Revel dans ces dessins merveilleux du père des neurosciences

Les images sont emblématiques de quiconque a plongé dans le vaste et énigmatique bassin des neurosciences: un délicat motif de ramifications émane de et entoure une petite tache noire. Des épaisseurs de trait variées suggèrent la structure tridimensionnelle décrite dans le dessin, qui rappelle un arbre à branches nues en hiver. Ce sont les dessins de neurones du neuroanatomiste espagnol Santiago Ramón y Cajal.

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En cinq décennies de travail, Cajal (1852-1935) a créé plus de 2 900 dessins détaillant l'architecture du système nerveux. D'innombrables heures d'observation attentive ont éclairé ces dessins et l'ont aidé à réaliser deux vérités fondamentales de la neuroanatomie. Tout d'abord, il en a déduit que le cerveau était constitué de nombreuses cellules individuelles, appelées neurones, plutôt que d'une structure de cellules fusionnées ressemblant à une toile d'araignée (point de vue de nombreux de ses contemporains). Deuxièmement, les signaux électriques générés par les cellules traversent les neurones dans une direction: les dendrites à branches reçoivent le pouls, le transmettent au corps de la cellule principale, puis le long de leurs axones - de longues projections pouvant relier des parties éloignées du cerveau.

Pour son travail, Cajal a partagé le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1906 avec Camillo Golgi, un italien qui a inventé la méthode de coloration des tissus que Cajal avait l'habitude de voir par neurones individuels. Incroyablement, il faudrait des décennies avant que d'autres chercheurs puissent confirmer ses vues sur la structure et la fonction du cerveau. Maintenant, il est annoncé comme le père de la neuroscience moderne.

"C’était un génie et un grand scientifique, qui était capable de voir ce que d’autres ne pouvaient pas", déclare Eric Newman, neuroscientifique de l’Université du Minnesota, qui a co-édité un nouveau livre sur Cajal, Le cerveau magnifique: Les dessins de Santiago Ramón y Cajal, avec ses collègues Alfonso Araque et Janet M. Dubinsky, également neuroscientifiques à l'université. Leur livre contient plus de 80 dessins de Cajal et accompagne une exposition itinérante qui s'ouvre le 28 janvier au Weisman Art Museum de Minneapolis.

Le cerveau magnifique: Les dessins de Santiago Ramon et Cajal

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Comme le livre et le spectacle le démontrent, Cajal était un artiste talentueux et son pouvoir d'observation le conduisit à devenir un titan de l'histoire des sciences.

La beauté des dessins de Cajal découle des pré requis complexes de la biologie des neurones et de la méthode de coloration de Golgi sombre que Cajal a perfectionnée, mais son travail contient quelque chose de plus. Beaucoup d'images sont si instructives qu'elles sont encore utilisées dans les cours de neurobiologie aujourd'hui. "Ses dessins sont toujours les meilleurs dessins", dit Newman. «Ils illustrent de nombreux points clés.» Même les technologies d’imagerie modernes ne peuvent surpasser l’élégance avec laquelle Cajal associe forme et fonction.

Le livre est divisé en quatre grandes sections. Le premier présente la ménagerie de différents types de cellules dans le cerveau, des neurones exubérants à la branche de Purkinje qui maintiennent le corps droit et équilibré à des neurones clairsemés qui régulent les contractions musculaires qui transportent les aliments dans l'intestin.

La deuxième section montre comment ces nombreuses cellules s’intègrent pour créer des systèmes sensoriels. Ici, les images de Cajal explorent comment le cerveau et les organes sensoriels reçoivent et traitent les odeurs, les images et les sons. La troisième section comprend des dessins de neurones travaillant ensemble dans des circuits, construisant des voies qui connectent différentes parties du cerveau ou provoquent certains comportements. La dernière section explore des images de cellules en croissance, division et mort.

Newman a écrit les légendes des images. "D'un dessin à l'autre, j'essaie de raconter une histoire pour que les gens puissent en apprendre davantage sur les neurosciences au fur et à mesure qu'ils lisent", explique-t-il. Mais ses explications sont loin d'être didactiques; au lieu de cela, l'histoire du système nerveux se déroule de manière convaincante, atténuée en grande partie par le traitement visuel du travail de Cajal.

«Certains des dessins que nous avons choisis principalement en raison de leur beauté», explique Newman. Ensuite, l'équipe a dû se plonger dans les revues et les articles scientifiques originaux de Cajal pour mieux comprendre le contexte et la signification de chaque dessin.

Le livre comprend également un essai de Larry W. Swanson, neurobiologiste à l'Université de Californie du Sud, et un autre co-écrit par Lyndel King, directeur et conservateur en chef du Weisman Art Museum, et Eric Himmel, rédacteur en chef de Abrams Books., l'éditeur.

Swanson explore la vie et les réalisations scientifiques de Cajal, le qualifiant de "personnage fascinant, multidimensionnel et plus grand que nature". King et Himmel explorent son art et ses méthodes. Les deux essais s'inspirent de l'autobiographie de l'homme, Recollections of My Life .

Autoportrait, réalisé par Cajal dans son laboratoire à Valence au début de la trentaine, v. 1885. (Avec la permission de l'Institut Cajal du Conseil supérieur des enquêtes scientifiques, Madrid, © 2017 CSIC) Autoportrait, pris par Cajal dans sa bibliothèque alors qu'il était dans la trentaine. (Avec la permission de l'Institut Cajal du Conseil supérieur des enquêtes scientifiques, Madrid, © 2017 CSIC) Quatre autoportraits réalisés par Cajal à l'âge de 34 ans, en 1886. (Avec la permission de l'Institut supérieur du gouvernement des investigations, Madrid, © 2017 CSIC)

Né en 1852 dans une petite ville du nord-est de l’Espagne, Cajal s’est décrit comme un étudiant pauvre, timide et insociable, écrit Swanson. Très jeune, il dessine de manière compulsive et veut être artiste. Son père, un médecin local, voulait qu'il soit médecin. Les deux se sont réconciliés lorsque Cajal a découvert à quel point le corps humain le fascinait et que son père a constaté à quel point ses dessins étaient excellents pour l'enseignement de l'anatomie. Cajal a fréquenté une école de médecine locale.

Après avoir contracté le paludisme pendant le service médical de l'armée, laissant Cajal trop faible pour devenir médecin praticien, il se tourna vers l'histologie, l'étude microscopique des tissus corporels. Cajal a écrit que l'histologie lui révélait le «bourdonnement de la ruche sans repos que nous avons tous en nous». Dans un laboratoire qu'il a lui-même construit, il a perfectionné son art. Une visite à Golgi en Italie lui a présenté la méthode à base d’argent qui colore quelques neurones aléatoires au noir profond, fournissant la base de ses dessins.

Cajal a souvent distillé des observations de centaines de neurones pour dessiner la structure élégante et singulière de son image finale. King et Himmel utilisent l'un de ses autoportraits pour imaginer sa journée type: Cajal est assis à une table et tient plusieurs microscopes, pose sa tête sur sa main et regarde le spectateur. Des étagères de produits chimiques dans des bouteilles en verre et des étoffes souillées sur la table témoignent des taches sur les tissus pratiqués sur les tissus animaux, notamment ceux de lapins, de grenouilles et de pigeons, ainsi que sur les tissus de cadavres humains.

Les essayistes expliquent que Cajal pourrait regarder au microscope devant lui et dessiner sur une petite surface de dessin sur le côté. Ils écrivent:

Il commence peut-être un dessin au crayon, puis plus tard, à l'encre de Chine, en y ajoutant des lavis d'encre ou de l'aquarelle pour les zones de tons. Souvent, il passait une matinée au microscope sans faire d’esquisse et s’en remémorait la mémoire l’après-midi, revenant au microscope pour confirmer et réviser ses observations; nous pouvons voir des traces du processus dans des zones blanchies qui ne lui plaisaient pas.

Ce processus laborieux était la clé des découvertes de Cajal. "On pourrait dire qu'il était simplement un meilleur observateur et capable d'interpréter ce qu'il regardait au microscope", a déclaré Newman.

Pour Newman, le travail de Cajal revêt une résonance particulière. Les propres recherches de Newman portent sur les cellules non neuronales du cerveau, appelées cellules gliales. Traditionnellement, ces cellules ont été considérées comme des cellules de soutien passives, les secondes violons aux neurones. Ce n’est que ces dernières années que cette idée a été renversée. Les cellules gliales sont des acteurs majeurs qui encouragent et éliminent les connexions entre neurones, aident à moduler la signalisation neuronale et régulent le flux sanguin dans le cerveau. Dans un autre exemple de sa perspicacité, Cajal a reconnu l’importance des cellules gliales il ya plus d’un siècle.

"Il a en fait proposé de nombreuses fonctions des cellules gliales que nous découvrons maintenant comme étant vraies", dit Newman.

Le livre se termine par un dernier essai de Dubinsky qui fournit et explique des images du cerveau et de ses structures créées à l'aide de techniques modernes et publiées dans des revues scientifiques aujourd'hui. Celles-ci incluent une souris Brainbow, qui porte des neurones fluorescents dans environ 100 couleurs différentes, et une reconstruction numérique de l'extrémité d'un axone - basée sur des microscopes à balayage électronique et des expériences d'identification de protéines - regorgeant de messagers chimiques en attente de débordement et d'envoi informations à la cellule suivante. Leur splendeur multicolore met en évidence ce que Cajal a bien fait ainsi que l’amélioration de la compréhension des scientifiques depuis son époque.

Même les scientifiques timides peuvent apprécier la splendeur visuelle des dessins de Cajal et la profondeur avec laquelle ils éclairent les mystères du cerveau, qui peuvent sembler aussi intimidants que l'univers lui-même. "Quand nous regardons ses dessins aujourd’hui", écrivent King et Himmel dans leur essai, "nous ne voyons pas de diagrammes ni d’arguments, mais la première image claire de cette frontière lointaine, dessinée par l’homme qui s’est rendu jusqu'au bout de son infini."

The Beautiful Brain a été publié le 17 janvier et est disponible à l'achat. La seconde exposition présentant les dessins originaux de Cajal se tiendra du 28 janvier au 21 mai au Weisman Art Museum de Minneapolis. Tout au long de cette année et jusqu'au printemps 2019, elle se rendra à Vancouver, au Canada; La ville de New York; Cambridge, Massachusetts; et enfin Chapel Hill, Caroline du Nord.