神经艺术:为什么要从大脑神经元创建图片

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艺术和科学很少相交。 当这种情况发生并且视觉上就丰富了只有专业人员才能理解的应用研究时,科学受到了普通民众的更多关注。 自己比较:每天在世界各地进行大脑研究,但是图形,图表和X射线不会引起我们强烈的情绪。 但是,一旦出现彩色图画来说明对大脑的影响,这一消息就会引起巨大反响。 在科学发现的背景之外,我们只想看看内部器官的工作,监视负责思考的半球的功能尤其有趣。


脑图


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鼠标大脑连接


西雅图艾伦脑科学研究所的科学家绘制了一张详细描述小鼠脑细胞之间关系的地图 。 没有艺术家会想到创作这样的画作-研究人员将绿色荧光病毒引入了活体小鼠大脑的特定区域。 该病毒感染了注射部位附近的神经元,并在三周后传播到整个大脑。 结果,在一个大脑区域之一中发生的关系图显示为受感染神经元的绿色荧光网络。


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甚至“常规”脑图也令人印象深刻。 加州大学伯克利分校的科学家开发了一个交互式地图 ,该地图显示了某些单词的含义存储在哪里,以及单词及其含义如何关联。


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艾伦研究所,哈佛医学院和NERF(神经电子学领域的研究项目)的神经生物学家发布了世界上最大的大脑皮层神经网络三维图。 地图的开发花费了十多年的时间:研究人员分析了有关大脑活动的庞大数据,这使我们能够建立大脑的结构与功能之间的关系。


为了创建鼠标的大脑图,在屏幕上在他们眼前绘制水平和垂直线-神经元对这些视觉信号做出反应。 然后,制作了大脑的超薄部分。 这使得获得用于创建3D模型的大量神经元和突触图像成为可能。


大脑是最重要的谜


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仍然没有完整的人脑图。 有几种解决此问题的方法。 一种方法是解密大脑执行某些功能时电信号在神经元之间传播的路径。 问题在于,必须使用电子显微镜仔细拍摄每个厚度为五百亿分之一米的切片,然后以编程方式尝试分别重新连接神经元。


该过程需要很多时间,但是有一些方法可以加快速度。 例如,您可以使用不同的颜色,从而使您可以为不同的神经元和连接着色,以便更好地显示它们。 在EyeWire项目中,邀请任何游戏形式的用户使用电子显微镜捕获的真实视网膜神经元为图片中的神经连接着色。 这就是科学通过游戏化取得进步的方式。


画布和绘制神经连接


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宾夕法尼亚大学格雷格·邓恩(Greg Dunn)的神经生物学系毕业,他从等式中删除了科学搜索,并专注于视觉组件。 他开始以日本sumi-e水彩绘画风格绘画神经元(这是单色绘画的一种,传统上只存在两种颜色)。


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大脑皮层的柱状结构。 金,墨水,显影剂,云母


Dunn首先研究神经元的实际图像,然后将主要轮廓转移到纸张上并开始创建图片。 为了更准确地传达神经连接结构的特征,艺术家在非吸收性纸张上使用了墨水喷射。 同时,他只是即兴创作,而不是绘制真实的图像-如果您仅复制原始图像,则很难获得相同的华丽结构。


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运动皮层中的篮状和锥体神经元(具有一个大的顶端树突向上引导,一个轴突向下以及许多基底树突)。 22k金墨水


如果吹一滴墨水,其散布在表面的图案将是随机的,具体取决于空气湍流,纸张形状,微观障碍物-图中的分支与神经细胞的真实分支相同。


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大脑皮层的方案。 在钢上雕刻金


在这项工作中,邓恩使用光刻法将图像转移到金属上。 雕刻覆盖着金箔。 该技术允许在最薄的金板上蚀刻细胞微结构的副本,每个金箔以一定角度反射光。


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这些工作的基础是对脑弓(大脑-大脑,彩虹-彩虹)进行神经成像的技术,其中荧光蛋白用于使相互连接的神经元着色。 这些图显示了四种颜色的海马脑弓染色(成人神经发生的关键结构)的变化。


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如果您在各种科学论文中查看海马体,则可以比较对象的可视化水平。 这是海马(左)和整个老鼠的大脑(右),都被染色了。 在海马中,分裂细胞标记为红色。 粉色是嗅球,紫色是脑室下区和鼻侧迁移路径,橙色是海马体,黄色是小脑表面。


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Dunn的大部分工作都致力于神经元,但他关注其他细胞。 在上图中,您会看到脊髓的图像。


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小脑。 镀铝板上的金,油漆,搪瓷


这些绘画不仅使用黄金,还使用透明油漆,清漆,密封剂,特殊发泡剂,金属粉末,化学活性成分。


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这张照片显示了人脑皮质的生长(在怀孕的第15周)。


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该图显示了视觉皮层。 这只是该艺术家宏伟照片的一部分,它描绘了750,000个神经元及其之间的联系。


如您所见,科学和艺术可以在传递信息的方式上相交。 而且,如果学术文章的枯燥乏味的语言吸引了很少的人,那么您可以利用艺术文化的经验来普及科学观念。


格雷格·邓恩(Greg Dunn)的画作在费城的富兰克林学院(Franklin Institute)展出,您可以在该项目的网站上观看视频 ,这些视频显示元素在不同亮点下的外观。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN406025/


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