Είμαι νευροεπιστήμονας, και συνιδρυτής του Backyard Brains, και η αποστολή μας είναι να εκπαιδεύσουμε την επόμενη γενιά νευροεπιστημόνων παίρνοντας πανεπιστημιακό ερευνητικό εξοπλισμό για τις νευροεπιστήμες και κάνοντάς τον διαθέσιμο σε παιδιά γυμνασίου και λυκείου.
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.
Κι έτσι, όταν πάμε σε μια τάξη, ένας τρόπος για να τους κάνουμε να σκεφτούν για τον εγκέφαλο, ο οποίος είναι πολύ περίπλοκος, είναι να τους κάνουμε μια απλή ερώτηση σχετικά με τη νευροεπιστήμη, και αυτή είναι «Τι έχει εγκέφαλο;» Όταν το ρωτάμε αυτό, οι μαθητές κατευθείαν θα σας πουν ότι η γάτα τους ή ο σκύλος τους έχουν εγκέφαλο, και οι περισσότεροι θα πουν πως ένα ποντίκι ή ακόμα κι ένα μικρότερο έντομο έχει εγκέφαλο, αλλά σχεδόν κανένας δε θα πει πως ένα φυτό ή ένα δέντρο, ή ένας θάμνος έχουν εγκέφαλο. Και όταν το πιέζεις -- διότι αυτό θα μπορούσε να περιγράψει κάπως τη λειτουργία του εγκεφάλου -- το πιέζεις και λες, «Tι είναι αυτό που κάνει κάποιους ζωντανούς οργανισμούς να έχουν εγκέφαλο, ενώ άλλους όχι;» Και συχνά καταλήγουν στην ταξινόμηση ότι όντα που κινούνται τείνουν να έχουν εγκέφαλο. Και αυτό είναι ολόσωστο. Το νευρικό μας σύστημα εξελίχθηκε επειδή είναι ηλεκτρικό. Είναι γρήγορο, κι έτσι μπορούμε να αντιδράσουμε γρήγορα σε ερεθίσματα και να κινηθούμε, εάν χρειάζεται. Αλλά μπορείτε να πάτε πίσω στον μαθητή και να αντικρούσετε λέγοντας «Λες ότι τα φυτά δεν έχουν εγκέφαλο, αλλά και τα φυτά κινούνται». Οποιοσδήποτε έχει μεγαλώσει ένα φυτό έχει προσέξει ότι το φυτό θα κινηθεί έτσι ώστε να βλέπει τον ήλιο. Αλλά θα σας πουν, «Αλλά αυτή είναι αργή κίνηση. Ξέρεις, αυτό δε μετράει. Θα μπορούσε να είναι χημική διαδικασία». Τι γίνεται, όμως, με τα φυτά που κινούνται γρήγορα;
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?
Το 1760, ο Άρθουρ Ντομπς, ο Αυτοκρατορικός Κυβερνήτης της Βόρειας Καρολίνας, έκανε μια πολύ εντυπωσιακή ανακάλυψη. Στους βάλτους πίσω από το σπίτι του, βρήκε ένα φυτό που έκλεινε κάθε φορά που ένα έντομο έπεφτε πάνω του. Ονόμασε αυτό το φυτό μυγοπαγίδα, και μέσα σε μια δεκαετία αυτό έφτασε στην Ευρώπη, όπου τελικά ο σπουδαίος Κάρολος Δαρβίνος μελέτησε αυτό το φυτό, το οποίο πραγματικά τον κατέπληξε. Το αποκάλεσε το πιο εντυπωσιακό φυτό στον κόσμο. Αυτό το φυτό ήταν ένα εξελικτικό θαύμα. Αυτό είναι ένα φυτό που κινείται γρήγορα, το οποίο είναι σπάνιο, και είναι σαρκοφάγο, το οποίο είναι επίσης σπάνιο. Πρόκειται για το ίδιο φυτό. Αλλά είμαι εδώ για να σας πω ότι αυτό δεν είναι το πιο εντυπωσιακό πράγμα για αυτό το φυτό. Το πιο εντυπωσιακό είναι ότι αυτό το φυτό μπορεί να μετρήσει.
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.
Για να το δείξω αυτό πρέπει να ξεκαθαρίσουμε κάποιες βασικές έννοιες. Θα κάνω, λοιπόν, αυτό που κάνουμε στην τάξη με τους μαθητές. Θα κάνουμε ένα πείραμα με ηλεκτροφυσιολογία, που είναι η καταγραφή του ηλεκτρικού σήματος τους σώματος, που προέρχεται είτε από τους νευρώνες, είτε από τους μύες. Θα βάλω ηλεκτρόδια εδώ στους καρπούς μου. Καθώς τους συνδέω, θα μπορέσουμε να δούμε το σήμα σε αυτή την οθόνη εδώ. Αυτό το σήμα ίσως να σας είναι οικείο, ονομάζεται ηλεκτροκαρδιογράφος. Και αυτό προέρχεται από τους νευρώνες στην καρδιά μου που ενεργοποιούν τα λεγόμενα δυναμικά δράσης, δυναμικό εννοώντας διαφορά δυναμικού, και δράση εννοώντας ότι πηγαίνει πάνω-κάτω γρήγορα, που κάνει την καρδιά μου να δουλεύει, το οποίο προκαλεί αυτό το σήμα που βλέπετε εδώ. Θέλω, λοιπόν, να θυμηθείτε το σχήμα αυτού που θα δούμε εδώ, διότι θα είναι σημαντικό. Είναι ένας τρόπος για το μυαλό να κωδικοποιεί πληροφορίες σε μορφή δυναμικού δράσης.
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.
Ας στραφούμε τώρα σε μερικά φυτά. Θα σας συστήσω πρώτα στη μιμόζα, όχι το ποτό, αλλά στη μιμόζα πούντικα, και είναι ένα φυτό που βρίσκεται στην Κεντρική και τη Νότια Αμερική, και έχει συμπεριφορές. Η πρώτη συμπεριφορά που θα σας δείξω είναι πως αν ακουμπήσω εδώ τα φύλλα, βλέπετε ότι τα φύλλα τείνουν να μαζεύουν. Και η δεύτερη συμπεριφορά είναι, εάν χτυπήσω το φύλλο, ολόκληρο το κλαδί φαίνεται να πέφτει. Γιατί, λοιπόν, το κάνει αυτό; Δεν είναι γνωστό στην επιστήμη. Ένας από τους λόγους θα μπορούσε να είναι ότι τρομάζει τα έντομα, ή ότι φαίνεται λιγότερο ελκυστικό στα φυτοφάγα ζώα. Αλλά πώς το κάνει αυτό; Αυτό έχει ενδιαφέρον. Θα κάνουμε ένα πείραμα για να το διαπιστώσουμε.
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.
Αυτό που θα κάνουμε τώρα, όπως ακριβώς κατέγραψα το ηλεκτρικό δυναμικό του σήματος του σώματός μου, θα καταγράψουμε το ηλεκτρικό δυναμικό αυτού του φυτού, της μιμόζα. Αυτό που θα κάνουμε είναι να περιτυλίξουμε το κλαδί με ένα καλώδιο, και πού έχω τη γείωση; Στη γη. Είναι ένα αστείο για ηλεκτρολόγους μηχανικούς.
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)
(Γέλια)
Ωραία. Θα ακουμπήσω, λοιπόν, το φύλλο εδώ, και θέλω να κοιτάξετε το σήμα που καταγράφεται που θα δούμε μέσα στο φυτό. Ουάου. Είναι τόσο μεγάλο που πρέπει να μειώσω την κλίμακα. Ωραία. Τι είναι, λοιπόν, αυτό; Αυτό είναι ένα δυναμικό δράσης, το οποίο συμβαίνει μέσα στο φυτό. Γιατί συνέβη αυτό; Διότι ήθελε να κινηθεί, σωστά; Όταν, λοιπόν, χτυπάω τα αισθητήρια νεύρα της αφής, στέλνουν ένα δυναμικό μέχρι το τέλος του κλαδιού, το οποίο προκάλεσε την κίνηση. Στα χέρια μας θα κινούσαμε τους μυς μας, αλλά το φυτό δεν έχει μυς. Αυτό που έχει είναι νερό μέσα στα κύτταρα και όταν το χτυπάει ρεύμα, αυτό ανοίγει, απελευθερώνει το νερό, αλλάζει το σχήμα των κυττάρων, και τα φύλλα πέφτουν.
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.
Ωραία. Βλέπουμε εδώ ένα δυναμικό δράσης να κωδικοποιεί πληροφορία για να κινηθεί. Μπορεί, όμως, να κάνει κάτι παραπάνω; Ας το κοιτάξουμε. Θα πάμε στην καλή μας φίλη, τη μυγοπαγίδα εδώ, και θα πάμε να δούμε τι συμβαίνει μέσα στο φύλλο όταν μια μύγα προσγειώνεται εδώ. Θα κάνω τη μύγα τώρα. Κι εδώ είναι η μυγοπαγίδα μου, και μέσα στο φύλλο, θα προσέξετε, ότι υπάρχουν τρία μικρά τριχίδια, τα οποία δρουν σκανδαλιστικά. Όταν μια μύγα προσγειώνεται -- θα ακουμπήσω ένα από τα τριχίδια τώρα. Έτοιμοι; Ένα, δύο, τρία. Τι παίρνουμε; Ένα όμορφο δυναμικό δράσης. Εντούτοις, η μυγοπαγίδα δεν κλείνει. Για να το καταλάβουμε αυτό, πρέπει να ξέρουμε κάτι παραπάνω για την συμπεριφορά της μυγοπαγίδας. Το πρώτο είναι ότι παίρνει πολλή ώρα για να ανοίξει η παγίδα -- περίπου 24 με 48 ώρες εάν δεν υπάρχει μύγα μέσα. Απαιτεί, λοιπόν, πολλή ενέργεια. Και δεύτερον, δε χρειάζεται να φάει τόσες μύγες μέσα στον χρόνο. Μόνο καμιά χούφτα. Την περισσότερη ενέργεια την παίρνει από τον ήλιο. Απλώς προσπαθεί να αντικαταστήσει κάποια θρεπτικά στοιχεία στο έδαφος με μύγες. Και το τρίτο είναι ότι ανοιγοκλείνει την παγίδα μόνο λίγες φορές μέχρι να πεθάνει η παγίδα. Θέλει, λοιπόν, να σιγουρευτεί απόλυτα ότι υπάρχει γεύμα μέσα της, πριν κλείσει η μυγοπαγίδα. Πώς, λοιπόν, το κάνει αυτό; Μετράει τον αριθμό των δευτερολέπτων ανάμεσα σε διαδοχικά αγγίγματα των τριχών. Η ιδέα πίσω από αυτό είναι πως υπάρχει μεγάλη πιθανότητα, αν υπάρχει μύγα εκεί μέσα, ότι θα κλείσει, κι έτσι όταν ενεργοποιηθεί το πρώτο δυναμικό δράσης, αρχίζει να μετράει, ένα, δύο, και εάν φτάσει ως το 20 και δεν ξαναπυροδοτηθεί, τότε δε θα κλείσει, αλλά αν συμβεί το αντίθετο, τότε η μυγοπαγίδα θα κλείσει.
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.
Θα πάμε, λοιπόν, πίσω. Θα ξαναακουμπήσω τη μυγοπαγίδα. Μίλαγα για περισσότερο από 20 δευτερόλεπτα. Θα δούμε, λοιπόν, τι συμβαίνει όταν ακουμπάω το τριχίδιο δεύτερη φορά. Τι παίρνουμε, λοιπόν; Παίρνουμε άλλο ένα δυναμικό δράσης, αλλά και πάλι το φύλλο δεν κινείται. Αν πάω τώρα πίσω και είμαι μια μύγα που κινούμαι εδώ γύρω, θα ακουμπήσω το φύλλο μερικές φορές. Θα πάω και θα το βουρτσίσω μερικές φορές. Και αμέσως, η μυγοπαγίδα κλείνει. Βλέπουμε εδώ τη μυγοπαγίδα να κάνει έναν υπολογισμό. Υπολογίζει εάν υπάρχει μύγα μέσα στην παγίδα, και τότε κλείνει.
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.
Ας πάμε στην αρχική μας ερώτηση. Έχουν τα φυτά εγκέφαλο; Λοιπόν, όχι. Δεν υπάρχουν εγκέφαλοι εδώ. Δεν υπάρχουν άξονες, ούτε νευρώνες. Δεν πέφτει σε κατάθλιψη. Δεν το ενδιαφέρει ποιο είναι το σκορ των Τάιγκερς. Δεν έχει προβλήματα αυτοπραγμάτωσης. Αλλά αυτό που όντως έχει είναι κάτι πολύ κοινό με εμάς, που είναι η ικανότητα να επικοινωνεί με ηλεκτρισμό. Απλώς χρησιμοποιεί λίγο διαφορετικά ιόντα από εμάς, αλλά στην πραγματικότητα κάνει το ίδιο με εμάς. Απλώς για να σας δείξω την πανταχού παρούσα φύση αυτών των δυναμικών δράσης, το είδαμε στη μυγοπαγίδα, έχουμε δει ένα δυναμικό δράσης στη μιμόζα. Είδαμε μέχρι κι ένα δυναμικό δράσης σε έναν άνθρωπο.
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.
Αυτό είναι το νόμισμα του εγκεφάλου. Έτσι μεταδίδονται όλες οι πληροφορίες. Μπορούμε, λοιπόν, να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα δυναμικά δράσης για να μεταφέρουμε πληροφορίες ανάμεσα σε διαφορετικά είδη φυτών. Αυτό είναι ένας μηχανισμός επικοινωνίας μεταξύ διαφορετικών φυτών, και έχουμε δημιουργήσει ένα ολοκαίνουριο πείραμα όπου θα καταγράψουμε το δυναμικό δράσης μιας μυγοπαγίδας, και θα το στείλουμε στην ευαίσθητη μιμόζα.
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.
Θέλω να θυμηθείτε τι συμβαίνει όταν ακουμπάμε τα φύλλα της μιμόζας. Έχει αισθητήρες αφής που στέλνουν αυτή την πληροφορία πίσω με τη μορφή ενός δυναμικού δράσης. Τι θα συμβεί, λοιπόν, εάν πάρουμε το δυναμικό δράσης από την μυγοπαγίδα και το στείλουμε πίσω στα κοτσάνια της μιμόζας; Θα πρέπει να μπορούμε να προκαλέσουμε την αντίδραση της μιμόζας χωρίς να την ακουμπήσουμε οι ίδιοι.
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.
Κι έτσι, αν μου το επιτρέπετε, θα προχωρήσω και θα ερεθίσω τη μιμόζα αμέσως τώρα με το να ακουμπήσω τα τριχίδια της μυγοπαγίδας. Θα στείλουμε, λοιπόν, αισθητήρια πληροφορία από το ένα φυτό στο άλλο.
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.
Εδώ, λοιπόν, το βλέπετε.
So there you see it. So --
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Ελπίζω να μάθατε κάτι για τα φυτά σήμερα, και όχι μόνο αυτό. Μάθατε ότι μπορούν να βοηθήσουν στη διδασκαλία της νευροεπιστήμης και να επιφέρουν τη νευροεπανάσταση.
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.
Ευχαριστώ.
Thank you.
(Χειροκρότημα)
(Applause)