an der Universität von Pennsylvania, entfernte die wissenschaftliche Suche aus der Gleichung und konzentrierte sich auf die visuelle Komponente. Er begann, Neuronen im Stil der japanischen Sumi-E-Aquarellmalerei zu zeichnen (dies ist eine Art monochromer Malerei, in der traditionell nur zwei Farben vorhanden sind).
Säulenstruktur der Großhirnrinde. Gold, Tinte, Entwickler, Aluminiumglimmer
Dunn untersucht zuerst das tatsächliche Bild der Neuronen, überträgt dann den Hauptumriss auf das Papier und beginnt, ein Bild zu erstellen. Um die Merkmale der Strukturen neuronaler Verbindungen genauer zu vermitteln, sprüht der Künstler Tinte auf nicht absorbierendes Papier. Gleichzeitig improvisiert er mehr als ein reales Bild zu zeichnen - es ist äußerst schwierig, dieselbe verzierte Struktur zu erzielen, wenn Sie einfach das Originalbild kopieren.
Korb- und Pyramiden-Neuronen (mit einem großen apikalen Dendriten, der nach oben führt, einem Axon, das nach unten geht, und vielen basalen Dendriten) im motorischen Kortex. 22 Karat Gold Tinte
Wenn Sie einen Tropfen Tinte aufblasen, sind die Muster seiner Ausbreitung über die Oberfläche zufällig, abhängig von Luftturbulenzen, Papierform und mikroskopischen Hindernissen - die Zweige in den Figuren sind die gleichen wie die tatsächlichen Zweige der Nervenzellen.
Schema der Großhirnrinde. Goldstich auf Stahl
In dieser Arbeit übertrug Dunn das Bild mithilfe der Fotolithografie auf Metall. Gravur mit Blattgold bedeckt. Die Technik ermöglicht das Ätzen von Kopien zellulärer Mikrostrukturen in die dünnsten Goldplatten, von denen jede das Licht in einem bestimmten Winkel reflektiert.
Grundlage dieser Arbeiten war die Technik der Bildgebung des Gehirnbogens (Gehirn - Gehirn, Regenbogen - Regenbogen), bei der fluoreszierende Proteine verwendet werden, um miteinander verbundene Neuronen zu färben. Die Figuren zeigen die Variation der Gehirnbogenfärbung des Hippocampus (der Schlüsselstruktur der adulten Neurogenese) in vier Farben.
Wenn Sie sich den Hippocampus in verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten ansehen, können Sie die Visualisierungsebenen von Objekten vergleichen. Hier sind der Hippocampus (links) und das gesamte Maushirn (rechts) gefärbt. Im Hippocampus sind die sich teilenden Zellen rot markiert. Rosa ist der Riechkolben, Purpur ist die subventrikuläre Zone und der rostrale Migrationsweg, Orange ist der Hippocampus, Gelb ist die Oberfläche des Kleinhirns.
Der größte Teil von Dunns Arbeit ist Neuronen gewidmet, aber er achtet auf andere Zellen. Im Bild oben sehen Sie ein Bild des Rückenmarks.
Kleinhirn. Gold, Farben, Emaille auf einer aluminisierten Platte
Die Gemälde verwenden nicht nur Gold, sondern auch transparente Farben, Lacke, Dichtungsmittel, spezielle Treibmittel, Metallpulver und chemisch aktive Inhaltsstoffe.
Dieses Bild zeigt den wachsenden Kortex des menschlichen Gehirns (in der 15. Schwangerschaftswoche).
Diese Abbildung zeigt den visuellen Kortex. Dies ist nur ein Teil eines grandiosen Bildes des Künstlers, das 750.000 Neuronen und die Verbindungen zwischen ihnen zeigt.
Wie Sie sehen, können sich Wissenschaft und Kunst bei der Übertragung von Informationen überschneiden. Und wenn die trockene Sprache akademischer Artikel kleine Leute anzieht, können Sie die Erfahrung der Kunstkultur nutzen, um wissenschaftliche Ideen bekannt zu machen.
Greg Dunns Gemälde werden im Franklin Institute in Philadelphia ausgestellt. Auf der Website des Projekts können Sie Videos ansehen, die zeigen, wie die Elemente unter verschiedenen Highlights aussehen.