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.
Je suis un neuroscientifique, j'ai co-créé Backyard Brains. Nous voulons former la prochaine génération de neuroscientifiques en prenant du matériel de recherche universitaire et en le mettant à disposition des élèves de collège ou de lycée.
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?
Quand on va dans une salle de classe, pour faire réfléchir à une chose aussi complexe que le cerveau, en leur posant une question très simple sur les neurosciences « Qui possède un cerveau ? » Quand on leur pose cette question, les élèves répondent que leur chien ou leur chat ont un cerveau, et la plupart vont dire qu'une souris ou un petit insecte a un cerveau, mais presque personne ne dira qu'une plante, un arbre ou un arbuste ont un cerveau. Et quand on pousse l'idée - parce qu'on pourrait en fait décrire un peu le vrai fonctionnement du cerveau ainsi - on insiste : « Pourquoi les choses vivantes en ont un et les autres choses non ? » Souvent ils répondent en disant que les choses qui bougent ont un cerveau. C'est tout à fait vrai. Notre système nerveux a évolué car il est électrique. Il est rapide afin de pouvoir répondre aux stimuli de ce monde et bouger s'il le faut. Mais on peut revenir et pousser un élève plus loin, et lui dire : « Tu dis que les plantes n'ont pas de cerveau, mais elle bougent. » Quiconque a fait pousser une plante a remarqué que la plante bouge et se tourne vers le soleil. Mais il va dire, « Mais elle bouge lentement. Ça ne compte pas. C'est peut-être un processus chimique. » Et pour les plantes qui bougent de manière rapide ?
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.
En 1760, Arthur Dobbs, gouverneur de la Caroline du Nord, a fait une découverte assez fascinante. Dans les marais derrière sa maison, il a découvert une plante qui se fermait chaque fois qu'un insecte tombait dedans. Il a baptisé cette plante l'attrape-mouche, et en 10 ans, elle a réussi à se déplacer jusqu'en Europe, où Charles Darwin a pu l'étudier aussi, et cette plante l'a tout bonnement fasciné. Pour lui, c'était la plante la plus merveilleuse du monde. Cette plante était un merveille de l'évolution. Cette plante se déplace rapidement, elle est rare, et tout aussi rare, elle est carnivore. C'est une seule et même plante. Je suis ici pour vous dire que le plus extraordinaire avec cette plante, c'est qu'elle sait compter.
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.
Afin de le démontrer, il faut d'abord passer par un peu de terminologie. Je vais faire ce que je fais avec mes élèves. On va faire une expérience en électrophysiologie, l’enregistrement du signal électrique du corps, que ce soient ceux des neurones ou ceux des muscles. Je pose des électrodes sur mes poignets. Quand je les connecte, on va voir un signal ici sur l'écran. Et ce signal peut sembler familier. On l'appelle ECG, ou électrocardiogramme. Il vient des neurones dans mon cœur qui déchargent ce qu'on appelle des potentiels d'action, le potentiel étant le voltage et l'action car il monte et descend vite, ce qui fait marcher mon cœur, ce qui provoque le signal qu'on voit ici. Alors je veux que vous reteniez la forme de ce qu'on voit ici, car elle va jouer un rôle important. C'est une façon dont le cerveau encode les informations dans un potentiel d'action.
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.
Observons maintenant quelques plantes. D'abord le Mimosa pudica, on trouve cette plante en Amérique centrale et du Sud, et il a des comportements particuliers. Voici le premier comportement : si je touche les feuilles ici, vous voyez qu'elles se recroquevillent. Le deuxième comportement, si je touche la feuille, toute la branche semble tomber. Pourquoi ? La science ne sait pas pourquoi. Une raison est peut-être de faire fuir les insectes ou de sembler moins attrayant pour les herbivores. Comment fait-il ? Ça, c'est intéressant. Faisons une expérience pour savoir pourquoi.
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.
Ce que nous allons faire, comme quand j'ai enregistré le potentiel électrique de mon corps, on va enregistrer le potentiel électrique de la plante, du mimosa. J'ai enroulé un fil autour de la tige et où ai-je mis l'électrode de terre ? Dans la terre. C'est une blague d'ingénieur. D'accord.
(Laughter)
(Rires)
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.
Bon. Je vais toucher la feuille ici, il faut regarder l'enregistrement électrique qui se trouve à l'intérieur de la plante. Oh, c'est si énorme que je dois le diminuer. Bon. Alors, c'est quoi ? C'est un potentiel d'action qui se déroule dans la plante. Pourquoi a-t-il eu lieu ? Elle voulait bouger, non ? Alors quand j'ai appuyé sur les récepteurs du toucher, un voltage a été envoyé à travers la tige la faisant bouger. Dans nos bras, ça ferait bouger les muscles, mais la plante n'a pas de muscles. La plante a de l'eau dans ses cellules et quand le voltage la touche, elle s'ouvre et libère de l'eau, la forme des cellules change, et la feuille tombe.
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.
OK. Voilà un potentiel d'action qui encode de l'information de mouvement. Peut-il faire plus ? Allons voir. Regardons notre vieille amie, la dionée attrape-mouche, regardons à l'intérieur, que se passe-t-il dans la feuille quand une mouche atterrit ici. ? Je fais semblant d'être une mouche. Voici ma dionée attrape-mouche, et à l'intérieur de la feuille, on va voir trois petits poils, ce sont des poils déclencheurs. Quand une mouche atterrit -- Je vais toucher un poil. Prêts ? Un, deux, trois. Que se passe-t-il ? Un beau potentiel d'action. Mais le piège à mouche ne se ferme pas. Afin de comprendre pourquoi, nous devons en savoir plus sur le comportement de l'attrape-mouche. Primo, ça prend du temps pour ouvrir le piège -- environ 24 à 48 heures s'il n'y a pas de mouche à l'intérieur. Ça nécessite beaucoup d'énergie. Deuxio, elle n'a pas besoin de manger beaucoup de mouches par an. Quelques-unes. Son énergie vient surtout du soleil. Elle remplace quelques nutriments de la terre par des mouches. Tertio, elle n'ouvre et referme le piège que quelques fois jusqu'à la mort du piège. Alors, elle veut être convaincue qu'il y a un repas à l'intérieur avant que le piège ne se referme. Alors, comment ? Elle compte le nombre de secondes entre les touchers successifs des poils. Donc la probabilité est forte que si une mouche se trouve à l'intérieur, elle se fermera ; au moment du premier potentiel d'action, elle commence à compter ; si elle arrive à 20 et ne décharge pas à nouveau, elle ne se fermera pas, mais dans le cas contraire, le piège se ferme.
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.
Revenons en arrière. Retouchons la dionée attrape-mouche. J'ai parlé pendant plus que 20 secondes. On voit ce qui se passe quand je touche le poil à nouveau. Que se passe-t-il ? Encore un potentiel d'action, mais la feuille ne se ferme pas. Alors si je retourne là-dedans et je suis une mouche qui vole, je vais toucher la feuille quelques fois. Je vais la frôler quelques fois. Immédiatement, le piège se ferme. On voit que l'attrape-mouche fait un calcul. Elle calcule si une mouche se trouve à l'intérieur, et puis elle se ferme.
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.
Reprenons la première question. Est-ce que les plantes ont un cerveau ? La réponse est non. Il n'y a pas de cerveau. pas d'axones, de neurones, Elle ne déprime pas. Elle ne veut pas savoir le score des Tigers, ne connaît pas de problème d'épanouissement. Mais elle a quelque chose de très semblable à ce que nous possédons, la capacité de communiquer avec l'électricité. Elle utilisent d'autres ions que nous, mais fait la même chose que nous. Afin de vous montrer la nature omniprésente des potentiels d'action, nous l'avons vu dans la dionée attrape-mouche, on l'a vu chez le mimosa. On l'a vu chez l'être humain.
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.
Voici l'euro du cerveau. C'est le chemin que prend l'information. On peut utiliser ces potentiels d'action pour faire passer l'information entre les espèces de plantes. Voici notre communicateur entre les plantes d'espèces différentes, nous avons crée une expérience tout à fait nouvelle qui permet d'enregistrer le potentiel d'action de la dionée attrape-mouche, et on va l'envoyer au 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.
Rappelez-vous ce qui se passe quand on touche une feuille de mimosa. Il a des récepteurs qui envoient de l'information vers le bas sous forme de potentiel d'action. Que se passe-t-il quand on prend le potentiel d'action de l'attrape-mouche et on l'envoie dans les tiges du mimosa ? On devrait pouvoir recréer le comportement d'un mimosa sans le toucher.
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.
Alors, si vous le permettez, je vais activer ce mimosa en touchant les poils de la dionée attrape-mouche. On va envoyer de l'information sur le toucher d'une plante à l'autre.
So there you see it. So --
Et voilà. Alors --
(Applause)
(Applaudissements)
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.
J'espère que vous avez appris quelque chose sur les plantes, mais aussi qu'on peut se servir des plantes pour aider à enseigner les neurosciences. et amener la neurorévolution.
Thank you.
Merci.
(Applause)
( Applaudissements )