Научная, медицинская иллюстрация и анимация: как врачам и ученым общаться друг с другом, студентами и остальным человечеством

Этим постом мы хотим дать общее представление о сфере, в которой работаем. В США, Европе, Канаде и Австралии публика о ней осведомлена, поскольку сама область научной и медицинской иллюстрации развита на порядок лучше, чем у нас. Мы вспомним историю вопроса, опишем как обстоят дела сейчас, какие задачи решают основные студии биомедицинской визуализации, расскажем про организации, которые этот рынок исследуют и курируют, а также поделимся некоторой статистикой.

Что это вообще такое? От рисования трупов к трехмерной анимации молекул и вирусов

В нашем организме около 206 костей разной формы и размера, более 600 мышц и сложно поддающееся подсчету количество нервов, сосудов, а уж тем более всевозможных клеток, относящихся к различным тканям и органам. Если углубиться сильнее, откроется картина огромного количества белков, РНК и других молекул, каждая из которых выполняет определенную функцию, а небольшие нарушения способны оказать драматический эффект на жизнедеятельность организма. Достаточно вспомнить прионы, которые из-за неправильного сворачивания молекулы могут вызвать серьезные заболевания.

Живые системы настолько сложны, что невозможно описать их во всех деталях, используя слова или формулы. Тем не менее, описание совершенно необходимо для понимания механизмов работы и причин поломки тех или иных биологических структур. Для решения описательных задач доктора и естествоиспытатели с древних времен учились делать корректные зарисовки и схемы как строения нашего собственного организма, так и окружающих животных и растений, которые могут приносить нам пользу, либо причинять вред. Если во времена Галена медицинская и научная иллюстрация была наивна и не точна, что, к слову не мешало его работам быть востребованными более 1300 лет, то, начиная с Андреаса Везалия, она стала оформляться как дисциплина и важный инструмент в обучении и работе врачей и ученых.



Примеры ранних медицинских иллюстраций. (Источник).



Части человеческого тела, изображенные Андреасом Везалием. Страница из книги De Humani Corporis Fabrica, 1543 год (источник).

Иллюстрация как научный метод получила новый стимул к развитию после того, как стали появляться первые увеличительные приборы, а за дело взялись Гук, Левенгук, Мальпиги, Грю и другие естествоиспытатели, начавшие описывать микромир и подготовившие базу для возникновения клеточной теории и понимания микроскопической анатомии живых объектов.



Срез стебля растения. Автор иллюстрации Неемия Грю. Из книги “The Anatomy of Plants. With an Idea of a Philosophical History of Plants, and Several Other Lectures, Read Before the Royal Society”. 1682 год. (Источник)





Иллюстрации Роберта Гука, вошедшие в книгу Micrographia, опубликованную в 1665 году (источник). Благодаря таким рисункам живые клетки получили свое название и привлекли внимание исследователей.

В настоящее время студенты биологи в процессе обучения все еще зарисовывают микроскопические препараты и вскрытых скальпелем тараканов, однако научная иллюстрация уже довольно давно стала отдельной комплексной дисциплиной, которая решает преимущественно не исследовательские, а коммуникационные и образовательные задачи. Актуальность этого рода деятельности растет, поскольку объем и сложность научного и медицинского знания увеличивается быстрее, чем способность людей в нем разобраться, а схемы, модели и анимации позволяют сделать изучение сложных тем существенно эффективнее. Если в XVI веке доктор и по совместительству медицинский иллюстратор по ночам гулял по кладбищам в поисках тел для вскрытия и зарисовки, то сейчас такие радикальные подходы не требуются, а в сфере занят широкий набор специалистов от ученых до профессионалов в графическом дизайне, трехмерном моделировании, компьютерной анимации. Разумеется, огромный прогресс в науке и научных методах играет одну из главных ролей в эволюции медицинской иллюстрации. Электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ и молекулярная динамика сместили внимание специалистов этой сферы от анатомии и микробиологии к молекулярной медицине, клеточной биологии и биохимии. Благодаря новым методам стало возможным определить и продемонстрировать строение и механизм работы отдельных молекул, крупных молекулярных комплексов и даже вирусов.



Белок кинезин, перемещающий клеточную везикулу вдоль микротрубочки. Студия XVIVO. 2013 год.



Частицы вируса гриппа на поверхности клеток эпителия верхних дыхательных путей. Студия Hybrid.



Внутреннее строение вируса иммунодефицита человека. Студия Visual Science. 2010 год.

Кому нужны научные и медицинские иллюстраторы?

Многие высокотехнологичные предприятия, будь то фарм-компании, фирмы, производящие медицинское оборудование, или частные клиники, нуждаются в информировании потенциальных клиентов, партнеров или инвесторов о том, какова суть их разработок и предлагаемых услуг. При этом если они придут в дизайн-студию широкого профиля с заказом на изготовление презентационных материалов, сайта или анимационных роликов, скорее всего, получение адекватного результата окажется весьма трудоемким и долгим. Причина в том, что обычный дизайнер или иллюстратор может не иметь ни малейшего представления о том, например, как устроены наночастицы на основе кополимера D,L-лактида и гликолида, или затрагивает ли перелом Ле Фора первого типа решетчатую кость. Конечно, можно пуститься в долгие объяснения, закидать дизайнеров референсами из атласов и ссылками на Википедию, но такой подход серьезно тормозит процесс и при большой энергозатратности не дает гарантий нужного результата. При этом затраченное время специалиста со стороны клиента, который “учит” дизайнера, количество правок и итераций, делают общую стоимость такого подхода очень высокой. Именно поэтому сформировалась специфическая ниша медико-биологической иллюстрации, анимации и дизайна, в которой обычно либо отдельные специалисты, либо команды сочетают в себе компетенции в области графического дизайна, медицины и науки.
Помимо высокотехнологичных компаний, в наукоемком дизайне, разумеется, нуждаются университеты и другие образовательные учреждения и проекты. Согласно последнему докладу американской Ассоциации медицинских иллюстраторов, порядка 39% специалистов в этой области работают на постоянной ставке в различных университетах и академических институтах. Из известных примеров можно привести Дэвида Годселла, работающего в Институте Скриппс в Калифорнии, группу медицинской анимации в Институте медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл в Мельбурне, а также Грэхама Джонсона, разрабатывающего алгоритмы визуализации и моделирования молекул и клеточных структур в Университете Калифорнии в Сан-Франциско.





Внутреннее строение Mycoplasma mycoides. Дэвид Годселл. 2011 год.

Эти иллюстрации очень впечатляют своей детализацией. Примечательно, что все они выполнены карандашом и акварелью. Дэвид обрисовывает контуры молекул в программах молекулярной визуализации и затем вручную формирует такой орнамент. Минус такого подхода в том, что Годселл, как художник, может по-своему интерпретировать формы некоторых объектов, не углубляясь в научные данные, что сказывается на научной достоверности. Плюс — что этим способом можно делать много иллюстраций даже очень крупных объектов в короткие сроки.

Чуть больше трети медицинских иллюстраторов в качестве клиентов и нанимателей имеют фарм-компании, медицинские центры и клиники, издательства, юридические конторы, специализирующиеся на здравоохранении (часто в судебных разбирательствах бывает нужно проиллюстрировать, например, полученную человеком травму), а также рекламные и дизайн-студии. Остальные из опрошенных ассоциацией специалистов оказались заняты в некоммерческих организациях и фондах (18%), а также работали на некие правительственные конторы (7%).

По данным исследования, в 2009 году средняя зарплата медицинских иллюстраторов составляла $61000 в год при разбросе от $27000 до $150000. Руководители студий и арт-директоры зарабатывали больше ($93000 и $75000 в год, соответственно). Графические дизайнеры, аниматоры и разработчики мультимедиа контента зарабатывали приблизительно от $47000 до $58000.
Всего анализировалась занятость более 550 профессиональных членов ассоциации.

Частью биомедицинской визуализации является научное иллюстрирование и анимация. Специфика состоит в максимально аккуратной работе с исходными данными, — чаще всего результатами экспериментов или моделирования in silico. Задачи те же — коммуникация в профессиональной среде (начиная с определенного уровня известности автора), презентации, иллюстрирования научных публикаций, учебников и других образовательных материалов.

Ученые в повседневных задачах и самостоятельно неплохо находят общий язык друг с другом. Презентации на конференциях обычно примитивны с точки зрения графического дизайна и графики, но они в большинстве случаев уверенно решают свою задачу, поскольку аудитория подготовлена и относительно нетребовательна к уровню подачи. Трудности возникают, когда ученому приходится объяснять что-то аудитории с другим уровнем погружения в предмет, как например студентам, или вообще из другой области, например бизнеса, в случае с инвесторами или партнерами на стадии коммерциализации и популяризации разработок. В этом ситуации объяснить бывает гораздо сложнее, и качественные наглядные материалы становятся необходимы, для того, чтобы не ограничиваться набором аргументов Ричарда Докинза в этом отрывке: coub.com/view/1j2dqvn.

Биомедицинская иллюстрация сейчас

На рынке биомедицинской иллюстрации и анимации представлены несколько крупных компаний и довольно много более мелких игроков и индивидуальных иллюстраторов и дизайнеров. В основном специалисты этой сферы сосредоточены в США, Канаде и совсем немного в Европе и Австралии. Одна из ведущих студий анимации, XVivo, стала широко известна благодаря масштабному трехмерному ролику Inner Life of the Cell, который демонстрирует молекулярные процессы, происходящие в лейкоците при его активации во время воспаления. Ролик был сделан для образовательной программы Гарварда по молекулярной и клеточной биологии, но быстро приобрел гораздо более широкую аудиторию. При его создании компания использовала труд студентов Гарварда (ходят слухи — бесплатно).
Многие известные студии уделяют больше внимания не внутриклеточным процессам, а анатомии и физиологии человеческого организма. Примеры такой работы демонстрируют Hybrid, Zygote, Nucleus, Brian Cristie, Invivo, Anatomyblue, AXS Studio. При этом дело не ограничивается анимацией: студии создают учебные трехмерные модели, иллюстрации и приложения. Такая тематика бывает актуальна не только для образовательных учреждений, но и для госпиталей и клиник.

Для того, чтобы составить представление о сфере научной визуализации, можно ознакомиться с работами участников конкурсов, которые проводятся в данной области. Наиболее известным из них стал Science and Engineering Visualization Challenge, который проводится журналом Science совместно с National Science Foundation, в котором мы тоже участвовали в 2010 и 2011 годах. В нем сделан упор на естественные науки, а участники присылают как иллюстрации и инфографику, так и анимации, и даже образовательные игры. Компьютерная графика и анимация, созданная в студиях научного дизайна также бывает представлена на конкурсах SIGGRAPH, чей спектр участников не ограничивается медицинской иллюстрацией. Эффективность коммуникации и маркетинга в области медицины и здравоохранения оценивает жюри конкурса, проводимого организацией Medical Marketing & Media. Еще один заметный, но несколько сдающий позиции конкурс называется Vesalius, и в нем фокус именно на образовательной составляющей.

Ассоциация медицинских иллюстраторов, которая уже упоминалась, занимается сертификацией специалистов, координирует своего рода профсоюзные инициативы, проводит исследования рынка и выпускает аналитику и, между прочим, существует с 1946 года. Они также проводят собственный конкурс и выставку на ежегодной встрече членов, с работами победителей которого можно ознакомиться на сайте организации. В конкурсе, в отличие от SEVC, сделан упор на медицинскую составляющую.



Фото с первого собрания АМИ. Филадельфия, Пеннсильвания. 1946 год. (Источник)

Помимо конкурсов, некий срез области может дать каталог медицинских иллюстраторов, который издается ежегодно, или фотобанки, специализирующиеся на этой тематике, где представлены сотни тысяч иллюстраций, от экспериментальных фото, до сайнс арта.

Если тема будет интересна, в следующих постах мы расскажем о гораздо более широкой области коммуникации в области биомедицинских направлений т.н. healthcare communication, частью которой является биомедицинская иллюстрация и анимация. Тема следующего поста:

Обзор направления healthcare communication

Разбор и рекомендации к научным постерам и иллюстрациям из статей читателей и авторов Хабра. Работы можно отправлять на почту mailbox@. Сделаем пост как наберется 10-15

Продолжение истории о процессе создания 3д моделей вирусов человека в Visual Science — часть 2, молекулярное и 3д моделирование

Медицинская анатомическая иллюстрация — история изучения тела человека в работах иллюстраторов 5 столетий

Так называемый сайнс арт или научное искусство

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста. Проголосовало 82 человека. Воздержалось 19 человек.

Источник: habrahabr.ru/company/visual-science/blog/225277/