神经科学的艺术

墨水、水彩和铅笔似乎不是神经科学家必不可少的工具。然而，这些正是现代神经科学之父圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔用来发现神经元是大脑主要功能单元的工具。他对脑细胞错综复杂的描绘就像一面透镜，他可以通过它来检查脑细胞的结构如何决定其功能。

拉蒙-卡哈尔在 19 世纪末和 20 世纪初的素描与充斥着大多数现代教科书的平淡插图截然不同。它们本身就是艺术品——精致的黑色墨水卷须从单个细胞体中分叉出来，并与相邻的神经元缠绕在一起。它们至今仍因其展现神经系统内在美的力量而受到赞誉。

今天的插图工具更加技术化。科学家使用化学染色剂为细胞注入荧光，或使用成像机器用色彩爆发来突出大脑活动。但结果往往是相同的：壮观的视觉效果，帮助我们更好地了解我们内心世界的运作方式。

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在研究过程中收集的图像很少有逃脱实验室的，但年度神经科学艺术竞赛有助于将其中一些图像公之于众。该竞赛由荷兰神经科学研究所的 Tycho Hoogland、Chris Klink 和 Cathrin Canto 组织，旨在表彰一位大奖得主和四位荣誉提名奖得主，这些奖项来自广泛的参赛作品，所有参赛作品都旨在以某种方式将艺术与科学结合起来。接下来是今年参赛作品的子集——一些获奖作品，以及我们认为特别美丽或具有启发性的其他作品。所有提交的作品都可以在 http://aon.nin.knaw.nl 上查看。

大奖得主

1. 互波机器

点击或轻触放大

您被黑暗笼罩。一束光在您面前喷射而出，投射到半透明的白色屏幕上。当它聚集成一张脸——您的脸时，它会跳动。这种奇观是互波机器的盛大结局，只有当合作伙伴一起坐在机器内部时才能看到，他们可以真正达到相同的波长。头戴式耳机使用微小的脑电图监测器测量每个人的脑电波。当他们的频率对齐时，投影光中会出现图案。同步性越高，图像越生动，逐渐变形为他们面部的图像。

纽约大学和荷兰乌得勒支大学的研究员 Suzanne Dikker 和艺术家 Matthias Oostrik 创作了这个装置，该装置现已在世界各地展出。它使通常是模糊的事物变得直接：两个人之间的个人联系。

荣誉提名奖

2. 轴突的形状

一种名为髓磷脂的蛋白质包裹轴突，使其成为更好的导电体。在这张由牛津大学 MRI 物理学博士后 Michiel Kleinnijenhuis 准备的横截面图中，一组单独的轴突呈现红色，周围包裹着白色的髓磷脂鞘。该视图使人们更容易看到它们可变的大小和形状。轴突的直径和密度以及其他特性，决定了它的工作效果，是研究大脑功能的有用指标。

3. 揭穿大脑神话

大脑非常复杂，关于大脑的神话也层出不穷：我们只使用了大脑的 10%。左脑型人更理性，右脑型人更具艺术性。有一种激素使我们坠入爱河。等等。荷兰阿姆斯特丹自由大学的神经科学家 Rhiannon Meredith 制作了一个视频系列，可通过 YouTube 观看，以澄清事实。这张静止图像来自最后一个视频，该视频解释了为什么大脑训练游戏不会提高您的整体智力。人们认为，学习新事物只会改变直接参与该活动的细胞，如图所示。

4. 北极光

在这位法国艺术家 Alicia Lefebvre 的画作中，海马体切片类似于著名的北极光。这个大脑区域具有明确定义的层，每一层都具有特定类型的细胞，此处以不同的色调描绘。这些细胞在记忆巩固过程中发挥着相对不同的作用——大脑将记忆从短期转换为长期的过程。该区域也是阿尔茨海默病中最早受损的区域之一。

5. 灵魂之蝶

圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔将神经元描述为“神秘的灵魂之蝶”，研究助理 Robin Scharrenberg 说，当他在德国汉堡-埃彭多夫大学医疗中心汉堡分子神经生物学中心研究小鼠锥体细胞（如图所示）时，这句话一直萦绕在他的脑海中。他试图了解这些细胞（新皮层中最常见的神经元之一）的结构变化如何导致类似于自闭症谱系障碍中发现的功能变化。从这张图像中可以清楚地看出，锥体细胞通常具有一个长轴突，该轴突延伸出去向其他细胞传递信号，以及较短的分支状树突，这些树突靠近细胞体以接收信息。

编辑精选

也许最好的艺术作品是那些揭示其内容真实性的作品。大众科学-思想 编辑选择以下图像不仅是因为它们的视觉吸引力，还因为它们揭示了大脑的奥秘。它们代表了一系列科学思想和成像技术，并且位于艺术和神经科学的交叉点。

6. 声音的突触感知

当我们听到声音时，声音会以空气中的物理波的形式进入耳朵，但必须变成化学信号才能被我们的大脑理解。毛细胞（此处以绿色显示）执行关键的转换。这些细胞具有微小的手指状突起，当波浪经过它们时，这些突起会摆动。这种运动会打开和关闭细胞中微小的通道，启动电信号——进而变成化学神经递质信号——传递到大脑的听觉处理区域进行解释。荷兰格罗宁根大学医疗中心的神经科学家 Sonja Pyott 使用荧光标记来突出每个结构，作为她预防和逆转听力损失研究的一部分。

7. 星状神经节着火

在章鱼的大脑和周围神经系统之间，存在着一组称为星状神经节的神经，此处以红橙色显示。只有两条外套神经与星状神经节相连。切断其中一条会消除肌肉控制，但由于其先进的再生能力，章鱼可以在短短几个月内重新长出神经并恢复连接。这张由意大利那不勒斯安东·多恩动物学站的博士生 Pamela Imperadore 创作的图像显示了一个星状神经节，仅在一条神经被切断几天后。

8. 注定消逝的瞬间

这张图像中散布的黑色看起来像是无害的油漆飞溅，但实际上是阿尔茨海默病背后的主要诱因之一。淀粉样斑块——在神经元之间的空间中形成的一团团错误折叠的蛋白质——可以在正常大脑中发展。但是，如果它们没有被清除并开始积累，它们就会扰乱大脑功能。这张由澳大利亚昆士兰脑研究所的显微镜设备经理 Luke Maninov Hammond 拍摄的图像来自 Jürgen Götz 及其同事进行的一项研究，该研究调查超声波是否可以减少小鼠大脑中的淀粉样斑块。红色和蓝色的小胶质细胞（大脑中主要的免疫细胞类型）与黑色斑块形成对比。

9. 大脑印象派

这个黑色、粗糙的神经元漂浮在粉红色的海洋中，像一棵垂死的树——事实上，它正在退化。它的颜色来自一种称为氨基银铜的染色剂，最初用于识别神经退行性疾病，因为只有垂死的神经元才会吸收它。阿根廷梅赛德斯和马丁·费雷拉医学研究所的神经科学家 Soledad de Olmos 通过用病毒感染小鼠来制作这张图像，该病毒会导致大脑炎症，从而使神经元过于兴奋。这种过度兴奋会引起兴奋性毒性，神经细胞会频繁放电以至于损害自身结构。兴奋性毒性与许多神经退行性疾病有关，例如阿尔茨海默病、多发性硬化症和肌萎缩侧索硬化症。

10. 心灵空间

在这张图像中，艺术家 Elizabeth Jameson 回收了用于诊断和追踪她自身多发性硬化症病例的大脑扫描图像。这张特殊的扫描图像是一种称为弥散张量成像的 MRI 类型，用于观察大脑中物质的流动。当 Jameson 摆弄扫描图像时，她偶然发现了这张心的图像，这让她瞬间感到惊奇。她说，这种爱的象征和同情心被嵌入到她患病大脑的分析扫描图像中，让她感到振奋。