أنا عالم أعصاب، والمؤسس المشارك لBackyard Brains، ورسالتنا أن ندرب الجيل القادم من علماء الأعصاب بأخذ معدات البحث في علم الأعصاب من مستوى الخريجين وجعلها متاحة للأطفال في المدارس المتوسطة والثانوية. وعندما ندخل فصلاً دراسياً، فهناك طريقة لجعلهم يندمجون في التفكير عن الدماغ، الذي هو في غاية التعقيد، أن نسألهم سؤالاً في غاية البساطة عن علم الأعصاب، وهو: "ما الذي لديه دماغ؟" وعندما نسأل هذا، سيخبرنا الطلاب فوراً أن قطتهم أو كلبهم لديهم دماغ، ومعظمهم سيقولون أن الفأر أو حتى حشرة صغيرة لديهم دماغ، ولكن تقريباً لا أحد يقول أن نبتة أو شجرة أو شجيرة لديهم دماغ. لذا فعندما تتابع لأن هذا يمكنه فعلاً المساعدة قليلاً في وصف كيفية عمل الدماغ في الواقع فتتابع وتقول، "حسناً، ما الذي يحدد كون الكائنات الحية لديها دماغ أم لا؟" وغالباً ما سيجيبون بتصنيف أن الكائنات التي تتحرك عادة ما يكون لها أدمغة. وهذا صحيح تماماً. تطور جهازنا العصبي لأنه كهربائي. إنه سريع، حتى نتمكن من الاستجابة بسرعة للمؤثرات في العالم وأن نتحرك عند الحاجة. ولكن يمكنكم العودة والاستمرار مع طالب، وسؤاله: "حسناً، تعلم، أنت تقول أن النباتات ليست لديها أدمغة، ولكن النباتات تتحرك". أي شخص قام بزراعة نبتة قد لاحظ أن النبتة ستتحرك وتواجه الشمس. ولكن الطالب سيرد قائلاً: "ولكن هذه حركة بطيئة. كما تعلم، فهي لا تحتسب. فقد تكون عملية كيميائية". ولكن ماذا عن النباتات سريعة الحركة؟ حسناً، في عام 1760، قام (آرثر دوبز)، الحاكم الملكي لولاية كارولاينا الشمالية، باكتشاف مبهر للغاية، ففي المستنقعات خلف منزله، وجد نبتة تنغلق بسرعة في كل مرة تسقط فيها حشرة. وقام بتسمية هذه النبتة مصيدة فينوس (خناق الذباب)، وخلال عقد من الزمن، شقت طريقها إلى أوروبا، حيث تمكن تشارلز داروين العظيم من دراسة هذه النبتة في النهاية، وقد أذهلته تماماً. وسماها أكثر النباتات روعة في العالم. هذه نبتة كانت معجزة تطورية. هذه نبتة تتحرك بسرعة، وهو شي نادر، وهي آكلة لحوم، وهو نادر أيضاً. وهذا في نفس النبتة. ولكنني هنا اليوم لأخبركم أن هذا ليس أروع شيء بخصوص هذه النبتة. فأروع شيء هو أنها تستطيع العد. ولكي أتمكن من إظهار هذا، فعلينا أن نفهم بعض المصطلحات. لذا فسأقوم بما نفعله مع التلاميذ في الفصول. سنقوم بتجربة في الفيزيولوجيا الكهربائية، وهي تسجيل لإشارات الجسد الكهربية، سواء التي تأتي من الخلايا العصبية أو من العضلات. وها أنا أضع بعض الأقطاب الكهربائية هنا على معصمي. وعندما أوصلهم، سنكون قادرين على رؤية إشارة على الشاشة هنا. وقد تكون هذه الإشارة مألوفة بالنسبة لكم. وهي تسمى بالEKG، أو تخطيط كهربائية القلب. وهي تأتي من الخلايا العصبية في قلبي التي تطلق ما يسمى بجهود الفعل، والجهد هو الجهد الكهربائي والفعل يعني أنه يتحرك بسرعة صعوداً ونزولاً، وهو ما يشغل قلبي، الذي بدوره يتسبب في الإشارات التي ترونها هنا. لذا أريدكم أن تتذكروا شكل ما سترونه هنا الآن، لأن هذا سيكون مهماً هذه هي طريقة تشفير الدماغ للمعلومات في صورة جهد فعل. فلننتقل الآن إلى بعض النباتات. سأعرفكم أولاً على الميموسا، لا أعني الشراب، ولكن الميموسا بوديكا (النبتة الخجولة)، وهي نبتة توجد في أمريكا الوسطى وأمريكا الجنوبية، ولديها سلوكيات. والسلوك الأول الذي سأريكم هو عندما ألمس الأوراق هنا، سترون أن الأوراق تميل إلى الكرمشة. والسلوك الثاني يظهر، إذا نقرت على الورقة، يبدو أن الفرع بأكمله سيسقط. إذاً فلماذا تفعل هذا؟ إنه شيء ليس معروفاً حقاً للعلم. قد يكون واحد من الأسباب أنها بهذا تخيف الحشرات، أو أنها تبدو أقل جاذبية للحيوانات العاشبة. ولكن كيف تفعل هذا؟ هذا هو المثير للاهتمام. ويمكننا إجراء تجربة لمعرفة كيف. فما سنقوم بعمله الآن، تماماً مثلما سجلت الجهد الكهربائي لجسدي، سنقوم بتسجيل الجهد الكهربائي لهذه النبتة هنا، هذه الميموسا. لذا ما سنفعله، هو أنني قمت بلف سلك حول الجذع، وأين وضعت القطب الأرضي؟ في الأرض. هذه مزحة مهندسين كهربائيين. لا بأس. (ضحك) حسناً. سوف أبدأ الآن وأنقر على الورقة هنا، وأريدكم أن تتابعوا التسجيل الكهربائي الذي سنراه داخل النبتة. مهلاً. إنه كبير جداَ. علي تصغيره. حسناً. فما هذا؟ هذا فعل جهد ينشأ داخل النبتة. ولما نشأ؟ لأنها أرادت الحركة. أليس كذلك؟ ولذلك عندما أضرب مستقلات اللمس، أرسلت جهداً كهربائياً على طول الطريق حتى نهاية الجذع، والذي تسبب في حركتها. وفي أذرعنا، نقوم بتحريك العضلات، ولكن النبتة ليست لديها عضلات. الذي لديها هو الماء داخل الخلايا وعندما يضرب الجهد الكهربائي الخلايا، تنفتح، وتحرر الماء، مغيرة شكل الخلايا، وتسقط الورقة. حسناً. فها قد رأينا فعل الجهد وهو يشفر معلومات للحركة. اتفقنا؟ لكن ما الذي يفعله أكثر من ذلك؟ لنكتشف ذلك. سنذهب إلى صديقتنا العزيزة، مصيدة فينوس هنا، وسنلقي نظرة على ما يحدث داخل الورقة عندما تهبط ذبابة داخلها. لذا سأتظاهر أنني ذبابة الآن. وها هي مصيدة فينوس خاصتي هنا، وداخل الورقة، ستلاحظون أن هناك ثلاث شعيرات هنا، وهن شعيرات إثارة. وهكذا عندما تهبط ذبابة سألمس واحدة من الشعيرات الآن. مستعدون؟ واحد، اثنان، ثلاثة. ما الذي نحصل عليه؟ نحصل على جهد فعل جميل. وعلى الرغم من ذلك، لم تنغلق مصيدة الذباب. ولكي نفهم لماذا هذا، علينا أن نتعلم أكثر قليلاً عن سلوك مصيدة الذباب. أولاً هي تحتاج وقتاً طويلاً لتعيد فتح المصايد، تعرفون، حوالي من 24 إلى 48 ساعة إذا لم تكن بداخلها ذبابة. فهي تستهلك الكثير من الطاقة. وثانياً، أنها لا تحتاج أن تأكل كمية كبيرة من الذباب على مدار العام. تحتاج مقدار قبضة فقط. فهي تحصل على معظم طاقتها من الشمس. فهي تحاول أن تستبدل الذباب ببعض العناصر الغذائية في التربة ليس إلا. وثالثاً، فهي تفتح وتغلق المصيدة بضع مرات فحسب حتى تموت تلك المصيدة. لذا فهي تريد أن تكون على أتم التأكيد أن هناك وجبة بداخلها قبل أن تنغلق مصيدة الذباب. إذاً كيف تتأكد من ذلك؟ تقوم بعد الثواني بين مرات اللمس المتتابعة لتلك الشعيرات. والفكرة أنه ستكون هناك احتمالية عالية، إذا كانت هناك ذبابة بالداخل، أن الذبابة والشعيرة سيتلامسان، فعندما تحصل على أول جهل فعل، تبدأ بالعد، واحد، اثنان، وإذا وصلت ل20 ولم ينطلق جهد فعل آخر، فلن تنغلق، ولكن إذا نشأ جهد فعل خلال تلك الثواني، عندها ستنغلق مصيدة الذباب. سنعود إليها الآن. وسألمس مصيدة فينوس مرة أخرى. وأنا أتحدث الآن لأكثر من عشرين ثانية. فلنر ما سيحدث عندما ألمس الشعيرة مرة ثانية. فما الذي نحصل عليه؟ نحصل على جهد فعل ثان، ولكن مرة أخرى، لا تنغلق الورقة. والآن إذا عدت داخلها وكنت ذبابة تتحرك بالداخل، فسألمس الورقة بضع مرات. سأتابع وأحتك بها بضع مرات. وفوراً، تنغلق مصيدة الذباب. فها نحن نرى مصيدة ذباب تقوم بالحساب. إنها تحدد ما إذا كانت هناك ذبابة داخل المصيدة، وبعدها تنغلق. فلنعد إلى سؤالنا الأصلي. هل للنباتات أدمغة؟ حسناً، الإجابة هي كلا. ليست هناك أدمغة هنا. لا محاور عصبية، لا خلايا عصبية. ولا يصيبها الإكتئاب. ولا تهتم بنتائج مباريات كرة القدم. وليس لديها مشاكل في تحقيق الذات. ولكن ما لديها، هو شيء مشابه جداً لما لدينا، وهو القدرة على التواصل باستعمال الكهرباء. الفرق أنها تستعمل أيونات مختلفة قليلاً عن ما لدينا، ولكنها في الواقع تقوم بنفس الشيء. لأريكم فحسب الطبيعة واسعة الانشار لجهود الفعل هذه، رأيناها في مصيدة فينوس، رأينا جهد فعل في الميموسا. بل ورأينا جهد فعل حتى في إنسان. إنه العملة الموحدة للدماغ. إنه طريقة تمرير كل المعلومات. وهكذا نستطيع استخدام جهود الفعل تلك لنقل معلومات بين أنواع من النباتات. وهذا هو جهاز الاتصال بين النباتات من أنواع مختلفة خاصتنا، والذي قمنا به هنا، هو أننا ألفنا تجربة جديدة كلياً فيها سنقوم بتسجيل جهد الفعل الناشئ من مصيدة فينوس، ثم سنرسله إلى الميموسا الخجولة. وأريدكم أن تتذكروا ما يحدث عندما نلمس أوراق الميموسا. لديها مستقبلات لمس تعيد إرسال تلك المعلومة في صورة جهد فعل. فما الذي سيحدث إذا أخذنا جهد الفعل من مصيدة فينوس وأرسلناه إلى كل جذوع الميموسا؟ يجب أن نكون قادرين على خلق سلوك الميموسا بدون أن نلسمها بأنفسنا أصلاً. وإذا سمحتم لي، سوف أتابع وأثير هذه الميموسا الآن عن طريق لمس شعيرات مصيدة فينوس. فسنقوم بإرسال معلومات اللمس من نبتة إلى أخرى. وها أنتم ترونها. لذا، (تصفيق) لذا، آمل أنكم تعلمتم اليوم، شيئاً عن النباتات، وليس هذا فحسب. تعلمتم أن النباتات يمكن أن تسخدم للمساعدة في تدريس علم الأعصاب. والنهوض بالثورة العصبية. شكراً لكم. (تصفيق)
I'm a neuroscientist, and I'm the co-founder of Backyard Brains, and our mission is to train the next generation of neuroscientists by taking graduate-level neuroscience research equipment and making it available for kids in middle schools and high schools. And so when we go into the classroom, one way to get them thinking about the brain, which is very complex, is to ask them a very simple question about neuroscience, and that is, "What has a brain?" When we ask that, students will instantly tell you that their cat or dog has a brain, and most will say that a mouse or even a small insect has a brain, but almost nobody says that a plant or a tree or a shrub has a brain. And so when you push -- because this could actually help describe a little bit how the brain actually functions -- so you push and say, "Well, what is it that makes living things have brains versus not?" And often they'll come back with the classification that things that move tend to have brains. And that's absolutely correct. Our nervous system evolved because it is electrical. It's fast, so we can quickly respond to stimuli in the world and move if we need to. But you can go back and push back on a student, and say, "Well, you know, you say that plants don't have brains, but plants do move." Anyone who has grown a plant has noticed that the plant will move and face the sun. But they'll say, "But that's a slow movement. You know, that doesn't count. That could be a chemical process." But what about fast-moving plants? Now, in 1760, Arthur Dobbs, the Royal Governor of North Carolina, made a pretty fascinating discovery. In the swamps behind his house, he found a plant that would spring shut every time a bug would fall in between it. He called this plant the flytrap, and within a decade, it made its way over to Europe, where eventually the great Charles Darwin got to study this plant, and this plant absolutely blew him away. He called it the most wonderful plant in the world. This is a plant that was an evolutionary wonder. This is a plant that moves quickly, which is rare, and it's carnivorous, which is also rare. And this is in the same plant. But I'm here today to tell you that's not even the coolest thing about this plant. The coolest thing is that the plant can count. So in order to show that, we have to get some vocabulary out of the way. So I'm going to do what we do in the classroom with students. We're going to do an experiment on electrophysiology, which is the recording of the body's electrical signal, either coming from neurons or from muscles. And I'm putting some electrodes here on my wrists. As I hook them up, we're going to be able to see a signal on the screen here. And this signal may be familiar to you. It's called the EKG, or the electrocardiogram. And this is coming from neurons in my heart that are firing what's called action potentials, potential meaning voltage and action meaning it moves quickly up and down, which causes my heart to fire, which then causes the signal that you see here. And so I want you to remember the shape of what we'll be looking at right here, because this is going to be important. This is a way that the brain encodes information in the form of an action potential. So now let's turn to some plants. So I'm going to first introduce you to the mimosa, not the drink, but the Mimosa pudica, and this is a plant that's found in Central America and South America, and it has behaviors. And the first behavior I'm going to show you is if I touch the leaves here, you get to see that the leaves tend to curl up. And then the second behavior is, if I tap the leaf, the entire branch seems to fall down. So why does it do that? It's not really known to science. One of the reasons why could be that it scares away insects or it looks less appealing to herbivores. But how does it do that? Now, that's interesting. We can do an experiment to find out. So what we're going to do now, just like I recorded the electrical potential from my body, we're going to record the electrical potential from this plant, this mimosa. And so what we're going to do is I've got a wire wrapped around the stem, and I've got the ground electrode where? In the ground. It's an electrical engineering joke. Alright. (Laughter) Alright. So I'm going to go ahead and tap the leaf here, and I want you to look at the electrical recording that we're going to see inside the plant. Whoa. It is so big, I've got to scale it down. Alright. So what is that? That is an action potential that is happening inside the plant. Why was it happening? Because it wanted to move. Right? And so when I hit the touch receptors, it sent a voltage all the way down to the end of the stem, which caused it to move. And now, in our arms, we would move our muscles, but the plant doesn't have muscles. What it has is water inside the cells and when the voltage hits it, it opens up, releases the water, changes the shape of the cells, and the leaf falls. OK. So here we see an action potential encoding information to move. Alright? But can it do more? So let's go to find out. We're going to go to our good friend, the Venus flytrap here, and we're going to take a look at what happens inside the leaf when a fly lands on here. So I'm going to pretend to be a fly right now. And now here's my Venus flytrap, and inside the leaf, you're going to notice that there are three little hairs here, and those are trigger hairs. And so when a fly lands -- I'm going to touch one of the hairs right now. Ready? One, two, three. What do we get? We get a beautiful action potential. However, the flytrap doesn't close. And to understand why that is, we need to know a little bit more about the behavior of the flytrap. Number one is that it takes a long time to open the traps back up -- you know, about 24 to 48 hours if there's no fly inside of it. And so it takes a lot of energy. And two, it doesn't need to eat that many flies throughout the year. Only a handful. It gets most of its energy from the sun. It's just trying to replace some nutrients in the ground with flies. And the third thing is, it only opens then closes the traps a handful of times until that trap dies. So therefore, it wants to make really darn sure that there's a meal inside of it before the flytrap snaps shut. So how does it do that? It counts the number of seconds between successive touching of those hairs. And so the idea is that there's a high probability, if there's a fly inside of there, they're going to be quick together, and so when it gets the first action potential, it starts counting, one, two, and if it gets to 20 and it doesn't fire again, then it's not going to close, but if it does it within there, then the flytrap will close. So we're going to go back now. I'm going to touch the Venus flytrap again. I've been talking for more than 20 seconds. So we can see what happens when I touch the hair a second time. So what do we get? We get a second action potential, but again, the leaf doesn't close. So now if I go back in there and if I'm a fly moving around, I'm going to be touching the leaf a few times. I'm going to go and brush it a few times. And immediately, the flytrap closes. So here we are seeing the flytrap actually doing a computation. It's determining if there's a fly inside the trap, and then it closes. So let's go back to our original question. Do plants have brains? Well, the answer is no. There's no brains in here. There's no axons, no neurons. It doesn't get depressed. It doesn't want to know what the Tigers' score is. It doesn't have self-actualization problems. But what it does have is something that's very similar to us, which is the ability to communicate using electricity. It just uses slightly different ions than we do, but it's actually doing the same thing. So just to show you the ubiquitous nature of these action potentials, we saw it in the Venus flytrap, we've seen an action potential in the mimosa. We've even seen an action potential in a human. Now, this is the euro of the brain. It's the way that all information is passed. And so what we can do is we can use those action potentials to pass information between species of plants. And so this is our interspecies plant-to-plant communicator, and what we've done is we've created a brand new experiment where we're going to record the action potential from a Venus flytrap, and we're going to send it into the sensitive mimosa. So I want you to recall what happens when we touch the leaves of the mimosa. It has touch receptors that are sending that information back down in the form of an action potential. And so what would happen if we took the action potential from the Venus flytrap and sent it into all the stems of the mimosa? We should be able to create the behavior of the mimosas without actually touching it ourselves. And so if you'll allow me, I'm going to go ahead and trigger this mimosa right now by touching on the hairs of the Venus flytrap. So we're going to send information about touch from one plant to another. So there you see it. So -- (Applause) So I hope you learned a little bit, something about plants today, and not only that. You learned that plants could be used to help teach neuroscience and bring along the neurorevolution. Thank you. (Applause)