L'art et la science se croisent rarement. Lorsque cela se produit et que la recherche appliquée, compréhensible uniquement pour les spécialistes, est enrichie d'images visuelles, la science reçoit plus d'attention de la part des gens ordinaires. Comparez-vous par vous-même: des études cérébrales sont effectuées tous les jours dans le monde entier, mais les graphiques, les graphiques et les radiographies ne nous provoquent pas de fortes émotions. Cependant, dès que des dessins colorés apparaissent illustrant les effets sur le cerveau, les nouvelles obtiennent une grande réponse. En dehors du contexte des découvertes scientifiques, nous aimons simplement regarder le travail des organes internes, il est particulièrement intéressant de surveiller le fonctionnement des hémisphères responsables de la pensée.
Cartographie du cerveau
Connexion du cerveau de la souris
Des scientifiques de l'Allen Institute for Brain Science de Seattle ont créé une carte qui détaille les relations entre les cellules cérébrales de souris. Aucun artiste n'aurait pensé à créer de telles peintures - les chercheurs ont introduit un virus fluorescent vert dans une zone spécifique du cerveau d'une souris vivante. Le virus a infecté les neurones près du site d'injection et s'est propagé au bout de trois semaines dans le cerveau. En conséquence, une carte des relations qui se produisent dans l'une des régions du cerveau a été affichée comme un réseau fluorescent vert de neurones infectés.
Même les cartes cérébrales «régulières» sont impressionnantes. Des scientifiques de l'Université de Californie à Berkeley ont développé une carte interactive qui montre où les significations de certains mots sont stockées, ainsi que comment les mots et leurs significations sont liés.
La plus grande carte tridimensionnelle au monde des réseaux de neurones du cortex cérébral a été publiée par des neurobiologistes de l'Institut Allen, de la Harvard Medical School et du NERF (un projet de recherche dans le domaine de la neuroélectronique). L'élaboration de la carte a pris plus de dix ans: les chercheurs ont analysé des tableaux colossaux de données sur l'activité cérébrale, ce qui nous a permis d'établir la relation entre la structure et les fonctions du cerveau.
Pour créer une carte du cerveau de la souris, des lignes horizontales et verticales ont été tracées sur l'écran devant leurs yeux - les neurones ont réagi à ces signaux visuels. Ensuite, des coupes ultra-minces du cerveau ont été réalisées. Cela a permis d'obtenir de nombreuses images de neurones et de synapses, qui ont été utilisées pour créer le modèle 3D.
Le cerveau comme mystère le plus important
Il n'y a toujours pas de carte complète du cerveau humain. Il existe plusieurs approches pour résoudre ce problème. Une façon consiste à déchiffrer les chemins le long desquels les signaux électriques voyagent entre les neurones lorsque le cerveau remplit certaines fonctions. Le problème est que chaque tranche d'une épaisseur de cinquante milliardièmes de mètre doit être soigneusement photographiée à l'aide d'un microscope électronique, puis essayer par programme de se reconnecter individuellement entre les neurones.
Le processus prend beaucoup de temps, mais il existe des moyens de l'accélérer. Par exemple, vous pouvez utiliser différentes couleurs, ce qui vous permet de colorer différents neurones et connexions, afin qu'ils soient mieux visibles. Dans le projet EyeWire , tout utilisateur dans un format de jeu est invité à coloriser les connexions neuronales de l'image avec de vrais neurones rétiniens capturés par un microscope électronique. C'est ainsi que la science progresse grâce à la gamification.
Toile et peinture des connexions neuronales
Un diplômé du Département de neurobiologie de l'Université de Pennsylvanie, Greg Dunn, a retiré la recherche scientifique de l'équation et s'est concentré sur la composante visuelle. Il a commencé à dessiner des neurones dans le style de l'aquarelle sumi-e japonaise (il s'agit d'un type de peinture monochrome, dans laquelle seules deux couleurs sont traditionnellement présentes).
Structure colonnaire du cortex cérébral. Or, encre, révélateur, mica aluminium
Dunn étudie d'abord l'image réelle des neurones, puis transfère le contour principal sur le papier et commence à créer une image. Pour transmettre plus précisément les caractéristiques des structures des connexions neuronales, l'artiste utilise la pulvérisation d'encre sur du papier non absorbant. En même temps, il improvise davantage, plutôt que de dessiner une image réelle - il est extrêmement difficile d'obtenir la même structure ornée si vous copiez simplement l'image originale.
Les neurones panier et pyramidaux (qui ont une grande dendrite apicale menant vers le haut, ont un axone descendant et de nombreuses dendrites basales) dans le cortex moteur. Encre d'or 22k
Si vous soufflez sur une goutte d'encre, les motifs de sa propagation sur la surface seront aléatoires, en fonction de la turbulence de l'air, de la forme du papier, des obstacles microscopiques - les branches des figures sont les mêmes que les vraies branches des cellules nerveuses.
Schéma du cortex cérébral. Gravure à l'or sur acier
Dans ce travail, Dunn a transféré l'image sur métal en utilisant la méthode de photolithographie. Gravure recouverte de feuille d'or. La technique permet de graver des copies de microstructures cellulaires dans les plaques d'or les plus fines, chacune réfléchissant la lumière sous un certain angle.
La base de ces travaux était la technique de neuroimagerie de l'arc cérébral (cerveau - cerveau, arc en ciel - arc en ciel), dans laquelle des protéines fluorescentes sont utilisées pour colorer les neurones connectés les uns aux autres. Les figures montrent la variation de la coloration de l'arc cérébral de l'hippocampe (la structure clé de la neurogenèse adulte) en quatre couleurs.
Si vous regardez l'hippocampe dans divers articles scientifiques , vous pouvez comparer les niveaux de visualisation des objets. Voici l'hippocampe (à gauche) et tout le cerveau de la souris (à droite), tous tachés. Dans l'hippocampe, les cellules en division sont marquées en rouge. Le rose est le bulbe olfactif, le violet est la zone sous-ventriculaire et la voie de migration rostrale, l'orange est l'hippocampe, le jaune est la surface du cervelet.
La plupart des travaux de Dunn sont consacrés aux neurones, mais il fait attention aux autres cellules. Dans l'image ci-dessus, vous voyez une image de la moelle épinière.
Cervelet. Or, peintures, émail sur panneau aluminisé
Les peintures utilisent non seulement de l'or, mais aussi des peintures transparentes, des vernis, des produits d'étanchéité, des agents gonflants spéciaux, des poudres métalliques, des ingrédients chimiquement actifs.
Cette image montre la croissance du cortex du cerveau humain (à la 15e semaine de grossesse).
Cette figure montre le cortex visuel. Ce n'est qu'une partie d'une image grandiose de l'artiste, qui représente 750 000 neurones et les connexions entre eux.
Comme vous pouvez le voir, la science et l'art peuvent se recouper de différentes manières pour transmettre des informations. Et si le langage sec des articles académiques attire peu de gens, vous pouvez utiliser l'expérience de la culture artistique pour vulgariser les idées scientifiques.
Les peintures de Greg Dunn sont exposées au Franklin Institute de Philadelphie, et sur le site Web du projet, vous pouvez regarder des vidéos qui montrent à quoi ressemblent les éléments sous différents reflets.