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Composé de dizaines de milliards de cellules nerveuses capables d’établir chacune plusieurs milliers de contacts, le cerveau est un chef-d’œuvre de complexité ! Chaque seconde, ces neurones communiquent selon une chorégraphie très fine et précise. Le docteur en neurosciences Greg Dunn ainsi que le docteur en physique Brian Edwards, tous deux également artistes, ont développé le projet Self Reflected.
 
Ce projet artistique a pour but ambitieux d’élucider la nature de la conscience humaine. Pour cela, ils ont mis au point une nouvelle technique, appelée microgravure, afin de modéliser les connexions neuronales. L’œuvre a mis pas moins de deux ans à être conçue à l’institut Franklin de l’université de Pennsylvanie, en collaboration avec des doctorants et des scientifiques spécialistes du cerveau, en vue d’obtenir des scanners et des cartes du cerveau suffisamment précises, qui en constituent la base. En utilisant des algorithmes, Greg Dunn et Brian Edwards ont ensuite modélisé la façon dont s’anime le circuit neuronal. Et afin de recréer au mieux l’activité neuronale, les auteurs ont intentionnellement inséré du hasard dans leur algorithme.
 
L’œuvre, dans un premier temps numérique, est imprimée en haute définition sur des transparents puis gravée sur une résine photosensible aux ultraviolets en utilisant des techniques de photolithographie. Les parties transparentes laissent passer la lumière sur la résine qui polymérise et durcit sous son action, alors que les impressions noires l’empêchent de passer, protégeant ainsi la résine qui ne polymérise pas. Les plaques de résine sont ensuite passées dans un bain basique afin d’éliminer la résine non polymérisée et de ne garder que les parties durcies, créant ainsi une surface tridimensionnelle de l’impression initiale. Le résultat obtenu est alors passé à la feuille d’or afin d’augmenter la réflectivité de la surface tout en conservant ses moindres détails puisque la feuille d’or est très fine. 

 

© Greg Dunn & Brian Edwards

Pas moins de 25 plaques gravées en 3D ont été nécessaires pour réaliser cette œuvre représentant une coupe sagittale de cerveau humain qui permet de visualiser le maximum de structures cérébrales.  Les différents types de neurones constituent ces différentes structures (jusqu’à 100 catégories différentes !) ont tout d’abord été dessinés à la main (environ 500 dessins !) avant d’être numérisés (forme, taille, connectivité et autres caractéristiques). Les axones ont été recréés à partir de données de tractographie dont nous avons déjà parlé sur ce blog.
 
Des ensembles neurones-axones ont tout d’abord été dessinés à la main, de façon à modéliser la connectivité dans les structures cérébrales, avant d’ajouter numériquement les simulations algorithmiques pour créer les reliefs nécessaires à la simulation de l’activité neuronale avec de la lumière. Des LED (light-emitting diode) de différentes couleurs illuminent l’œuvre finale, simulant l’activité des neurones au sein et entre les structures cérébrales. Les neurones prennent alors vie et se mettent à frémir, fascinant !

Cette vidéo montre l’activité des neurones au sein de la gravure, créée grâce aux microgravures qui façonnent des crêtes microscopiques sur une feuille réfléchissante afin de capter et de réfléchir la lumière sous certains angles. Lorsque la lumière des LED se déplace, l’image semble alors s’animer, comme si les neurones s’activaient !
 
 
Pour plus de détails, voici la présentation au public de l’œuvre à l’institut Franklin (vidéo en anglais) :

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Alexandra Gros est docteure en neurosciences (Institut des neurosciences Paris-Saclay). Au cours de sa thèse, elle s’est intéressée au rôle de la neurogenèse adulte hippocampique dans les processus d’apprentissage et de mémoire, notamment épisodique. Alexandra est actuellement chercheuse post-doctorante à l’université d’Édimbourg où elle étudie comment la mise en mémoire et la persistance de souvenirs d’événements de la vie courante peuvent être affectées par un apprentissage ultérieur. Pour cela, elle cherche à élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-tendant ces processus, notamment via des mécanismes de « tagging » des neurones et synapses en utilisant l’expression des gènes immédiats précoces.