Le cerveau humain, avec toutes ses prouesses et ses capacités créatrices pour résoudre les problèmes, est-il assez puissant pour se comprendre? Rien dans l'univers connu (à l'exception de l'univers lui-même) n'est plus complexe; le cerveau contient environ 100 milliards de cellules nerveuses, ou neurones, qui peuvent chacun communiquer avec des milliers d'autres cellules du cerveau.
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Parce que nous, primates, sommes avant tout des créatures visuelles, le meilleur moyen de donner un sens au cerveau est peut-être de le voir clairement. C’est l’objectif depuis 125 ans, depuis que le scientifique espagnol Santiago Ramón y Cajal a commencé à utiliser une tache qui a marqué les neurones individuels. Il examina au microscope les cellules colorées et les projections en forme de branche avec lesquelles elles se connectaient à d'autres neurones. «Ici, tout était simple, clair et sans confusion», a-t-il écrit à propos de ses observations, le début de la neuroscience moderne.
Les scientifiques ont depuis mis au point des méthodes permettant de déterminer les tâches spécifiques dans lesquelles différentes régions du cerveau se spécialisent - certains neurones, par exemple, consacrés au traitement de la vision, détectent uniquement les lignes horizontales, tandis que d'autres détectent un danger ou produisent un discours. Les chercheurs ont créé des cartes décrivant comment les régions du cerveau non adjacentes sont reliées par de longues étendues de projections cellulaires appelées axones. Les techniques les plus récentes du microscope révèlent que les neurones changent de forme en fonction de l'expérience, enregistrant potentiellement une mémoire. La capacité de voir le cerveau sous un jour nouveau a donné lieu à une foule de connaissances au cours des dernières décennies.
Maintenant, les incursions des scientifiques dans cet univers sont utilisées à des fins différentes - en tant qu’objets d’art. Carl Schoonover, neuroscientifique en formation à la Columbia University, a rassemblé des images intrigantes du cerveau pour un nouveau livre, Portraits of the Mind (Abrams). «Ce sont de vraies données, pas des interprétations d'artistes», dit-il. «C'est ce que les neuroscientifiques examinent dans leurs microscopes, leurs appareils IRM ou leurs systèmes d'électrophysiologie. Les neurosciences existent grâce à ces techniques. "
En empruntant un gène de méduse fluorescente et en l'insérant dans l'ADN de vers ou de souris du laboratoire, les scientifiques ont fait briller les neurones. La technique de coloration de Cajal ne fonctionnait que sur le tissu post mortem et elle marquait les neurones au hasard, mais les nouveaux colorants ont permis aux scientifiques «d'étudier les neurones dans des animaux et des tissus vivants », note Joshua Sanes de l'Université de Harvard dans un essai du livre.
Une des méthodes les plus récentes repose sur un gène qui rend les algues sensibles à la lumière. Faire la lumière sur les neurones contenant le gène peut modifier leur comportement. «Les avancées nous permettent de manipuler les activités de cellules individuelles et de types de cellules en utilisant des faisceaux de lumière», écrit Terrence Sejnowski de l'Institut Salk pour les études biologiques.
Le cerveau reste mystérieux, mais les motifs de ces images - riches tours de connexions neuronales, symétries inattendues et couches de structure - incitent les scientifiques à croire qu'ils le déchiffreront encore. Pour sa part, Schoonover espère "inciter les lecteurs à penser qu'il est utile d'essayer de comprendre quelles sont les images et pourquoi elles sont si belles".
Laura Helmuth est rédactrice en chef chez Smithsonian .
Les photographies sont tirées de Portrait of the Mind: Visualiser le cerveau de l'Antiquité au XXIe siècle par Carl Schoonover, publié par Abrams.
L'hippocampe richement stratifié est l'endroit où les souvenirs sont créés. Les trois composants principaux de l'hippocampe dans ce cerveau de souris sont en lettres. (Tamily Weissman, Jeff Lichtman et Joshua Sanes (2005) / Abrams Books) 
Dans les bonnes conditions, les motifs émergent de la complexité monumentale du cerveau. L'une des applications les plus récentes de l'imagerie par résonance magnétique suit le flux d'eau dans les cellules, révélant des voies neurales qui établissent des connexions à longue distance dans le cerveau. Dans cette image d'un cerveau, les voies bleues se situent entre le haut et le bas, le rouge entre la droite et la gauche et le vert entre l'avant et l'arrière. (Patric Hagmann (2006) / Abrams Books) 
L'imagerie cérébrale a évolué de l'anatomie globale aux circuits complexes. Dans ce premier diagramme neuroscientifique connu d'Ibn al-Haytham, vers 1027, les yeux et les nerfs optiques sont illustrés. (Ibn al-Haytham (vers 1027) / Gracieuseté de la bibliothèque Süleymaniye, Istanbul / Abrams Books) 
Dessin de 1914, réalisé par Santiago Ramón y Cajal, représentant un corps de neurone charnu, enlacé par des vrilles provenant d'autres neurones. (Santiago Ramón y Cajal (1914) / Gracieuseté du Dr Juan A. de Carlos, Héritage Cajal, Institut Cajal (CSIC) / Abrams Books) 
La forme que prend un neurone est déterminée par sa fonction, ainsi que la manière dont un groupe de neurones est organisé. On voit ici des amas oblongs brillants dans une partie du cerveau de la souris sensible au toucher; chacun traite les signaux neuronaux provenant d'une moustache différente. (Lasani Wijetunge et Peter Kind, 2008 / Abrams Books) 
Toute cette activité cérébrale, à la base de certaines techniques d'imagerie, repose sur un réseau dense de vaisseaux sanguins délicats. (Alfonso Rodríguez-Baeza et Marisa Ortega-Sánchez (2009) / Abrams Books) 
Ce n'est pas de l'art abstrait, c'est une représentation de l'activité neuronale dans le cerveau d'un singe. Cette partie du cerveau, appelée cortex visuel, est l'une des premières parties du cerveau à recevoir des informations des yeux. Le cortex visuel est réglé sur des formes simples, comme des lignes droites. On a montré au singe des lignes à différentes orientations, et les différentes couleurs représentent des morceaux de cortex particulièrement intéressés par un type de ligne donné. Les groupes de neurones surlignés en vert, par exemple, sont actifs lorsque le singe voit une ligne verticale; Les groupes de neurones jaunes sont accordés sur des lignes horizontales. (Gracieuseté de Yevgeniy B. Sirotin) 
Lorsque le cerveau fonctionne bien, les différentes parties sont reliées par de longues fibres appelées axones (voir photo 2). Mais lorsque le cerveau est endommagé (comme dans cette image d'un patient ayant subi un accident vasculaire cérébral dans une partie du cerveau appelée thalamus), les connexions se brisent. (Gracieuseté de Henning U. Voss) 
Les neurones communiquent les uns avec les autres en libérant des produits chimiques, tels que la dopamine, contenus dans des poches appelées vésicules. Les vésicules, que l'on voit ici dans une cellule de fibroblaste, ont un revêtement externe géodésique qui apparaît finalement à travers le côté de la cellule et libère son message chimique devant être détecté par les voisins de la cellule. (Image produite par John Heuser, MD) 
Nos cellules sont entourées d'un échafaud de protéines qui maintient la forme de la cellule. Au microscope électronique, les fibres de protéines appelées filaments d’actine ressemblent à des cordes tressées. (Image produite par John Heuser, MD) 
L'hippocampe est le siège de la mémoire. Si elle est endommagée, vous pouvez vous souvenir de choses qui se sont produites longtemps avant la blessure, mais vous ne pourrez pas créer de nouveaux souvenirs. (Gracieuseté de Thomas Deerinck et Mark Ellisman) 
Remerciez le cervelet - le lobe alambiqué de tissus à l’arrière et au bas du cerveau - de votre capacité à danser ou à faire du vélo. Tout est question de coordination motrice. Dans cette tranche colorée de tissu cérébelleux, les cellules de soutien appelées cellules gliales sont en bleu et les cellules appelées neurones de Purkinje sont en vert. Les neurones de Purkinje sont parmi les plus gros neurones du cerveau et possèdent de vastes réseaux de projections ramifiés appelés dendrites. (Gracieuseté de Thomas Deerinck et Mark Ellisman) 
Il y a quelques années, les neuroscientifiques ont découvert comment transformer deux protéines fluorescentes qui brillaient en vert ou en rouge en un arc-en-ciel de différentes couleurs pouvant être incorporées dans des neurones individuels. Ici, la technique est utilisée pour colorer les cellules du cervelet. Le résultat? Un "brainbow" (La souris Brainbow a été produite par J. Livet, TA Weissman, H. Kang, RW Brouillon, J. Lu, RA Bennis, JR Sanes et JW Lichtman) 
L’hippocampe en couches denses, qui s’avère crucial pour la mémoire, fait l’objet de ce dessin de 1895 de Joseph Jules Dejerine. (Photographie de Dwight Primiano, Anatomie des centres nerveux . Paris, Rueff, 1895-1901) 
Le livre de Carl Schoonover comprend des essais de certains des plus grands neuroscientifiques du monde. (Gracieuseté d'Abrams Books)
