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.
저는 신경과학자 입니다. Backyard Brains라는 기업의 공동창업자이기도 하며 저희 회사는 다음 세대의 신경과학자들을 양성하기 위해 대학원 수준의 신경과학 연구장비들을 중.고등학교로 가져와 아이들이 체험해보게끔 합니다.
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?
그래서 저희는 교실로 들어갈 때마다 학생들이 이 난해한 뇌에 대해 생각해보게끔 하려고 신경과학 분야의 간단한 질문 한 개를 던져봅니다. "뇌를 가지고 있는 것들은 무엇이 있지?" 우리가 그렇게 물으면 학생들은 즉각 답하기를 그들의 개나 고양이가 뇌를 지녔다고 그리고 대부분 학생들은 쥐라던가 작은 곤충까지 뇌를 지녔다고 답하지만 식물이나 나무 혹은 관목에게 뇌가 있다고 답하는 학생은 거의 없습니다. 그래서 학생들을 다그쳐보면 왜냐면 이렇게 다그치는 것이 뇌가 어떻게 기능하는지를 묘사하는데 조금 도움이 되거든요. 이런식으로 물어보는 겁니다, "자, 생물들 중 뇌가 있는 것들과 없는 것들간에 차이가 뭐지?" 그러면 대개 학생들은 이런 식의 구분법을 제시합니다. 움직이는 것들이 뇌가 있다고요. 그건 진짜 정확한 말입니다. 우리의 신경계는 전기신호이기에 진화로 획득한 것입니다. 전기라서 빠르고 그래서 필요시 외부세계의 자극에 빠르게 반응하고 움직일 수 있거든요. 그쯤에서 다시 돌아가 학생들을 또 다그쳐봅니다, "글쎄, 너희들도 알겠지만, 식물들에겐 뇌가 없잖아. 그런데도 식물들은 움직이는걸." 식물을 길러본 사람은 누구나 식물들이 햇볕을 향해 움직인다는걸 눈치채셨을 겁니다. 그러면 학생들은 이렇게 말합니다. "그치만 그건 느린 움직임인걸요. 그건 안 쳐줘요. 그렇게 느린 건 화학적인 걸 수도 있잖아요." 그럼 빨리 움직이는 식물은 어떨까요?
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.
1760년 당시 노스 캐롤라이나의 아서 돕스 주지사는 매우 흥미로운 것을 발견했습니다. 그의 집 뒤에 있는 습지에서 한 식물이 자기 잎 사이에 벌레가 날아올 때마다 이파리를 닫는 것을 발견하였습니다. 그는 이 식물을 파리지옥이라고 명명했으며 그로부터 10년 내에 그 식물은 유럽으로 넘어갔으며 그곳에서 위대한 찰스 다윈이 그 식물에 대해 연구하게 되었고 그 식물은 찰스 다윈을 깜짝 놀라게 했습니다. 다윈은 그 식물이 지구에서 가장 경이로운 식물이라 불렀습니다. 이 식물은 진화의 불가사의였습니다. 이 식물은 빠르게 움직이며 드문 특징인데요 육식이기도 한데 이 점 역시 드뭅니다. 이 두가지가 같은 식물에 있죠. 제가 오늘 여러분들께 말씀드릴 것은 이 식물의 가장 놀라운 점은 따로 있다는 것입니다. 그것은 바로 식물이 수를 셀 수 있다는 것입니다.
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.
그것을 보여드리기 위해 우리는 몇몇 단어를 파헤쳐보아야 합니다. 제가 보여드릴 것은 제가 실제 교실에서 학생들과 하는 겁니다. 전기생리학에 관한 실험을 하나 할 건데요. 그것은 곧 체내 전기 신호를 기록해보겠단 말입니다. 근육이나 신경으로부터 오는 것들을 말이죠. 저는 여기 제 손목에 전극을 부착해두었습니다. 제가 연결시키자마자 여기 화면에 신호가 잡히는 것을 보실 수 있죠. 아마 다들 보신 적 있을 겁니다. EKG 혹은 심전도 라고 불리는 건데요. 이건 제 심장 속 신경세포로부터 나온 것인데 이른바 활동전위라는 것을 보내고 있구요. 전위의 의미는 전압이고, 활동은 빠르게 오르고 내림을 뜻하며 이게 제 심장이 뛰게끔 하여서 여기서 여러분들이 보시는 신호가 잡히게 되는 것입니다. 앞으로 보시게 될 이 모양을 잘 기억해두시기 바랍니다. 굉장히 중요하거든요. 이 활동전위의 형태가 바로 뇌가 정보를 암호화하는 방식입니다.
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.
다시 식물들로 돌아가보죠. 우선 이 미모사를 보시면요. 술 말고, 함수초 말이에요. 이 식물은 중남미 지역에서 발견되는 식물인데요. 독특한 행동양식들을 지녔습니다. 첫번째로 보여드릴 행동은 제가 이 이파리들을 만지면 잎이 말려올라가는 것을 보시게 될 겁니다. 두번째로 보여드릴 행동은 잎을 톡톡 두들기면 가지 전체가 내려앉는 것을 보시게 됩니다. 왜 저럴까요? 과학이 그에 대한 답을 주지는 못합니다만 추정되는 이유로는 미모사가 곤충들을 내쫓기 위한다거나 초식동물에게 덜 먹히려고 그런다고 알려져있습니다. 어떻게 저럴 수 있을까요? 바로 그 점이 흥미로운데요. 실험을 통해 알아볼 수 있습니다.
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.
지금부터 해볼 것은 제 몸에서 생긴 활동전위를 기록해보았듯이 이 식물, 그러니까 미모사의 활동전위를 기록해볼 겁니다. 그러기 위해 미모사의 줄기에다가 전선을 둘러감아 두었구요, 여기 접지전극 (ground electrode) 도 있습니다. 어디에요? 땅 속에요. 전기 공학 농담입니다.
(Laughter)
(웃음)
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.
자, 그럼 이제 다시 잎을 톡톡 두드려 볼 건데요. 여러분들은 전기신호 기록에 주목해주세요. 식물 안에서 일어나는 것을 보게 될테니까요. 와. 정말 크네요, 줌아웃 좀 해야겠어요. 방금 본 것이 뭘까요? 저게 식물 속에서 생긴 활동전위 입니다. 왜 저게 생겼죠? 식물이 움직이려고 했잖아요. 그렇죠? 제가 촉각 수용체를 건드렸을 때 전위가 그곳부터 줄기 끝까지 흘러내려 보내졌기에 움직임이 일어난거죠. 그렇다면 우리 팔은 근육을 통해 움직이는데 식물에는 근육이 없잖아요. 식물에 있는 것은 세포 안에 있는 물인데요. 전위가 도착하면 채널이 열려 물을 밖으로 내보내게 됩니다. 그래서 세포의 모양이 바뀌고 잎이 내려간거죠.
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.
지금까지 식물이 움직이려는 정보를 지닌 활동전위를 봤습니다. 그렇죠? 식물이 뭔가 더 할 수 있을까요? 확인해 봅시다. 지금부터 살펴볼 친구는 바로 파리지옥이며 파리지옥의 잎에 파리가 앉았을 때 잎 속에서 어떤 일이 일어나는지 알아볼 것입니다. 지금부터 제가 파리 역할을 해볼게요. 여기 파리지옥이 있구요. 잎 속을 자세히 들여다 보시면 세 가닥의 검정 털이 보이실 겁니다. 이 털들이 방아쇠 역할을 합니다. 그러니까 파리가 내려 앉으면 -- 제가 이 털들 중 하나를 건드려보겠습니다. 준비됐죠? 하나, 둘, 셋 뭐가 나왔나요? 화면에 멋진 활동전위 하나가 생겼네요. 그러나 파리지옥은 여전히 열려있는 상태입니다. 왜 이런가를 이해하려면 우리는 파리지옥의 행태에 대해 조금 더 알아야할 필요가 있습니다. 첫번째로 우선 파리지옥이 닫히면 다시 열리기까지 시간이 깁니다. 대략 24 ~ 48 시간 정도 되는데 만일 파리가 거기 없었다면요? 한번 닫는데 에너지도 많이 듭니다. 두번째는 일년 동안 파리지옥이 많은 파리를 먹을 필요가 없다는 점입니다. 태양으로부터 대부분의 에너지를 얻기에 한웅큼이면 됩니다. 그저 땅에서 얻는 영양소들 중 일부를 파리로 대체하려는 것 뿐입니다. 세번째 사실은 파리지옥의 일생동안 잎을 열고 닫기를 몇 번 안한다는 것입니다. 따라서, 파리지옥은 잎을 닫기 전에 뭔가 소화할 만한 게 있다는 것을 확실하게 해두고 싶어합니다. 어떻게 확실히 할까요? 바로 방아쇠 털이 제대로 건드려진 횟수 사이의 초를 세는 것입니다. 쉽게 말하자면 만일 파리지옥 안에 파리가 있다면 잎보다 파리가 빨리 움직일 가능성이 매우 높으니까 파리지옥은 첫번째 활동전위로부터 초를 셉니다. 하나, 둘 20까지 세는 동안 다시 활동전위가 안 생기면 잎을 닫지 않는 것이죠. 그러나 그 사이에 다시 활동전위가 생기면 잎이 닫히는 것이죠.
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.
파리지옥에게 돌아가서 다시 파리지옥을 건드려볼 건데요. 저는 한 20초 이상 말하고 있었으니까 두번째로 털을 건드리면 어떤 일이 생기는지 봅시다. 뭐가 나오나요? 두번째 활동전위가 나왔네요. 그러나 잎은 여전히 안 닫히죠. 다시 파리지옥에게 가서 움직이며 돌아다니는 파리인양 잎을 몇 번 건드려 보겠습니다. 이런 식으로 몇 차례 건드리면 즉시 바로 파리지옥이 닫히죠. 보시는 바와 같이 파리지옥이 실제로 판단을 한다는 거죠. 파리지옥이 덫 안에 파리의 유무를 판단해서 그에 따라 잎을 닫으니까요.
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.
다시 처음 질문으로 돌아가봅시다. 식물에게 뇌가 있나요? 아니죠. 없습니다. 식물에겐 뇌가 없어요. 신경 축삭도 없고, 신경세포도 없어요. 우울증도 안 걸리고 디트로이트 타이거즈 점수도 안 궁금해 하고 자아실현에 관한 문제도 없죠. 그러나 식물에겐 우리와 비슷한 점이 있는데 그건 바로 전기를 이용한 소통능력입니다. 사람과는 다른 종류의 이온으로 소통할 뿐 사실상 같은 일을 하거든요. 이런 활동전위의 특징이 모든 생물에게 존재한다는 점을 여러분들께 보여드리기 위해 파리지옥도 보았구요. 미모사에서도 활동전위의 잠재력을 보았습니다. 우리는 인체에서의 활동전위도 목격한 바 있습니다.
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.
이 활동전위란 것은 뇌의 공용 화폐와 같습니다. 모든 정보가 활동전위의 형태로 전달됩니다. 그래서 이 활동전위를 이용하여 다른 식물 종끼리도 정보를 전달할 수 있습니다. 여기 보이는 것은 저희 회사의 식물 종간 소통기계 인데요. 저희가 개발해낸 것은 새로운 종류의 실험을 가능하게 만들었고. 지금부터 파리지옥의 활동전위를 기록하여 이 민감한 미모사에게 전해넣어 볼 것입니다.
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.
미모사의 잎을 건드렸을 때 어떤 일이 일어났었는지 떠올려보세요. 미모사에는 촉각 수용체가 있고 그것들이 받아들인 정보를 활동전위의 형태로 아래로 흘러내려 보냅니다. 따라서 만약에 파리지옥에서 생긴 활동전위를 미모사의 줄기에 넣으면 어떻게 될까요? 미모사는 전혀 건드리지 않은채로 움직이게 만들 수 있지 않을까요?
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.
자 그럼 제가 한번 파리지옥의 방아쇠 털을 건드림으로써 미모사를 움직이게 만들어보겠습니다. 쉽게 말해 한 식물로부터 생긴 정보를 다른 식물로 보내보겠습니다.
So there you see it. So --
이렇게 말이죠. 그러니까
(Applause)
(박수)
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.
오늘 식물에 대해 조금이라도 더 알게 되셨다면 좋겠습니다. 그뿐만 아니라 식물들을 신경과학을 가르치는데 쓸 수도 있음과 신경혁명의 도래에도 기여함을 알아주세요.
Thank you.
감사합니다.
(Applause)
(박수)