I have a doppelganger. (Laughter) Dr. Gero is a brilliant but slightly mad scientist in the "Dragonball Z: Android Saga." If you look very carefully, you see that his skull has been replaced with a transparent Plexiglas dome so that the workings of his brain can be observed and also controlled with light. That's exactly what I do -- optical mind control.
יש לי כפיל. (צחוק) ד"ר ג'ירו הוא מדען מבריק אבל קצת מטורף, בדרקון בול Z "סאגה אנדראודית". אם מסתכלים בתשומת לב, רואים שהגולגולת שלו הוחלפה בכיפה שקופה מזכוכית פלסטית כך שניתן לראות את המוח שלו עובד וגם לשלוט עליו בעזרת אור. זה בדיוק מה שאני עושה -- שליטה על מחשבות באמצעות אור.
(Laughter)
(צחוק)
But in contrast to my evil twin who lusts after world domination, my motives are not sinister. I control the brain in order to understand how it works. Now wait a minute, you may say, how can you go straight to controlling the brain without understanding it first? Isn't that putting the cart before the horse? Many neuroscientists agree with this view and think that understanding will come from more detailed observation and analysis. They say, "If we could record the activity of our neurons, we would understand the brain." But think for a moment what that means. Even if we could measure what every cell is doing at all times, we would still have to make sense of the recorded activity patterns, and that's so difficult, chances are we'll understand these patterns just as little as the brains that produce them.
אבל בניגוד לתאומי המרושע, אשר שואף לשלוט על העולם, המניעים שלי אינם מרושעים. אני שולט על המוח כדי להבין כיצד הוא פועל. אבל עכשיו תגידו, רק רגע, כיצד אתה ישר מדבר על שליטה במוח מבלי קודם כל להבין אותו? האין זה לרתום את העגלה לפני הסוסים? הרבה חוקרי מערכות עצביות מסכימים עם השקפה זו וסבורים שהבנה תגיע מהתבוננות וניתוח יותר פרטניים. הם טוענים, "אם היינו יכולים להקליט את הפעילות של הניורונים שלנו, היינו מבינים את המוח." אבל תחשבו רגע מה זה אומר. גם אם היינו יכולים למדוד מה כל תא עושה בכל רגע, עדיין היינו צריכים לעשות סדר בתבניות של הפעילויות המוקלטות, וזה כל-כך קשה, שהסיכויים שנבין את התבניות הללו הוא נמוך כמו שהמוח שמייצר אותן יבין.
Take a look at what brain activity might look like. In this simulation, each black dot is one nerve cell. The dot is visible whenever a cell fires an electrical impulse. There's 10,000 neurons here. So you're looking at roughly one percent of the brain of a cockroach. Your brains are about 100 million times more complicated. Somewhere, in a pattern like this, is you, your perceptions, your emotions, your memories, your plans for the future. But we don't know where, since we don't know how to read the pattern. We don't understand the code used by the brain. To make progress, we need to break the code. But how? An experienced code-breaker will tell you that in order to figure out what the symbols in a code mean, it's essential to be able to play with them, to rearrange them at will. So in this situation too, to decode the information contained in patterns like this, watching alone won't do. We need to rearrange the pattern. In other words, instead of recording the activity of neurons, we need to control it. It's not essential that we can control the activity of all neurons in the brain, just some. The more targeted our interventions, the better. And I'll show you in a moment how we can achieve the necessary precision.
תסתכלו איך פעילות של מוח עשויה להיראות. בהדמיה זו, כל נקודה שחורה היא תא-עצב אחד. הנקודה מתגלה לעין בכל פעם שתא משגר אות חשמלי. ישנם כאן 10,000 תאי-עצב. כך שאתם רואים בקירוב אחוז אחד ממוחו של ג'וק. המוחות שלנו 100 מיליון פעם יותר מורכבים. היכן שהוא, תבנית כזו, היא אתם -- ההשקפות שלכם, הרגשות שלכם, הזכרונות שלכם, התוכניות שלכם לעתיד. אבל איננו יודעים היכן, מכיוון שאנו לא יודעים כיצד לקרוא את התבנית. איננו מבינים את הקוד שהמוח משתמש בו. כדי להתקדם, עלינו לפצח את הקוד. אבל כיצד? מפתח קודים מנוסה יאמר לכם שכדי לגלות מה פירוש הסימנים בקוד, נחוץ שתהיה לנו היכולת לשחק איתם, לארגן אותם מחדש כרצוננו. אז גם במצב שלפנינו, כדי לפענח את המידע הכלול בתבנית כמו זו, צפיה לבדה לא תספיק; אנו זקוקים לארגון מחודש של התבנית. במילים אחרות, במקום הקלטת פעילות של הניורונים, עלינו לשלוט עליה. אין זה נחוץ שנוכל לשלוט על הפעילות של כל הניורונים במוח, אלא רק של חלקם. ככל שההתערבות שלנו יותר ממוקדת, כך יותר טוב. ואראה לכם בעוד רגע כיצד נוכל להשיג את הדיוק הנחוץ.
And since I'm realistic, rather than grandiose, I don't claim that the ability to control the function of the nervous system will at once unravel all its mysteries. But we'll certainly learn a lot. Now, I'm by no means the first person to realize how powerful a tool intervention is. The history of attempts to tinker with the function of the nervous system is long and illustrious. It dates back at least 200 years, to Galvani's famous experiments in the late 18th century and beyond. Galvani showed that a frog's legs twitched when he connected the lumbar nerve to a source of electrical current. This experiment revealed the first, and perhaps most fundamental, nugget of the neural code: that information is written in the form of electrical impulses. Galvani's approach of probing the nervous system with electrodes has remained state-of-the-art until today, despite a number of drawbacks. Sticking wires into the brain is obviously rather crude. It's hard to do in animals that run around, and there is a physical limit to the number of wires that can be inserted simultaneously.
ומאחר ואני מציאותי ולא חי באשליות, איני טוען שהיכולת לשלוט בפעולת מערכת העצבים תפתור את כל המסתורין שלה. אבל לבטח נלמד המון. עכשיו, בשום אופן אני לא האדם הראשון שמגלה עד כמה חזקה היא התערבות פיזית. ההיסטוריה של הניסיונות להתעסק עם פעולת המערכת העצבית הוא ארוך וידוע. היא הולכת אחורה לפחות 200 שנה, לניסויים המפורסמים של גלוואני לקראת סוף המאה ה-18 ואילך. גלוואני הראה שרגלי צפרדע קופצות כאשר הוא חיבר את העצב המותני למקור של זרם חשמלי. ניסוי זה גילה את הסוד הכמוס הראשון ואולי הכי בסיסי של הצופן העצבי: שמידע נכתב בצורה של אותות חשמליים. גישתו של גלוואני לחקירת המערכת העצבית באמצעות אלקטרודות נשארה שימושית עד היום, למרות כמה חסרונות. ברור שתקיעת חוטים במוח זה אכזרי. זה קשה לביצוע עם חיות שמתרוצצות, ויש מגבלה פיזית למספר החוטים שניתן להחדיר בו-זמנית.
So around the turn of the last century, I started to think, "Wouldn't it be wonderful if one could take this logic and turn it upside down?" So instead of inserting a wire into one spot of the brain, re-engineer the brain itself so that some of its neural elements become responsive to diffusely broadcast signals such as a flash of light. Such an approach would literally, in a flash of light, overcome many of the obstacles to discovery. First, it's clearly a non-invasive, wireless form of communication. And second, just as in a radio broadcast, you can communicate with many receivers at once. You don't need to know where these receivers are, and it doesn't matter if these receivers move -- just think of the stereo in your car. It gets even better, for it turns out that we can fabricate the receivers out of materials that are encoded in DNA. So each nerve cell with the right genetic makeup will spontaneously produce a receiver that allows us to control its function. I hope you'll appreciate the beautiful simplicity of this concept. There's no high-tech gizmos here, just biology revealed through biology.
כך שבסביבות סיום המאה הקודמת, התחלתי לחשוב, שזה יכול היה להיות נהדר אם ניתן היה להפוך על פניו את ההיגיון הזה. כך שבמקום להחדיר חוט אל תוך נקודה יחידה במוח, צריך לארגן מחדש את המוח עצמו כך שכמה מהאלמנטים העצביים שלו יגיבו לשידורי אותות מפוזרים, כגון הבזקי אור. גישה כזו, באמצעות הבזק של אור פשוטו כמשמעו, תתגבר על רבים מהמכשולים העומדים בדרך לתגליות. קודם כל, באופן ברור זוהי תקשורת אלחוטית לא פולשנית. ושנית, פשוט כמו שידור רדיו, ניתן לתקשר עם הרבה קולטים בו-זמנית. אין צורך לדעת היכן נמצאים קולטים הללו. ואין זה משנה אם קולטים הללו נעים -- תחשבו על הרדיו באוטו שלכם. וזה עוד משתפר, מאחר ומתברר שאנו מסוגלים לייצר את הקולטים מחומרים שמקודדים בתוך DNA. כך כל תא עצבי עם המבנה הגנטי הנכון ייצור באופן ספונטני מקלט המאפשר לנו לשלוט על פעולתו. אני מקוה שאתם מעריכים את היופי שבפשטות השיטה הזו. אין כאן גימיקי היי-טק, אלא רק ביולוגיה הנגלית דרך ביולוגיה.
Now let's take a look at these miraculous receivers up close. As we zoom in on one of these purple neurons, we see that its outer membrane is studded with microscopic pores. Pores like these conduct electrical current and are responsible for all the communication in the nervous system. But these pores here are special. They are coupled to light receptors similar to the ones in your eyes. Whenever a flash of light hits the receptor, the pore opens, an electrical current is switched on, and the neuron fires electrical impulses. Because the light-activated pore is encoded in DNA, we can achieve incredible precision. This is because, although each cell in our bodies contains the same set of genes, different mixes of genes get turned on and off in different cells. You can exploit this to make sure that only some neurons contain our light-activated pore and others don't. So in this cartoon, the bluish white cell in the upper-left corner does not respond to light because it lacks the light-activated pore. The approach works so well that we can write purely artificial messages directly to the brain. In this example, each electrical impulse, each deflection on the trace, is caused by a brief pulse of light. And the approach, of course, also works in moving, behaving animals.
כעת הבה נתבונן במקלטים המופלאים הללו מקרוב. ככל שאנו מתקרבים ומתמקדים באחד מהניורונים הסגולים הללו, אנו מבחינים שהקרום החיצוני שלו משובץ בחרירים מיקרוסקופיים. חרירים כאלה מוליכים זרם חשמלי והם אחראים לכל התקשורת במערכת העצבית. אבל חרירים אלה הם מיוחדים. הם צמודים לקולטני אור הדומים לאלה שבעינינו. בכל פעם שהבזק אור פוגע בקולטן, החריר נפתח ומופיע זרם חשמלי, והניורונים יורים אותות חשמליים. מכיוון שהחריר שמופעל על-ידי האור מקודד ב-DNA, אנו מסוגלים להגיע לדיוק מדהים. זה בגלל שאף על-פי שכל תא בגופנו מכיל את אותו מערך של גנים, קבוצות שונות של גנים נדלקות ונכבות בתאים שונים. ניתן לנצל זאת כדי להבטיח שרק כמה ניורונים מכילים את החריר מופעל האור בעוד שאחרים לא. באנימציה זו, התא בצבע תכלת בפינה השמאלית העליונה לא מגיב לאור מכיוון שהוא חסר את החריר מופעל האור. גישה זו היא כה יעילה שאנו יכולים לכתוב הודעות מלאכותיות לגמרי ישירות אל המוח. בדוגמא זו, כל אות חשמלי, כל סטיה מהמסלול, נגרמים על-ידי פולס קטן של אור. והגישה גם עובדת עם התנועה וההתנהגות של חיות.
This is the first ever such experiment, sort of the optical equivalent of Galvani's. It was done six or seven years ago by my then graduate student, Susana Lima. Susana had engineered the fruit fly on the left so that just two out of the 200,000 cells in its brain expressed the light-activated pore. You're familiar with these cells because they are the ones that frustrate you when you try to swat the fly. They trained the escape reflex that makes the fly jump into the air and fly away whenever you move your hand in position. And you can see here that the flash of light has exactly the same effect. The animal jumps, it spreads its wings, it vibrates them, but it can't actually take off because the fly is sandwiched between two glass plates. Now to make sure that this was no reaction of the fly to a flash it could see, Susana did a simple but brutally effective experiment. She cut the heads off of her flies. These headless bodies can live for about a day, but they don't do much. They just stand around and groom excessively. So it seems that the only trait that survives decapitation is vanity. (Laughter) Anyway, as you'll see in a moment, Susana was able to turn on the flight motor of what's the equivalent of the spinal cord of these flies and get some of the headless bodies to actually take off and fly away. They didn't get very far, obviously. Since we took these first steps, the field of optogenetics has exploded. And there are now hundreds of labs using these approaches.
זהו ניסוי ראשון מסוגו, מין תאום אופטי של הניסוי של גלוואני. הוא בוצע לפני שש או שבע שנים על-ידי תלמידה לתואר שני דאז, סוזאנה לימה. סוזאנה שינתה את זבוב הפירות משמאל כך שרק שניים מ-200,000 תאי המוח שלו הכילו את החריר מופעל האור. אתם מכירים את התאים הללו מפני שהם אלה שמתסכלים אותנו כאשר אנו מנסים להצליף בזבוב. הם אילפו את רפלקס הבריחה אשר גורם לזבוב להתעופף בכל פעם שאתם מזיזים את הידיים כדי להצליף בו. וכאן ניתן לראות איך להבזק של אור השפעה זהה. הזבוב קופץ, הוא פורש את כנפיו, מנפנף אותם, אבל לא יכול להתעופף, כי הוא כלוא בין שתי לוחיות זכוכית. כדי לוודא שזו לא תגובה של הזבוב להבזק שהוא רואה, סוזאנה עשתה ניסוי פשוט אבל אכזרי ביעילותו. היא חתכה את ראשיהם של הזבובים. גופות חסרות הראש הללו יכולות להישאר בחיים ליממה, אבל הן לא עושות הרבה. הן רק עומדות ומטפחות את עצמן. נראה כאילו שהתכונה היחידה שנשארת לאחר עריפת ראש היא גנדרנות. (צחוק) בכל אופן, כפי שתראו מיד, סוזאנה היתה מסוגלת להדליק את הדחף לעוף במה שנחשב אצל הזבובים כעמוד השידרה ולגרום לחלק מהזבובים חסרי הראש להתעופף ממש רחוק. ברור שהם לא התרחקו הרבה. מאז הצעד הראשון הזה שלנו, התחום של אופטו-גנטיקה פרץ ועלה. כיום יש מאות מעבדות העושות שימוש בגישות אלו.
And we've come a long way since Galvani's and Susana's first successes in making animals twitch or jump. We can now actually interfere with their psychology in rather profound ways, as I'll show you in my last example, which is directed at a familiar question. Life is a string of choices creating a constant pressure to decide what to do next. We cope with this pressure by having brains, and within our brains, decision-making centers that I've called here the "Actor." The Actor implements a policy that takes into account the state of the environment and the context in which we operate. Our actions change the environment, or context, and these changes are then fed back into the decision loop.
ועשינו דרך ארוכה מאז ההצלחות הראשונות של גלוואני וסוזאנה בלגרום לחיות לנוע או לקפוץ. היום אנחנו למעשה יכולים להתערב בפסיכולוגיה שלהם באופן די משמעותי כפי שאראה בדוגמא האחרונה שלי, המכוונת לשאלה מוכרת. החיים הם שרשרת של בחירות היוצרות לחץ מתמיד להחליט מה לעשות כעת. אנו מתמודדים עם לחץ זה בכך שיש לנו מוח, ובתוך המוח יש מרכז קבלת החלטות שאותו כיניתי כאן ה"מבצע". ה"מבצע" מיישם מדיניות אשר לוקחת בחשבון את מצב הסביבה ואת ההקשר בו אנו פועלים. פעולותינו משנות את הסביבה, או ההקשר, ושינויים אלה מוזנים בחזרה אל תוך לולאת ההחלטות.
Now to put some neurobiological meat on this abstract model, we constructed a simple one-dimensional world for our favorite subject, fruit flies. Each chamber in these two vertical stacks contains one fly. The left and the right halves of the chamber are filled with two different odors, and a security camera watches as the flies pace up and down between them. Here's some such CCTV footage. Whenever a fly reaches the midpoint of the chamber where the two odor streams meet, it has to make a decision. It has to decide whether to turn around and stay in the same odor, or whether to cross the midline and try something new. These decisions are clearly a reflection of the Actor's policy. Now for an intelligent being like our fly, this policy is not written in stone but rather changes as the animal learns from experience. We can incorporate such an element of adaptive intelligence into our model by assuming that the fly's brain contains not only an Actor, but a different group of cells, a "Critic," that provides a running commentary on the Actor's choices. You can think of this nagging inner voice as sort of the brain's equivalent of the Catholic Church, if you're an Austrian like me, or the super-ego, if you're Freudian, or your mother, if you're Jewish.
כדי להכניס קצת תוכן נוירוביולוגי בתוך מודל מופשט זה, בנינו עולם חד-מימדי פשוט למען הנושא החביב עלינו, זבובי פירות. כל תא בתוך שתי המחיצות האנכיות האלו מכיל זבוב אחד. החצאים הימניים והשמאליים של התא מלאים בשני ריחות שונים, ומצלמת אבטחה עוקבת בזמן שהזבובים עוברים ביניהם. הנה כאן קטע מצילום במעגל סגור. בכל פעם שזבוב מגיע לנקודת אמצע של התא, היכן ששני זרמי הריחות נפגשים, עליו לקבל החלטה. עליו להחליט אם לפנות בחזרה ולהישאר באותו ריח, או אם לחצות את קו האמצע ולנסות משהו חדש. החלטות אלו הן ביטוי מובהק למדיניות של ה"מבצע". בשביל יצור תבוני כמו הזבוב שלנו, מדיניות זו אינה חקוקה בסלע, אלא היא משתנה כשהיצור לומד מהניסיון. אנו יכולים לשלב אלמנט כזה של אינטליגנציית הסתגלות בתוך המודל שלנו בהנחה שמוח הזבוב מכיל לא רק "מבצע", אלא גם קבוצה אחרת של תאים, קבוצת בקרה, המספקת פרשנות חיה על הבחירות שה"מבצע" עושה. ניתן לחשוב על זה כקול נודניק פנימי, כהקבלה מוחית לכנסיה הקתולית, אם אתה אוסטרי כמוני, או לאני העליון, אם אתה פרוידיאני, או לאמא שלך, אם אתה יהודי.
(Laughter)
(צחוק)
Now obviously, the Critic is a key ingredient in what makes us intelligent. So we set out to identify the cells in the fly's brain that played the role of the Critic. And the logic of our experiment was simple. We thought if we could use our optical remote control to activate the cells of the Critic, we should be able, artificially, to nag the Actor into changing its policy. In other words, the fly should learn from mistakes that it thought it had made but, in reality, it had not made. So we bred flies whose brains were more or less randomly peppered with cells that were light addressable. And then we took these flies and allowed them to make choices. And whenever they made one of the two choices, chose one odor, in this case the blue one over the orange one, we switched on the lights. If the Critic was among the optically activated cells, the result of this intervention should be a change in policy. The fly should learn to avoid the optically reinforced odor.
עכשיו, ברור שהמבקר הפנימי הוא מרכיב קריטי בהפיכתנו לאינטליגנטיים. לכן התחלנו לנסות ולזהות את התאים במוח של הזבוב אשר מבצעים את תפקיד המבקר. וההיגיון של ניסויינו היה פשוט. חשבנו שאם יכולנו להשתמש בשלט הרחוק האופטי שלנו כדי לעורר את התאים המבקרים, אז גם נוכל לנדנד ל"מבצע" באופן מלאכותי וכך לגרום לו לשנות את מדיניותו. במילים אחרות, הזבוב אמור ללמוד משגיאות שנדמה לו שהוא עשה, אבל למעשה הוא לא עשה אותן. אז גידלנו זבובים שמוחותיהם היו זרועים אקראית פחות או יותר בתאים שמגיבים לאור. לקחנו זבובים אלה ואפשרנו להם לבחור. ובכל פעם שהם עשו אחת משתי הבחירות, בחרו ריח מסויים, במקרה הזה כחול על-פני הכתום, הדלקנו את האור. אם המבקר היה בין תאים המופעלים אופטית, התוצאה של התערבות זו צריכה להיות שינוי במדיניות. הזבוב צריך ללמוד להימנע מהריח המלווה באור.
Here's what happened in two instances: We're comparing two strains of flies, each of them having about 100 light-addressable cells in their brains, shown here in green on the left and on the right. What's common among these groups of cells is that they all produce the neurotransmitter dopamine. But the identities of the individual dopamine-producing neurons are clearly largely different on the left and on the right. Optically activating these hundred or so cells into two strains of flies has dramatically different consequences. If you look first at the behavior of the fly on the right, you can see that whenever it reaches the midpoint of the chamber where the two odors meet, it marches straight through, as it did before. Its behavior is completely unchanged. But the behavior of the fly on the left is very different. Whenever it comes up to the midpoint, it pauses, it carefully scans the odor interface as if it was sniffing out its environment, and then it turns around. This means that the policy that the Actor implements now includes an instruction to avoid the odor that's in the right half of the chamber. This means that the Critic must have spoken in that animal, and that the Critic must be contained among the dopamine-producing neurons on the left, but not among the dopamine producing neurons on the right.
הנה מה שקרה בשני מקרים. אנו משווים בין שני זנים של זבובים, אצל כל אחד מהם קיימים במוח כ-100 תאים המגיבים לאור, הנראים כאן בצבע ירוק משמאל ומימין. המשותף לשתי קבוצות התאים האלו שהם מייצרים דופאמין שהוא מעביר עצבי. אבל הזהויות של הניורונים המייצרים דופאמין הן באופן ברור מאוד שונות בצד השמאלי לעומת הימני. גירוי אופטי של מאות התאים הללו בתוך שני זני הזבובים, נותן תוצאות שונות באופן דרמטי. אם מסתכלים תחילה על ההתנהגות של הזבוב מימין, ניתן לראות שבכל פעם שהוא מגיע לנקודת האמצע בתא, היכן ששני הריחות מצטלבים, הוא ממשיך ישר כפי שעשה קודם. התנהגותו נשארת לגמרי ללא שינוי. אבל ההתנהגות של הזבוב משמאל היא מאוד שונה. בכל פעם שהוא מגיע לנקודת האמצע, הוא עוצר, הוא בוחן בזהירות את הממשק בין שני הריחות, כאילו הוא מרחרח את סביבתו, ואז הוא מסתובב בחזרה. זה אומר שהמדיניות שה"מבצע" מיישם, כוללת בתוכה הוראה להימנע מהריח שבחצי הימני של התא. משמעות הדבר היא שה"מבקר" אמר את דברו באותו זבוב, וה"מבקר" היה חייב להיות כלול בתוך הניורונים יוצרי הדופאמין משמאל, אבל לא בתוך הניורונים יוצרי הדופאמין מימין.
Through many such experiments, we were able to narrow down the identity of the Critic to just 12 cells. These 12 cells, as shown here in green, send the output to a brain structure called the "mushroom body," which is shown here in gray. We know from our formal model that the brain structure at the receiving end of the Critic's commentary is the Actor. So this anatomy suggests that the mushroom bodies have something to do with action choice. Based on everything we know about the mushroom bodies, this makes perfect sense. In fact, it makes so much sense that we can construct an electronic toy circuit that simulates the behavior of the fly. In this electronic toy circuit, the mushroom body neurons are symbolized by the vertical bank of blue LEDs in the center of the board. These LED's are wired to sensors that detect the presence of odorous molecules in the air. Each odor activates a different combination of sensors, which in turn activates a different odor detector in the mushroom body. So the pilot in the cockpit of the fly, the Actor, can tell which odor is present simply by looking at which of the blue LEDs lights up.
באמצעות המון ניסויים כאלה, הצלחנו לצמצם את הזהויות האפשריות של ה"מבקר" אך ורק ל-12 תאים. 12 התאים הללו, הנראים כאן בירוק, שולחים את האות למבנה במוח המכונה מבנה פטריה, הנראה כאן באפור. אנו יודעים מתוך המודל הרשמי שלנו שמבנה המוח הנמצא בקצה הקולט את הערות ה"מבקר" הוא ה"מבצע". כך שניתוח זה רומז שמבני הפטריה קשורים איכשהו לבחירת הפעולה. בהתבסס על כל מה שאנו יודעים על מבני הפטריה, זה נראה מאוד הגיוני. בעצם, זה כל-כך הגיוני, שאנו יכולים לבנות מעגל צעצוע חשמלי אשר מדמה התנהגות של הזבוב. במעגל חשמלי זה, הניורונים במבנה הפטריה מיוצגים על-ידי נוריות ה-LED הכחולות בשורה האנכית במרכז הלוח. נוריות אלו מחוברות לחיישנים המאתרים נוכחות של מולקולות ריח באויר. כל ריח מפעיל צירוף שונה של חיישנים, אשר בתורו מפעיל גלאי ריח אחר במבנה הפטריה. כך שהטייס בקוקפיט של הזבוב, ה"מבצע", יכול לדעת איזה ריח קיים רק על-ידי הסתכלות ובדיקה איזו נורית כחולה נדלקת.
What the Actor does with this information depends on its policy, which is stored in the strengths of the connection, between the odor detectors and the motors that power the fly's evasive actions. If the connection is weak, the motors will stay off and the fly will continue straight on its course. If the connection is strong, the motors will turn on and the fly will initiate a turn. Now consider a situation in which the motors stay off, the fly continues on its path and it suffers some painful consequence such as getting zapped. In a situation like this, we would expect the Critic to speak up and to tell the Actor to change its policy. We have created such a situation, artificially, by turning on the critic with a flash of light. That caused a strengthening of the connections between the currently active odor detector and the motors. So the next time the fly finds itself facing the same odor again, the connection is strong enough to turn on the motors and to trigger an evasive maneuver.
מה שה"מבצע" עושה עם מידע זה תלוי במדיניות שלו, השמורה בעוצמתם של הקשרים בין גלאי הריח למנועים אשר מפעילים את פעולת ההימנעות של הזבוב. אם הקשר חלש, המנוע יישאר דומם והזבוב ימשיך ישר במסלולו. אם הקשר חזק, המנוע יידלק והזבוב יתחיל לפנות. כעת תחשבו על מצב בו המנוע נשאר דומם, הזבוב ממשיך במסלולו והוא סובל מתוצאה כואבת כגון להיות מותקף. במצב כזה, היינו מצפים שה"מבקר" ישמיע את קולו ויגיד ל"מבצע" לשנות את מדיניותו. יצרנו מצב זה באופן מלאכותי על-ידי הפעלת ה"מבקר" באמצעות הבזק אור. זה גרם לחיזוק הקשרים בין גלאי-הריח הנוכחי הפעיל לבין המנועים. כך שבפעם הבאה כאשר הזבוב ימצא את עצמו עם אותו ריח שוב, הקשר הוא מספיק חזק כדי שיפעיל את המנועים ויעורר את תמרון ההתחמקות.
I don't know about you, but I find it exhilarating to see how vague psychological notions evaporate and give rise to a physical, mechanistic understanding of the mind, even if it's the mind of the fly. This is one piece of good news. The other piece of good news, for a scientist at least, is that much remains to be discovered. In the experiments I told you about, we have lifted the identity of the Critic, but we still have no idea how the Critic does its job. Come to think of it, knowing when you're wrong without a teacher, or your mother, telling you, is a very hard problem. There are some ideas in computer science and in artificial intelligence as to how this might be done, but we still haven't solved a single example of how intelligent behavior springs from the physical interactions in living matter. I think we'll get there in the not too distant future.
איני יודע מה איתכם, אבל אני מוצא זאת כמרומם נפש לראות כיצד רעיונות פסיכולוגיים מעורפלים מתאדים ונעלמים ובמקומם צומחת הבנה פיזית ומכניסטית של המחשבות, אף על-פי שאלו מחשבות של זבוב. זוהי בשורה אחת מעודדת. הבשורה השניה המעודדת, בשביל המדענים לפחות, היא שעדיין נשאר הרבה מה לגלות. בניסויים שסיפרתי לכם עליהם, העלנו את זהות ה"מבקר", אבל עדיין אין לנו מושג כיצד ה"מבקר" מבצע את עבודתו. בעצם, לדעת מתי אנחנו טועים, ללא מורה או אמא שיגידו לנו, היא בעיה קשה מאוד. ישנם כמה רעיונות במדעי מחשב ובאינטליגנציה מלאכותית בקשר לכיצד זה עשוי להתרחש, אבל עדיין לא פתרנו אפילו דוגמא אחת של כיצד התנהגות תבונית צצה מאינטראקציות פיזיות בחומר חי. אני סבור שנגיע גם לזה בעתיד הלא רחוק מדי.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)