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.
Sunt neurolog și sunt co-fondator al Backyard Brains, iar misiunea noastră e să învățăm viitoarea generație de neurologi, folosind echipament performant de cercetare neurologică și punându-l la dispoziția copiilor din gimnazii și licee.
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?
Și când ajungem în sala de clasă, un mod prin care le motivăm gândirea asupra creierului, care e foarte complex e întrebându-i un lucru foarte simplu despre neurologie, și anume: „Ce are creier?” Când întrebăm asta, elevii vor răspunde automat că pisica sau câinele lor au creier, și mulți vor spune că un șoarece sau o mică insectă au creier, dar aproape nimeni nu spune că o plantă, sau un pom sau un tufiș au creier. Când aprofundezi - fiindcă asta ar putea descrie puțin cum funcționează de fapt creierul - deci aprofundezi și spui: „Ei bine, ce le face pe viețuitoare să aibă creier și ce nu?” Adeseori vor răspunde că lucrurile care se mișcă tind să aibă creier. Și e absolut corect. Sistemul nostru nervos a evoluat fiindcă e electric. E rapid, pentru a putea reacționa rapid la stimuli în lume și să ne mișcăm dacă trebuie. Dar îi poți răspunde unui elev: „Știi, spui că plantele nu au creier, dar plantele se mișcă.” Oricine a avut o plantă a observat că planta se întoarce cu fața la soare. Dar vor spune: „Dar aceea e o mișcare lentă. Știi, asta nu se ia în considerare. Poate fi un proces chimic.” Dar plantele care se mișcă rapid?
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.
În 1760, Arthur Dobbs Guvernatorul Regal al Carolinei de Nord, a făcut o descoperire uluitoare. În mlaștinile din spatele casei lui, a găsit o plantă care se închidea rapid de fiecare dată când o insectă cădea în ea. A numit această plantă capcana-de-muște, și în mai puțin de zece ani, a ajuns în Europa, unde marele Charles Darwin a ajuns să studieze această plantă, și această plantă l-a uimit complet. A numit-o cea mai minunată plantă din întreaga lume. E o plantă ce a fost o minune evoluționistă. Aceasta e o plantă care se mișcă rapid, fapt rar, și e carnivoră, de asemenea un fapt rar. Aceasta e aceeași plantă. Astăzi sunt aici să vă spun că ăsta nu e cel mai grozav lucru la această plantă. Cel mai grozav lucru e că această plantă poate număra.
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.
Pentru a vă arăta asta, trebuie să dăm la o parte niște cuvinte. Voi face același lucru pe care-l fac cu elevii în clase. Vom face un experiment asupra electrofiziologiei, care înseamnă înregistrarea semnalelor electrice ale corpului, ce vin de la neuroni sau de la mușchi. Pun niște electrozi pe încheieturile mâinilor. Conectându-i, vom vedea un semnal aici pe ecran. Acest semnal v-ar putea fi familiar. Se numește EKG, sau electrocardiograma. Și provine de la neuronii inimii mele ce elimină ceea ce se numește potențiali de acțiune potențial însemnând tensiune și acțiune însemnând că se mișcă rapid sus-jos, astfel inima mea elimină, și apoi formează semnalul pe care-l vedeți aici. Vreau să țineți minte forma la care ne uităm aici, fiindcă va fi importantă. E un mod prin care creierul codifică informația în forma unui potențial de acțiune.
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.
Să vedem niște plante. Mai întâi vă voi prezenta mimoza, nu băutura, ci Mimosa pudica, o plantă pe care o găsim în America Centrală și America de Sud, și are comportamente. Primul comportament pe care vi-l voi arăta e că dacă ating aici frunzele, vezi că frunzele au tendința să se ghemuiască. Al doilea comportament e că, dacă ating frunza, întreaga ramură pare să cadă. De ce face asta? Știința nu știe. Unul din motive ar fi că astfel alungă insectele sau le repugnă ierbivorelor. Dar cum face asta? Asta-i interesant. Pentru a afla putem face un experiment.
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 vom face acum, exact cum mi-am înregistrat potențialul electric al corpului, vom înregistra potențialul electric al acestei plante, al acestei mimoze. Ce vom face acum, am înfășurat un cablu în jurul tulpinii, și unde e electrodul de împământare? În pământ. E o glumă de inginerie electrică. Așadar.
(Laughter)
(Râsete)
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.
Așadar. Voi atinge frunza aici, și vreau să priviți înregistrarea electrică ce-o vom vedea în interiorul plantei, O! E atât de mare, trebuie să o micșorez. Așadar. Ce e aceea? E un potențial de acțiune care are loc în interiorul plantei. De ce a avut loc? Fiindcă a vrut să se miște, nu? Și când am lovit receptorii de atingere, a trimis o tensiune jos de tot la capătul tulpinii, ce a făcut-o să se miște. Ei bine, în brațele noastre, ne mișcăm mușchii, dar planta nu are mușchi. Ea conține apă în celule și când tensiunea o lovește, se deschide, elimină apa, schimbă forma celulelor, iar frunza cade.
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. Aici vedem un potențial de acțiune ce codifică informația de mișcare. Bine? Dar poate face mai mult? Hai să descoperim. Vom merge la bunul nostru prieten, capcana-de-muște Venus, și vom observa ce se întâmplă în interiorul frunzei atunci când o muscă aterizează aici. Acum voi pretinde că sunt o muscă. Aici e capcana-de-muște Venus, și înăuntrul frunzei, vei observa că aici sunt trei fire mici, și acestea sunt fire declanșatoare. Și când o muscă aterizează acum voi atinge unul din fire. Pregătiți? Unu, doi, trei. Ce obținem? Obținem un frumos potențial de acțiune. Însă, capcana-de muște nu se închide. Pentru a înțelege de ce, trebuie să știm mai multe despre comportamentul capcanei-de muște. Primul e că îi ia mult timp să redeschidă capcanele în jur de 24 până la 48 de ore dacă nu e nicio muscă înăuntru. Și îi ia multă energie. Al doilea, nu are nevoie să mănânce multe muște pe durata anului. Doar câteva. În general își ia energia de la soare. Doar încearcă să înlocuiască cu muște, niște nutrienți din pământ. Al treilea lucru e că deschide și închide capcana doar de câteva ori până ce capcana moare Așadar, vrea să se asigure că e mâncare în ea înainte să închidă capcana de tot. Și cum face asta? Numără secundele dintre atingerile succesive ale acelor fire. Ideea e că există o mare șansă, dacă e o muscă înăuntru, ca ele să fie atinse simultan, iar dacă primește primul potențial de acțiune, începe să numere, unu, doi, și dacă ajunge la 20 și nu se mai declanșează, atunci nu se va închide, dar dacă o face în acel interval, capcana se va închide.
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.
Ne vom întoarce. Voi atinge iar capcana-de-muște Venus. Am vorbit pentru mai mult de 20 secunde. Putem vedea ce se întâmplă când ating firul a doua oară. Ce obținem? Un al doilea potențial de acțiune, dar, din nou, frunza nu se închide. Acum, dacă mă întorc acolo și sunt o muscă ce se mișcă în jur, voi atinge frunza de câteva ori. O voi peria de câteva ori, Și instant, capcana se închide. Aici observăm cum capcana-de muște face un calcul. Determină prezența unei muște în capcană, și apoi se închide.
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.
Să ne întoarcem la întrebarea de bază. Plantele au creier? Ei bine, răspunsul e nu. Nu e nici un creier aici. Nu există axoni, nici neuroni. Nu se deprimă. Nu vrea să știe scorul echipei Tigrilor. Nu are probleme de auto-actualizare. Dar are ceva asemănător nouă, și anume abilitatea de a comunica folosind electricitatea. Folosește ioni ușor diferiți de ai noștri, dar face exact același lucru. Pentru a vă arăta natura universală a acestor potențialuri de acțiune, le-am văzut în capcana-de-muște Venus, am văzut un potențial de acțiune în mimoză. Până și la om am văzut un potențial de acțiune.
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.
Acum, acesta e euro-ul creierului. E modul cum toată informația e transmisă. Așadar putem folosi acele potențiale de acțiune pentru a transmite informația între specii de plante diferite. Acesta e comunicatorul inter-specii de la plantă la plantă, am creat un experiment nou-nouț unde vom înregistra potențialul de acțiune de la o capcană-de-muște Venus, și îl vom transmite în sensibila mimoză.
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.
Vreau să vă amintiți ce se întâmplă când îi atingem frunzele mimozei. Are receptori de atingere care trimit aceea informație înapoi în forma unui potențial de acțiune. Ce se întâmplă dacă luăm potențialul de acțiune de la capcana-de-muște Venus și îl trimitem în toate tulpinile mimozei? Ar trebui să creăm comportamentul mimozei fără ca noi să o atingem.
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.
Dacă îmi permiteți, voi declanșa mimoza chiar acum atingând firele din capcana-de-muște Venus Vom trimite informația atingerii de la o plantă la alta.
So there you see it. So --
Acum o vedeți. Așadar
(Applause)
(Aplauze)
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.
Sper că astăzi ați învățat un pic despre plante, și nu doar asta. Ați învățat că plantele pot ajuta în predarea neurologiei și pot aduce neuro-revoluția.
Thank you.
Mulțumesc.
(Applause)
(Aplauze)