Ткань жизни

Художники: Владлена Громова, Артём Парамонов
Учёный: Александр Журавлёв
О проекте
Лаборатория нейрогенетики
Художественно-научное исследование эволюционных и межвидовых связей, которые визуализируются и материализуются в реальном времени автоматизированной вязальной машиной. Камера захватывает лицо зрителя, программа обрабатывает изображение, осуществляя морфинг между фотографией зрителя и фотографией дрозофилы, и превращает получившееся изображение в узор для вязания. Основой для алгоритма морфинга служит точечная матрица, построенная в результате анализа и проверки совпадений между генами плодовой мушки Drosophila melanogaster и человека методами биоинформатики. Исследование гомологий позволило выявить общие фрагменты ДНК, т.е. вычислить специфичные последовательности из 16 нуклеотидов, которые можно рассматривать как «атом эволюции» для двух видов, разошедшихся около 500 млн. лет назад. Материализуя связи между видами, подключая родственные на уровне кода процессы и технологии (вязание, точечные матрицы, электронные устройства, программирование), мы пытаемся обратить страх межвидовой трансформации в «теплый» дизайн повседневных вещей, встроенный в игру с традицией и культурой. Однако процессы вязания и создания узора больше не нуждается в руках человека, они делегируются машинам, алгоритмам и нейросетям, у которых остается возможность совершить ошибку.
▼ подробнее ▼
«Ткань жизни» – художественно-научное исследование и технологический объект, материализующий и визуализирующий эволюционные и межвидовые связи в реальном времени.

Объект состоит из вязальной машины, системы электронной автоматизации процесса вязки, компьютера, видеокамеры и разработанного для генерации образов и контроля над процессом вязания программного обеспечения.

В основе исследования лежат следующие задачи:
1. Изучить сходные последовательности Х хромосомы разных биологических видов, давно разошедшихся в эволюции.
2. Обнаружить единую основу живых и технологических систем на уровне кода.
3. Материализовать и сделать видимыми эти связи в человеческом масштабе, включив их в эволюцию образов в культуре.

Для реализации первой задачи мы обратились к изучению гомологий в генах разных биологических видов, прочно связанных экспериментальными исследованиями современной генетики. Мы попытались обнаружить следы общей предковой формы человека и дрозофилы, существовавшей около 500 млн. лет назад, и посмотреть, какие сходные последовательности имеют Х хромосомы двух видов. Для этого c использованием программы Homology Segment Analysis (Журавлев А.В., Захаров Г.А.) мы дефрагментировали ген-кодирующие последовательности хромосомы человека, получив серию коротких фрагментов, затем попытались локализовать эти фрагменты в пределах участков хромосомы дрозофилы длиной 10 тыс. пар нуклеотидов. При этом важно использовать фрагменты определенной длины. Слишком короткие фрагменты могут обнаруживаться случайным образом в хромосоме в любой позиции, и картина таких совпадений не будет отражать реального эволюционного родства между генами. Слишком длинные последовательности, напротив, не будут обнаружены в составе генов дрозофилы, потому что в эволюционном процессе осуществляется замена нуклеотидов и крайне редко последовательность ДНК на протяженном участке остается совершенно неизменной. В качестве независимого критерия эволюционного родства участков хромосом человека и дрозофилы использовали данные, полученные с помощью биоинформационного ресурса BLAST. Таким образом было показано, что наиболее специфичная картина эволюционного родства Х хромосом человека и дрозофилы получается при перекрытии их непрерывными фрагментами длиной 16 нуклеотидов. Фрагменты такой длины условно можно назвать «атомами эволюции», поскольку при всех мутациях и перестройках генома они демонстрируют относительную стабильность, воспроизводясь в Х хромосомах человека и дрозофилы на далеком эволюционном расстоянии.

Наиболее простым способом визуализации генетических совпадений в биоинформатике является точечная матрица сходства (dotplot), которая позволяет выявить или отобразить гомологии в последовательностях разных генов. Если один фрагмент гена разместить по оси x, а другой – по оси y, то на пересечении, где ху совпадают – будет 1, где не совпадают – 0. Создав точечную матрицу совпадений для последовательностей из 16 нуклеотидов в Х хромосоме человека и дрозофилы, мы получили отражение эволюционных связей двух видов в бинарной системе.

Через бинарный код, способный симулировать и отражать возможные и невозможные проявления реальности, мы реализовали вторую задачу. Двоичный код является связующей основой между естественными и искусственными (живыми и неживыми) ее компонентами. В инсталляции «Ткань жизни» соединены технологии, основанные на двоичном коде – электронные устройства, программирование и вязание. Камера «захватывает» лицо зрителя (для распознавания образов задействована нейросеть), алгоритм программы накладывает «захваченный» образ на изображение дрозофилы, а точечная матрица гомологий лежит в основе алгоритма процесса трансформации одного изображения в другое. Полученный результат обрабатывается в программе для вязания, превращая образ в двухцветный жаккардовый рисунок с «генетическим» узором. Вариативность узора обеспечивается за счет различий в лицах людей и дрозофил, а также в результате ошибок нейросети, обнаруживающей лица во фрагментах интерьера.

Совмещая технологии, основанные на двоичной системе, через симуляцию метаморфозы двух биологических видов, мы создаем материальный объект, наполняющий акт трансформации социокультурными смыслами. Решить третью задачу – включить эволюционные и межвидовые связи в эволюцию образов культуры – мы попробовали через повседневную практику, в которой ценятся не новации, а историческая точность и аутентичность. Изначально принадлежащее женскому миру, ремесло вязания, подобно генетическому коду, долгое время передавалась от поколения к поколению. Уместно также заметить, что набор хромосом ХХ как у человека, так и у дрозофилы присущ женскому полу. Узоры и мотивы вязаных изделий, как правило, являлись продуктом культуры, в которой они возникли и отражали верования, мифологию или характерные образы местной флоры и фауны. Традиции и образы вязания участвуют в конструировании коллективной идентичности (семейной, классовой, национальной, расовой и т.д.), а сам процесс вязания, полностью поддающийся управлению, наравне с медитацией можно рассматривать как средство достижения самоконтроля.

Вязание, до сих пор ассоциирующееся с семейным теплом и романтической ностальгией по прошлому, в инсталляции «Ткань жизни» является продуктом творчества машины, нейросети и заложенных в программу эволюционных межвидовых связей. Человеку в этой системе делегирована иллюзия контроля, однако он выступает только наблюдателем и биологическим источником данных для образа (каким его видит нейросеть), обеспечивающим разнообразие проявлений кода в вязаном узоре.
Владлена Громова и Артем Парамонов
Междисциплинарные художники, участники художественных и популяризирующих науку проектов, среди них: «Новая антропология», музей им. И. П. Павлова, Колтуши, 2019; Международный симпозиум электронных искусств ISEA2019, Кванджу; «Открытый музей», Электромузей, Москва, 2019; «Полигоны», образовательный центр «Сириус», Сочи, 2016; Экспозиция «РДС», Политехнический музей на ВДНХ, Москва, с 2014; ScienceArtFest, Винзавод, Москва, 2011; 3-я Московская биеннале современного искусства, Москва, 2009; История российского видеоарта, Том III, 2011, Москва; Фестиваль короткометражного кино Vis Vienna Independent Short, 2009; выставка номинантов премии Кандинского, 2008, ЦДХ, Москва и др. Владлена Громова – лауреат премии Кандинского в номинации «Молодой художник года 2007».

Александр Журавлев

Нейробиолог, исследователь в области молекулярных механизмов обучения и памяти. Окончил биолого-почвенный факультет СПбГУ,
кафедру биохимии. Защитил кандидатскую диссертацию на тему «Молекулярные механизмы действия метаболитов кинуренинового пути обмена триптофана на глютаматергическую и холинергическую системы нейротрансмиссии у мутантов дрозофилы». Старший научный сотрудник лаборатории нейрогенетики Института физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук. Доцент кафедры анатомии
и физиологии человека и животных РГПУ им. А.И. Герцена. Область научных интересов – физиология и генетика поведения, биоинформатика, компьютерное моделирование структуры биомолекул. Большинство научных работ посвящены анализу биохимических и биофизических механизмов, лежащих в основе
воздействия кинурениновых метаболитов на нервную систему, процессы обучения и памяти у дрозофилы. Другая тематика исследований — влияние актин-ремоделирующего сигнального каскада на формирование и угасание памяти.
Результаты исследований представлены в виде научных статей в ведущих отечественных и иностранных журналах, а также и на российских и международных научных конференциях.
Лаборатория нейрогенетики была создана в 1999 году под руководством д.б.н. Елены Владимировны Савватеевой-Поповой, которая является заведующей лабораторией и сегодня.
Целью создания лаборатории послужило развитие исследований молекулярно-генетических механизмов регуляции нейропластичности – свойства мозга изменяться под действием опыта и восстанавливать утраченные связи после повреждения.

Сотрудники лаборатории занимаются изучением молекулярных основ обучения, памяти и патологических процессов нервной системы. Ученые последовательно анализируют события от
основного проявления патологического процесса до конкретного гена. Исследования лаборатории помогают разобраться в механизмах развития тяжелых генетических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и др., а также найти способы их профилактики и лечения.

Все исследования проводятся на модельном объекте – плодовой мушке дрозофиле. Порядка 70% генов человека, ответственных за развитие наследственных заболеваний, представлены сходными генами у дрозофилы. Дрозофила обладает достаточно сложной нервной системой: ее головной
мозг насчитывает порядка 200 тысяч нервных клеток и включает отделы, ответственные за ассоциативное обучение, формирование кратковременной и долговременной памяти.

Генетические основы физиологии мушки и процессов ее развития хорошо известны науке, она проста в содержании и уходе. Все это делает дрозофилу удобным объектом для исследований молекулярно-генетических процессов, лежащих в основе сложных поведенческих функций.