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.
Jag är hjärnforskare, och har varit med och startat Backyard Brains, och vårt mål är att få fram nästa generation av hjärnforskare genom att ta forskarutrustning, avsedd för grundnivå, och göra den tillgängliga för barn och ungdomar på lägre stadier.
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?
Och när vi går in i klassrummet så finns det ett väldigt bra sätt att få dem att tänka på hjärnan, och det är att ställa en enkel fråga om hjärnforskning, och det är, "Vad har en hjärna?" När vi frågar det, kommer de genast att säga att deras katt eller hund har en hjärna, och de flesta kommer att säga att en mus eller till och med en insekt har hjärna, men nästan ingen säger att växter och träd eller buske har en hjärna. Och när du pressar - eftersom det kan hjälpa till att beskriva hur en hjärna faktiskt fungerar - så man pressar och säger, "Jaha, vad är det som gör att vissa organismer har en hjärna och andra inte?" Och ofta kommer de tillbaka med klassifikationen att de som rör på sig, verkar ha hjärna. Och det är helt korrekt. Nervsystemet har utvecklats för att det är elektriskt. Det är snabbt, så att vi snabbt kan reagera på stimuli från omvärlden och flytta oss ifall det behövs. Men du kan pressa studenterna ytterligare, och säga, "Du säger att växter inte har en hjärna, med växter rör sig." Alla som har odlat växter har märkt att växten rör sig och vänder sig mot solen. Men de säger, "Men det är en långsam rörelse. Det räknas inte. Det skulle kunna vara en kemisk process." Men hur är det med växter som rör sig snabbt?
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.
1760 gjorde Arthur Dobbs, den kungliga guvernören i North Carolina, en rätt fantastisk upptäckt. I våtmarken bakom hans hus, hittade han en växt som stängde sig snabbt varje gång en insekt kom in i den. Han kallade växten för flugfällan, och inom tio år spred den sig över till Europa, där slutligen den store Charles Darwin fick studera den här växten, och den tog honom med storm. Han kallade den den mest fantastiska växten i världen. Detta är en växt som är ett evolutionärt under. Detta är en växt som rör sig snabbt, vilket är ovanligt, den är köttätande, vilket är ovanligt. Och detta í samma växt. Men jag ska tala om för er att det inte ens är det häftigaste med denna växt. Det häftigaste är att växten kan räkna.
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.
Så för att kunna visa detta, så måste vi reda ut vokabulären. Så jag ska göra på samma sätt som vi gör med studenter. Vi ska göra ett försök i elektrofysiologi, vilket innebär att man spelar in kroppens elektriska signaler, antingen från nervceller eller från muskler. Och jag sätter några elektroder på mina handleder. När jag kopplar upp dem, kommer vi att kunna se en signal på skärmen här. Och den här signalen är välbekant. Den kallas EKG, eller elektrokardiogram. Och detta kommer från nervcellerna i mitt hjärta Som fyrar av det som kallas aktionspotentialer, Potential innebär spänning och aktion att den rör sig snabbt upp och ner, så att mitt hjärta slår, som i sin tur orsakar signalen ni ser här. Jag vill att ni ska komma ihåg formen på det som vi ska titta på här, eftersom det kommer att vara viktigt. Det är så här som hjärnan kodar information i form av en aktionspotential.
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.
Nu ska vi titta på några växter. Först ska jag presentera er för mimosan, inte drinken, utan Mimosa pudica, och detta är en växt som finns i Centralamerika och Sydamerika, och den har vissa beteenden. Och det första beteendet jag ska visa er är om jag vidrör bladen här, ni ser att bladen tenderar att rulla upp sig. Och det andra beteendet är, att om jag knackar på bladet kommer hela grenen att falla ner. Varför gör den så? Det vet forskarna inte riktigt. En orsak skulle kunna vara att skrämma bort insekter eller att se mindre smaklig ut för herbivorer. Men hur gör den det? Ja, det är intressant. Vi gör ett försök för att ta reda på det.
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.
Det vi ska göra nu, precis som jag visade den elektriska potentialen från min kropp, ska vi visa den elektriska potentialen från den här växten, den här mimosan. och vi ska göra så här, jag har virat en sladd runt stjälken, och jag har jordningen, vart då? I jorden.
(Laughter)
Det är ett skämt för elingenjörer.
(Skratt)
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.
Okej. Så jag fortsätter med att peta på bladet här, och titta på den elektriska signalen som vi kommer att se inne i växten. Wow, den är så stor att jag får skala ner den. Okej, vad var det? Detta är en aktionspotential som sker inne i växten. Varför hände det? Eftersom den ville röra sig. Och när jag rör känselreceptorerna, skickar den en ström hela vägen ner till slutet av stjälken, vilket gör att den rör sig. I våra armar, hade vi rört våra muskler, men växter har inga muskler. Det som den har, är vatten inuti cellerna och när strömmen slår till, öppnas de och frisläpper vattnet, ändrar formen på cellerna, och bladet faller.
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.
Här ser vi en aktionspotential med informationen att röra sig. Okej? Men kan den göra mer? Så låt oss ta reda på det. Vi vänder oss till vår gode vän, Venus flugfällan, och vi ska ta en titt på vad som händer på insidan av bladet när en fluga landar på det här. Så jag ska nu låtsas vara en fluga. Och här är min Venus flugfälla, och på insidan av bladet kommer ni att se att det finns tre små hår, och det är utlösarhår. Så när en fluga landar ... Jag ska vidröra ett av håren här nu. Beredda? Ett, två tre. Vad får vi? Vi får en vacker aktionspotential. Men flugfällan stänger sig inte. Och för att förstå varför, måste vi veta lite mer om Venus flugfällas beteende. För det första, verkar det ta lång tid att öppna fällan igen - ungefär 24 till 48 timmar ifall det inte är en fluga inuti den. Så det kostar mycket energi. För det andra, den behöver inte äta så många flugor under året. Endast en handfull. Den mesta energin kommer från solen. Den försöker ersätta vissa näringsämnen från marken med flugor. Och för det tredje, den öppnar och stänger sin fälla bara några få gånger innan fällan dör. Så därför vill den vara riktigt jäkla säker på att det finns en måltid i den, innan den slår igen. Så, hur gör den det? Den räknar antalet sekunder mellan beröringen av de där håren. Så tanken är att det är en hög sannolikhet, om det är en fluga därinne, att de kommer tätt ihop, så när den får den första aktionspotentialen börjar den räkna, ett, två, och ifall den kommer till 20 och inget händer, så stängs den inte, men om det händer inom den tiden, så kommer den att stängas.
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.
Så vi ska gå tillbaka nu. Jag ska vidröra Venus flugfälla igen. Jag har pratat i mer än 20 sekunder. Så vi kan se vad som händer om jag rör vid håret en andra gång. Så vad händer? Vi får en andra aktionspotential, men åter igen, bladet stänger sig inte. Så om jag nu återvänder och jag är en fluga som rör sig runt, så kommer jag att vidröra bladet några gånger. Jag kommer att stryka det några gånger. Och flugfällan stänger sig genast. Så här ser vi att flugfällan faktiskt gör en beräkning. Den avgör ifall det finns en fluga inuti fällan, och sedan stänger den sig.
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.
Låt oss gå tillbaka till vår ursprungliga fråga. Har växter hjärnor? Svaret är nej. Det finns ingen hjärna där inne. Där finns inga axoner, eller neuroner. Den blir inte deprimerad. De vill inte veta aktuella sportresultat. Den har inget behov av att självförverkligas. Men det den har, är något som är väldigt likt oss, vilket är förmågan att kommunicera med elektricitet. Den använder bara andra joner än vi gör, men den gör faktiskt samma sak. Så bara för att visa er att dessa aktionspotentialer finns överallt, vi såg den i Venus flugfälla, vi har sett en aktionspotential i mimosan. Vi har också sett aktionspotentialen i en människa.
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.
Detta är hjärnans valuta. Det är sättet som all information skickas. Det vi kan göra, är att använda aktionspotentialerna för att skicka information mellan växtarter. Så detta är en mellanart, en växt-till-växt-kommunikatör, och det vi har gjort är att skapa ett helt nytt experiment där vi ska registrera aktionspotentialen hos en Venus flugfälla, och vi ska skicka in den i den känsliga mimosan.
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.
Så om ni minns vad som hände när vi vidrörde bladen på mimosan, Den har beröringsreceptorer som skickar informationen tillbaka i form av en aktionspotential. Så vad skulle hända ifall vi tog aktionspotentialen från Venus flugfälla och skickade in den i mimosans stjälkar? Vi borde kunna återskapa mimosans beteende utan att faktiskt röra vid den.
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.
Så om ni tillåter, så ska jag sätta igång och stimulera mimosan på en gång genom att vidröra håren på Venus flugfälla. Så vi ska skicka informationen om beröring från en växt till en annan.
So there you see it. So --
Där ser ni det. Och ...
(Applause)
(Applåder)
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.
Jag hoppas at ni har lärt er något om växter idag, och inte bara det. Att växter kan användas vid undervisning om neurovetenskap och föra neuroevolutionen framåt.
Thank you.
Tack.
(Applause)
(Applåder)