Нейромистецтво навіщо створюють картини з нейронів мозку
Мистецтво та наука рідко перетинаються. Коли це відбувається і прикладне дослідження, зрозуміле лише фахівцям, збагачується візуальними образами, наука набуває більше уваги обивателів. Порівняйте самі: дослідження мозку по всьому світу ведуться щодня, але графіки, діаграми та рентгенівські знімки не викликають у нас сильних емоцій. 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, які відповідають за мислення.
Картографія мозку
Вчені з Allen Institute for Brain Science у Сіетлі створили карту, яка детально відображає взаємозв'язки між клітинами мозку миші. До створення таких 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 поширювався по всьому мозку. В результаті карта взаємозв'язків, що відбуваються в одній із 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.
Щоб створити карту мозку миші, на екран перед їхніми очима виводили горизонтальні та вертикальні лінії – нейрони реагували на ці візуальні сигнали. Потім було зроблено ультратонкі зрізи мозку. Це дозволило отримати численні зображення нейронів та синапсів, які буливикористано у створенні 3D-моделі.
Мозок як найголовніша загадка
Досі немає повної карти людського мозку. Є кілька підходів до вирішення цього завдання. Один із способів полягає в розшифровці шляху, якими 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 багато часу, але є способи прискорити його. Наприклад, можна використовувати різні фарби, що дозволяють помічати кольором різні нейрони та зв'язки, щоб їх було краще видно. У проекті EyeWire будь-якому користувачеві у форматі гри пропонують розфарбувати нейронні зв'язки на картинці з реальними нейронами сітківки ока, зняті електронним мікроскопом. Ось так наука досягає прогресу через гейміфікацію.
Полотно та фарби нейронних зв'язків
Випускник факультету нейробіології університету Пенсільванії Грег Данн прибрав з рівняння науковий пошук та сконцентрувався на візуальній складовій. Він почав малювати нейрони в стилі японського акварельного живопису сумі-е (це вид монохромного живопису, в якому традиційно присутні лише два кольори).
Данн спочатку вивчає реальне зображення нейронів, потім переносить основні контури 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 незмальовує реальне зображення — домогтися такої ж хитромудрої структури вкрай складно, якщо просто копіювати вихідне зображення.
Якщо подути на краплю чорнила, візерунки її розтікання по поверхні будуть випадковими, залежать від повітряних завихрень, форми паперу, мікроскопічних перешкод - розгалуження на малюнках виходять такими, як реальні розгалуження нервових клітин.
У цій роботі Дан переніс зображення на метал за допомогою методу фотолітографії. Гравюру вкрили сусальним золотом. Техніка дозволяє витравити копії клітинних мікроструктур у найтонших золотих пластинах, кожна з яких відбиває світло під певним кутом.
В основу цих робіт лягла техніка нейровізуалізації брейнбоу (brain – мозок, rainbow – веселка), в якій використовують флюоресцентні білки для фарбування пов'язаних один з одним нейронів. На малюнках показана варіація брейнбоу-фарбування гіпокампу (ключової структури дорослого нейрогенезу) у чотирьох кольорах.
Якщо поглянути на гіпокам у різних наукових працях, можна порівняти рівні візуалізації об'єктів. Тут гіпокамп (ліворуч) та цілий мозок миші (праворуч), пофарбовані цілком. На зображенні гіпокампа клітини, що діляться, позначені червоним. Рожевий - нюхова цибулина, фіолетовий - субвентрикулярна зона і ростральний міграційний шлях, помаранчевий - гіпокамп, жовтий - поверхня мозочка.
Більшість робіт Данна присвячена нейронам, проте він приділяє увагу ііншим клітинам. На малюнку вище ви бачите зображення спинного мозку.
У картинах використовується не лише золото, а й прозорі фарби, лаки, герметики, спеціальні спінювачі, металеві порошки, хімічно активні інгредієнти.
На цій картині зображена кора головного мозку людини, що росте (на 15-му тижні вагітності).
Цей малюнок показує зорову кору. Це лише частина однієї грандіозної картини художника, на якій зображено 750 000 нейронів та зв'язки між ними.
Як бачите, наука та мистецтво можуть перетинатися у способах передачі інформації. І якщо суха мова академічних статей мало приваблює людей, то для популяризації наукових ідей можна скористатися досвідом художньої культури.