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.
Tôi có một bản sao ma quái của chính mình! (Cười) Tiến sĩ Gero là một nhà khoa học xuất chúng nhưng hơi hơi điên trong viên ngọc rồng Z thuộc "Tiểu thuyết Saga của người máy giả nhân". Nếu bạn quan sát kĩ càng, bạn sẽ thấy hộp sọ của ông ta đã bị thay thế với một cái vòm Plexiglas trong suốt nhờ vậy mọi hoạt động của não có thể được quan sát và điều khiển với án sáng. Đó chính xác là điều mà tôi làm - kiểm soát suy nghĩ bằng quang học.
(Laughter)
(cười)
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.
Nhưng trái hẳn với kẻ sinh đôi quỷ quái của tôi, cái kẻ luôn mơ mộng thống trị thế giới, mục tiêu của tôi hoàn toàn trong sáng chứ không tàn bạo hay ác ôn. Tôi kiểm soát não bộ để hiểu cách thức vận hành của nó. Hãy đợi một chút nhá, có thể bạn sẽ nói làm sao mà anh chàng này kiểm soát được não khi vẫn chưa hiểu nó? Chẳng khác nào dùng xe thồ để kéo ngựa thay vì dùng ngựa kéo xe thồi? Rất nhiều nhà thần kinh học đồng ý với quan điểm này họ nghĩ rằng sự hiểu biết sẽ đến từ các quan sát chi tiết và phân tích tỉ mỉ. Họ nói, "Nếu như chúng ta có thể ghi nhận lại hoạt động của từng tế bào thần kinh, chúng ta sẽ hiểu rõ bộ não." Nhưng hãy nghĩ một chút về ý nghĩa của điều này. Cho dù ta có đo đạc được công việc của từng tế bào tại tất cả thời điểm chúng ta còn phải giải mã xem các chuỗi hoạt động đó có ý nghĩa gì, điều đó là rất khó, khả năng là chúng ta sẽ hiểu những chuỗi hoạt động này, cũng ít như bộ não đã sản sinh ra chúng.
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.
Hãy thử xem coi hoạt động của não bộ trông như thế nào nhé. Trong lần kích thích này, mỗi điểm đen là một neuron - tế bào thần kinh. Chung ta chỉ nhìn thấy các điểm này khi nào tế bào có lực điện trường đi qua. Có khoảng 10 ngàn neuron ở đây. Vậy là, bạn chỉ mới quan sát được khoảng 1% bộ não của một con gián thôi đó! Não của chính bạn thì phức tạp gấp 100 triệu lần vâng, 100 triệu lần cỗ máy đơn giản này. Ở đâu đó, những chuỗi tín hiệu này là chính bạn, là quan niệm và nhận thức của bạn, là cảm xúc, là trí nhớ, là kế hoạch của bạn trong tương lai Nhưng chúng ta không biết ở đâu vì chúng ta không biết cách đọc những chuỗi tín hiệu này. Chúng ta không hiểu thứ ngôn ngữ được não sử dụng. Đẻ có thể đi xa hơn, chúng ta phải tìm cách phá vỡ các mật mã này. Nhưng bằng cách nào đây? Một nhà phá mật mã có kinh nghiệm sẽ nói với bạn rằng để tìm hiểu xem kí hiệu trên một mật mã có ý nghĩa gì, điều cần thiết là phải có khả năng chơi với chúng, sắp xếp chúng theo cách bạn mong muốn. Và trong tình huống này cũng vậy, để giải mã các thông tin bên trong những chuỗi tính hiệu này, chỉ quan sát thôi thì không đủ. Chúng ta cần phải sắp xếp lại chúng. Nói cách khác, thay vì ghi nhận hoạt động của neuron, chúng ta phải điều khiến nó. Chúng ta không cần thiết phải kiếm soát toàn bộ các neuron bên trong não, chỉ cần một vài neuron là đủ. Sự can thiệp của chúng ta càng đưỡ xác định rõ ràng càng tốt. Tôi sẽ cho bạn thấy trong một khoảng khắc làm cách nào chúng ta đạt được độ chính xác cần thiết.
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.
Và tôi khá là thực tế chứ không hão huyền. Tôi không dám chắc rằng khả năng kiểm soát chức năng của hệ thần kinh có thể ngay lập tức giúp chúng ta khám phá mọi bí ẩn của nó. Nhưng chắc chắn chúng ta sẽ biết được rất nhiều từ đó. Và tôi bây giờ không có cách nào là người đầu tiên nhận ra sức mạnh to lớn của các công cụ can thiệp này. Lịch sử của những lần cố gắng để kết nối chức năng của hệ thần kinh là một lịch sử dài và vinh quang. Ít nhất nó đã kéo dài hơn 200 năm rồi, nó bắt đầu từ thời các thí nghiệm nổi tiếng của Galvani hồi cuối thế kỉ 18, và thậm chí là xa hơn nữa kia. Galvani chứng minh rằng chân của mấy chú ếch bị co giật khi ông nối những dây thần kinh thắt lưng với một luồng điện. Thí nghiệm này đã làm sáng tỏ một điều đầu tiên, và có lẽ là quan trọng nhất, nó là quặng vàng trong mật mã thần kinh: thông tin này đã được viết lại trong hình hài của các luồng xung điện. Phương thức tiếp cận của Galvani - thử nghiệm hệ thần kinh với các cực điện vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho tới tận ngày nay mặc dù còn khá nhiều nhược điểm. Dĩ nhiên là việc gắn dây điện vô não khá tàn bạo. Rất khó để thực hiện đối với những con vật di chuyển nhiều, và có sự hạn chế nhất định về mặt cơ học đối với số lượng dây điện có thể được gắn cùng lúc.
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.
Vì vậy, khoảng cuối thế kỉ vừa rồi, tôi bắt đầu nghĩ, chẳng phải là rất tuyệt sao, nếu như một người có thể nắm vững logic này và lật ngược lại nó. Thay vì gắn một sợi dây điện vào một điểm của bộ não, tôi tái thiết lại bộ não để một vài nhân tố thần kinh trong đó có khả năng đáp ứng với nhiều tín hiệu thông tin khác nhau ví dụ như là một chùm ánh sáng chẳng hạn. Phương pháp tiếp cận này sẽ, về mặt lý thuyết, vượt qua được rất nhiều trở ngại để chúng ta khám phá bí ẩn của não bộ chỉ trong vòng một ánh chớp. Trước hết, phương pháp này không gây đau đớn, đó là một dạng trao đổi tín hiệu không cần tới dây. Thứ hai, cũng như khi dùng sóng radio, bạn có thể giao tiếp với nhiều người nghe cùng một lúc. Bạn không cần biết những người nghe này đang nằm ở đâu và việc họ có di chuyển tới đâu đi chăng nữa cũng không thành vấn đề cũng giống như âm thanh nổi trong chiếc xe hơi của bạn vậy đó. Nó thậm chí còn tốt hơn nữa kìa, vì hóa ra là chúng ta có thể xây dựng nên những "người nghe" này từ những vật liệu được mã hóa trong DNA. Như vậy, mỗi tế bào thần kinh với bộ mã di truyền được chỉnh sửa đúng cách có thể cùng lúc tạo ra một "người nghe" cho phép chúng ta điều khiển chức năng của chúng. Hi vọng các bạn có thể cảm nhận được sự đơn giản đẹp đẽ trong khái niệm này. Không có bất kì công nghệ hi-tech nào ở đây cả, chỉ có bản chất sinh học được khám phá bằng chính sinh học.
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.
Nào bây giờ hãy cùng quan sát kĩ hơn những "người nghe" kì diệu này nhé. Khi chúng ta nhìn kĩ từng cụm tế bào thần kinh màu tím này, chúng ta sẽ thấy lớp màng ngoài của chúng được khảm đầy những lỗ li ti rất nhỏ. Những lỗ này sẽ tạo nên các dòng điện và chính những xung điện này tạo nên sự giao tiếp trong hệ thần kinh. Nhưng các cánh cổng này rất đặc biệt. Chúng được kết nối với những điểm tiếp nhận ánh sáng gần giống với các thụ thể trong mắt của bạn. Bất kì khi nào có một luồng ánh sáng chạm vô những thụ thể này, các lỗ sẽ được mở ra và luồng điện được bật, và các tế bào thần kinh chuyển đi các xung điện. Bởi vì những cánh cổng nhạy sáng này được mã hóa trong DNA, chúng ta có thể đạt được một mức độ chính xác tới khó tin. Đó là bởi vì, dù mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta chứa cùng một tập hợp gen, nhưng trong mỗi tế bào, những nhóm gen khác nhau sẽ được đóng mở theo một cách riêng. Bạn có thể lợi dụng điều này để đảm bảo rằng chỉ có một số tế bào thần kinh nhất định chứa những cánh cổng nhạy sáng, còn các tế bào khác thì không. Và như vậy, trong bức tranh này, chúng ta sẽ làm cho các tế bào trắng xanh trong góc trên bên trái làm cho chúng không đáp ứng với ánh sáng, vì thiếu những cánh cổng nhạy sáng. Cách thức tiếp cận này hoạt động hiệu quả tới mức chúng ta có thể viết những thông tin hoàn toàn nhân tạo trực tiếp trên bộ não. Trong ví dụ này, mỗi luồng xung điện, mỗi sự chệch hướng trên đường đi được gây ra bởi một luồng sáng ngắn. Và phương pháp này cũng có thể được sử dụng đối với các động vật đang di chuyển và hoạt động.
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.
Đây có lẽ là một thí nghiệm đầu tiên, có tương quan với thí nghiệm về điện của Galvani. Nó được thực hiện khoảng sáu hay bảy năm trước bởi một nghiên cứu sinh của tôi, Susana Lima. Susana đã kiến tạo lại chú ruồi giấm bên tay trái để cho chỉ có hai trong hơn 200 000 tế bào não của nó có chứa các cánh cổng nhạy sáng. Bạn có thể quen với các tế bào này đó, vì chính chúng khiến bạn khó chịu khi bạn đuổi ruồi đi. Chúng khiến cho những con ruồi có khả năng phản xạ chạy thoát, nhảy vào không trung và bay đi xa khi bạn có động thái di chuyển tay của mình. Và bạn có thể thấy ở đây, những chùm sáng cũng gây ra tác động tương tự. Con vật này nhảy, mở cánh rộng ra, và đập cánh nhưng không thể bay lên được bởi vì chúng bị kẹp giữa hai tấm kính Bây giờ khi đã chắc chắn rằng không có phản ứng nào của con ruồi đối với chùm sáng mà nó thấy được, Susana thực hiện một thí nghiệm đơn giản nhưng cực kì hiệu quả. Cô ấy cắt bỏ đầu của những con ruồi. Cơ thể không có đầu kia có thể sống được trong một ngày, nhưng chúng không thể hoạt động được nhiều. Chúng chỉ có thể đứng ở đó và khua khua, chải chải liên tục. Có lẽ tính cách duy nhất còn lại sau khi bị cắt bỏ đi bộ não chính là sự phù phiếm, tự cao tự đại. (Cười) Dù sao đi nữa, bạn sẽ thấy rằng trong một khoảnh khắc đó, Susana đã có thể làm cho cỗ máy bay lượn này hoạt động và một thứ gì đó tương đương với xương sống của những con ruồi này khiến cho thân thể không có đầu này cất cánh và bay đi xa. Thực ra thì cũng không xa lắm đâu, dĩ nhiên rồi. Kể từ khi chúng tôi có tiến đi những bước đầu tiên, lĩnh vực quang di truyền học đã thực sự bùng nổ. Và tới nay thì có hàng trăm phòng thí nghiệm đang sử dụng cách thức này.
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.
Và chúng ta đã đi một quãng đường rất xa kể từ những thành công đầu tiên của Galvani và Susana trong việc bắt các con vật nhảy hay co giựt. Bây giờ, chúng ta thậm chí có thể tác động lên tâm lý của chúng bằng những cách rất uyên thâm giống như cách mà tôi sẽ nói cho các bạn nghe trong ví dụ cuối cùng đây, nó nhắm tới một câu hỏi rất quen thuộc. Cuộc sống là một chuỗi những lựa chọn tạo ra một áp lực bất biến bắt chúng ta quyết định hành động nào phải xảy ra tiếp theo. Và chúng ta đối mặt với áp lực này bằng bộ não của chúng ta và trong cỗ máy này, có một trung tâm ra quyết định tôi tạm gọi nó là Actor. Actor sẽ cung cấp các chính sách dựa trên trạng thái môi trường và hoàn cảnh mà chúng ta vận hành. Hành động của chúng ta thay đổi môi trường, thay đổi hoàn cảnh và sự thay đổi này được phản hồi lại với vòng xoáy quyết định..
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.
Nào, hãy thử mang lại chút hình hài sinh động, cho mô hình trừu tượng này nhé., chúng tôi tạo nên thế giới một chiều đơn giản để cho đối tượng của chúng ta - những chú ruồi dấm. Mỗi căn phòng trong gian nhà dựng đứng này sẽ chỉ chứa một con ruồi. Mảng bên trái và bên phải của phòng được tô hai màu khac nhau và có máy quay phim theo dõi. Máy giúp quan sát các con ruồi tăng và giảm vận tốc giữa hai bức tường. Ở đây có một vài thang đo chiều dài CCTV. Bất kì lúc nào con ruồi bay đến giữa căn phòng nơi mà hai dòng mùi hương chạm nhau. nó phải đưa ra một quyết định Nó phải quyết định quay ngược lại và ở trong vùng có vùi hương cũ hay là vượt qua đường trung gian đó và thử một vài điều mới. Những quyết định này chắc chắn là phản xạ từ các chính sách mà Actor đưa ra. Đối với những dạn trí thông minh như con ruồi của chúng ta, các chính sách này không được viết trên đá, không bất biến mà thường thay đổi khi con vật học được một kinh nghiệm mới. Chúng ta có thể kết hợp yếu tố đó của những trí thông minh có khả năng thích nghi đó, vào với mô hình của chúng ta bằng cách giả định rằng bộ não của chú ruồi bay không chỉ có trung khu Actor mà còn có những nhóm tế bào khác nữa, đó là Critic, trung khu này đưa ra những lời nhận định đối với các lựa chọn của Actor. Bạn có thể hình dung giọng nói này giống như là một phần cân bằng trong não bộ tương tự như nhà thờ Công giáo nếu như bạn là người Áo giống tôi, hoặc là một thứ siêu ngã, nếu như bạn theo trường phái của Freud, hoặc đó chính là mẹ của bạn, nếu như bạn là người Do Thái,
(Laughter)
(cười)
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.
Bây giờ rõ ràng là Critic - sự phàn nàn chính là một nhân tố quan trọng trong trí thông minh của chúng ta Vì vậy chúng tôi quyết định tìm hiểu các tế bào trong bộ não của ruồi đóng vai trò của Critic. Và lý luận của chúng tôi rất đơn giản. Chúng tôi nghĩ rằng, nếu có thể dùng cách điều khiển từ xa của quang học để hoạt hóa những tế bào Critic, chúng tôi có thể, theo một cách nhân tạo, rầy rà Actor khiến nó thay đối chính sách. Nói cách khác, những con ruồi này phải học từ các sai phạm mà nó nghĩa là nó đã trải qua, nhưng trên thực tế thì nó không hề sai phạm. Do vậy, chúng tôi cho lai các con ruồi giấm với bộ não có phần nào đó nghiêm khắc với những tế bào có khả năng nhận sáng. Sau đó chúng tôi lấy những con ruồi này ra và để cho chúng tiến hành lựa chọn. Bất kì khi nào chúng đưa ra một trong hai quyết định. lựa chọn một cách cửa, ví dụ như chọn cánh cửa xanh thay vì cách cửa cam, chúng tôi sẽ bật sáng lên. Nếu như Critic là một trong số những tế bào được kích quang, thì sự can thiệp của chúng tôi sẽ đưa đến két quả là một thay đổi về chính sách. Và các con ruồi có thể học được cách tránh xa những mùi được quang học làm mạnh lên.
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.
Sẽ có hai trường hợp khác nhau như thế này. Chúng tôi so sánh hai dòng ruồi dấm, mỗi nhóm trong chúng có khoảng 100 tế bào nhạy quang trong não được thể hiện bằng màu xanh lá cây ở bên trái và bên phải. Điểm chung giữa các nhóm tế bào này là chúng sản sinh ra chất dẫn truyền thần kinh dopamine. Nhưng đặc điểm nhận dạng của những tế bào thần kinh tạo ra dopamine có sự khác biệt rất lớn ở hai nhóm bên phải và bên trái. Nếu dùng quang học kích thích những tế bào này trong hai nhóm ruồi giấm, chúng ta sẽ thu được kết quả khác xa nhau. Nếu bạn nhìn nhận trước tiên ở hành vi của những con ruồi ở bên phải, bạn có thể thấy rằng mỗi lần chúng đi tới giữa chừng của căn phòng nơi hai mùi hương gặp nhau, nó sẽ đi thẳng tiếp giống như nó từng làm. Hành vi của nó hoàn toàn không thay đổi. Nhưng nhóm ruồi bên trái thì khác hẳn, Mỗi khi nó tới điểm giữa này, nó dừng lại, cẩn thận rà soát mùi hương ở vùng giao điểm, giống như là chúng đang khụt khịt hửi môi trường xung quanh, và rồi chúng quay đầu lại. Điều này có nghĩa là những chính sách mà Actor đưa ra bây giờ bao hàm một chỉ dẫn rằng phải tránh xa mùi hương ở bên phải của căn phòng. Chắc chắn là Critic đã lên tiếng bên trong con vật, và Critic nhất định được cấu thành ở giữa những tế bào tạo dopamine ở bên trái, nhưng không có trong tế bào tạo dopamine ở bên phải.
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.
Thông qua những ví dụ như thế này, chúng tôi có thể giảm dần phạm vi tìm kiếm, cho tới mức giới hạn Critic chỉ trong một nhóm 12 tế bào. Nhóm tế bào này, được minh họa bằng màu xanh lá cây ở đây, chúng sẽ gửi thông điệp tới một bộ phận của não có tên gọi thể nấm, được minh họa bằng màu xám. Chúng tôi biết rằng bằng những mô hình này chúng tôi có thể biết được cấu trúc não ở đầu bên kia nhận lệnh của Critic chính là Actor. Cấu trúc này cho thấy những thể nấm này có liên quan gì đó tới sự hành động, tới các lựa chọn. Với tất cả những hiểu biết của chúng ta về thể nấm, điều này có một ý nghĩa hoàn hảo. Thưc tế, nó có quá nhiều ý nghĩa trong việc chúng ta có thể thiết kế nên một dòng điện đồ chơi có khả năng nhái lại hành vi của con ruồi. Trong dòng điện mô hình này, những tế bào thần kinh trong thể nấm được tượng trưng bằng các đèn LED nằm dọc màu xanh ở chính giữa bảng. Các đèn LED này được nối dây với cảm biến có khả năng nhận biết sự hiện diện của các phân tử mùi trong không khí. Mỗi mùi sẽ kích hoạt một nhóm cảm biến khác nhau, và từ đó hoạt hóa một nhân tố dò mùi ở bên trong thể nấm. Như vậy, phi tiêu trong buồng lái của những chú ruồi này, Actor, có thể biết mùi nào đang hiện diện chỉ bằng cách nhìn xem chiếc đèn LED xanh nào đang được thắp sáng.
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.
Còn việc Actor làm gì với thông tin này thì còn phụ thuộc vào chính sách của nó, và các quy định này được lưu trữ trong độ mạnh của những liên kết, giữa những chiếc máy dò mùi và những động cơ khởi động các hoạt động chạy trốn của con ruồi. Nếu liên kết này quá yếu, động cơ này không khởi động được và con ruồi sẽ tiếp tục đi thẳng. Còn nếu liên kết đủ mạnh, động cơ sẽ được bật lên và chú ruồi sẽ bắt đầu đổi hướng. Hãy xem xét một tình huống mà trong đó động cơ này không được bật lên chú ruồi cứ tiếp tục đi theo con đường đó và nó gánh chịu một hậu quả đau đớn chẳng hạn như bị hạ gục chẳng hạn. Và khi đó, chúng ta có thể trông đợi Critic lên tiếng nói với Actor để thay đổi chính sách của nó. Và chúng tôi đã tạo ra tình huống đó một cách nhân tạo bằng cách khởi động Critic thông qua một chùng tia sáng. Và nó tạo nên một sự gắn kết chặt chẽ hơn giữa các máy dò mùi đang hoạt động với động cơ của chú ruồi. Thế là trong lần tiếp theo, nếu như những chú ruồi này cảm thấy mình đang chạm trán với mùi hương cũ, kết nối này đã đủ mạnh để khởi động mô tơ và tạo ra phản ứng chạy trốn.
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.
Tôi không biết bạn nghĩ sao, nhưng tôi cảm thấy rất phấn khích khi hiểu sự mù mờ trong các nhắc nhở về mặt tâm lý bằng cách nào mà chúng có thể làm biến mất hay dẫn tới những sự thay đổi, những hiểu biết cơ học trong bộ não, ngay cả khi đó chỉ là não của một con ruồi. Đây là một thông tin rất quan trọng và đầy hứa hẹn. Một thông tin vui khác nữa ít nhất là cho các nhà khoa học, đó là còn rất nhiều điều để chúng ta khám phá. Trong các thí nghiệm tôi kể với bạn, chúng tôi đã phần nào nhận biết được Critic, nhưng vẫn chưa hiểu nhóm tế bào này thực hiện chức năng của chúng ra sao. Và chúng tôi bắt đầu liên hệ với chuyện khi bạn làm sai điều gì đó mẹ bạn, thầy cô của bạn không ở đó để nhắc nhở bạn nữa, thật là khó khăn làm sao. Có một vài ý tưởng trong ngành khoa học máy tính và trí thông mình nhân tạo để giúp ta hiểu được cơ chế của những việc này nhưng chúng ta vẫn còn một ví dụ chưa giải quyết được đó là bằng cách nào những hành vi thông minh được nảy sinh từ các tương tác cơ học bên trong vật chất sống. Tôi nghĩ chúng ta sẽ sớm đi tới đó thôi, trong một tương lai gần.
Thank you.
Cảm ơn các bạn!
(Applause)
(Vỗ tay).