Мистецтво і наука рідко перетинаються. Коли це відбувається, і прикладне дослідження, зрозуміде лише фахівцям, збагачується візуальними образами, наука отримує більше уваги. Порівняйте самі: дослідження мозку по всьому світу ведуться щодня, але графіки, діаграми і рентгенівські знімки не викликають у нас сильні емоції. Однак, як тільки з'являються барвисті малюнки, що ілюструють вплив на мозок, новина отримує великий відгук. Поза контекстом наукових відкриттів нам просто подобається дивитися на роботу внутрішніх органів, особливо цікаво стежити за функціонуванням півкуль, що відповідають за мислення.

Картографія мозку



Коннектом мозку миші

Вчені з Allen Institute for Brain Science в Сіетлі створили карту, яка детально відображає взаємозв'язок між клітинами мозку миші. До створення такого роду картин не додумався б жоден художник - дослідники вводили флуоресцентний вірус зеленого кольору в певну зону мозку живої миші. Вірус заражав нейрони поблизу місця ін'єкції, і через три тижні розповсюджувався по всьому мозку. В результаті карта взаємозв'язків, що відбуваються в одній з областей мозку, відображалася у вигляді зеленої флуоресцентної сітки заражених нейронів.



Навіть «звичайні» карти мозку вражають. Вчені з Університету штату Каліфорнія в Берклі розробили інтерактивну карту, яка показує, де зберігаються значення певних слів, а також як пов'язані слова та їх значення.



Найбільшу в світі тривимірну карту нейронних мереж кори головного мозку опублікували нейробіологи з Інституту Аллена, Гарвардської медичної школи і NERF (дослідницького проекту в сфері нейроелектронікі). Розробка карти зайняла більше десяти років: дослідники проаналізували колосальні масиви даних по мозкової активності, і це дозволило встановити взаємозв'язок між структурою і функціями мозку.

Щоб створити карту мозку миші, на екран перед їх очима виводили горизонтальні і вертикальні лінії - нейрони реагували на ці візуальні сигнали. Потім були зроблені ультратонкі зрізи мозку. Це дозволило отримати численні зображення нейронів і синапсів, які були використані в створенні 3D-моделі.

Мозок як найголовніша загадка



До сих пір не існує повної карти людського мозку. Є кілька підходів до вирішення цього завдання. Один із способів полягає в розшифровці шляху, яким електричні сигнали подорожують між нейронами, коли мозок виконує певні функції. Проблема в тому, що кожну скибочку завтовшки п'ятдесят мільярдних часток метра доводиться ретельно фотографувати за допомогою електронного мікроскопа, а потім програмно намагатися відновити зв'язки між нейронами поштучно.

Процес займає дуже багато часу, але є способи прискорити його. Наприклад, можна використовувати різні фарби, що дозволяють позначати кольором різні нейрони і зв'язку, щоб їх було краще видно. У проекті EyeWire будь-якому користувачеві в форматі гри пропонують розфарбувати нейронні зв'язки на зображенні з реальними нейронами сітківки ока, зняті електронним мікроскопом. Ось так наука домагається прогресу через Гейміфікація.

Полотно і фарби нейронних зв'язків



Випускник факультету нейробіології університету Пенсільванії Грег Данн прибрав з рівняння науковий пошук і сконцентрувався на візуальній складовій. Він почав малювати нейрони в стилі японської акварельного живопису сумі-е (це вид монохромного живопису, в якій традиційно присутні тільки два кольори).



Стовпчаста структура кори головного мозку. Золото, чорнило, проявник, слюда на алюмінієвій панелі

Данн спочатку вивчає реальне зображення нейронів, потім переносить основні обриси на папір і починає створювати картину. Щоб точніше передати особливості структур нейронних зв'язків, художник використовує напилення чорнила на неабсорбуючий папір. При цьому він більше імпровізує, а не змальовує реальне зображення - домогтися такої ж хитромудрої структури вкрай складно, якщо просто копіювати вихідне зображення.



Корзинчаті і пірамідальні нейрони (у яких вгору веде великий апікальний дендрит, є один аксон, що йде вниз, і безліч базальних дендритів) в руховій корі головного мозку. Чорнило на 22-каратному золоті

Якщо подмухати на краплю чорнила, візерунки її розтікання по поверхні будуть випадковими, залежними від повітряних завихрень, форми паперу, мікроскопічних перешкод - розгалуження на малюнках виходять такими самими, як реальні розгалуження нервових клітин.



Схема кори великих півкуль. Гравюра золотом на сталі

У цій роботі Данн переніс зображення на метал за допомогою методу фотолітографії. Гравюру покрили сусальним золотом. Техніка дозволяє витравити копії клітинних мікроструктур в найтонших золотих пластинах, кожна з яких відображає світло під певним кутом.



В основу цих робіт лягла техніка нейровізуалізації брейнбоу (brain - мозок, rainbow - веселка), в якій використовують флюоресцентні білки для забарвлення пов'язаних один з одним нейронів. На малюнках показана варіація брейнбоу-забарвлення гіпокампу (ключовий структури дорослого нейрогенезу) в чотирьох кольорах.



Якщо поглянути на гіппокам в різних наукових роботах, то можна порівняти рівні візуалізації об'єктів. Тут гіпокамп (зліва) і цілий мозок миші (праворуч), пофарбовані повністю. На зображенні гіпокампу діляться клітини позначені червоним. Рожевий - нюхова цибулина, фіолетовий - субвентрікулярной зона і ростральними міграційний шлях, помаранчевий - гіпокамп, жовтий - поверхня мозочка.



Велика частина робіт Данна присвячена нейронам, проте він приділяє увагу і іншим клітинам. На малюнку вище ви бачите зображення спинного мозку.



Мозочок. Золото, фарби, емаль на алюмінізованной панелі

У картинах використовується не тільки золото, а й прозорі фарби, лаки, герметики, спеціальні піноутворювача, металеві порошки, хімічно активні інгредієнти.



На цій картині зображено зростаюча кора головного мозку людини (на 15-му тижні вагітності).



Цей малюнок показує зорову кору. Це лише частина однієї грандіозної картини художника, на якій зображені 750 000 нейронів і зв'язку між ними.

Як бачите, наука і мистецтво можуть перетинатися в способах передачі інформації. І якщо суха мова академічних статей мало приваблює людей, то для популяризації наукових ідей можна скористатися досвідом художньої культури.

Картини Грега Данна експонуються в Інституті Франкліна в Філадельфії, а на сайті проекту можна подивитися відеозаписи, які показують, як елементи виглядають під різними підсвічуваннями.