When you think about the brain, it's difficult to understand, because if I were to ask you right now, how does the heart work, you would instantly tell me it's a pump. It pumps blood. If I were to ask about your lungs, you would say it exchanges oxygen for carbon dioxide. That's easy. If I were to ask you how the brain works, it's hard to understand because you can't just look at a brain and understand what it is. It's not a mechanical object, not a pump, not an airbag. It's just like, if you held it in your hand when it was dead, it's just a piece of fat. To understand how the brain works, you have to go inside a living brain. Because the brain's not mechanical, the brain is electrical and it's chemical. Your brain is made out of 100 billion cells, called neurons. And these neurons communicate with each other with electricity. And we're going to eavesdrop in on a conversation between two cells, and we're going to listen to something called a spike. But we're not going to record my brain or your brain or your teachers' brains, we're going to use our good friend the cockroach. Not just because I think they're cool, but because they have brains very similar to ours. So if you learn a little bit about how their brains work, we're going to learn a lot about how our brains work. I'm going to put them in some ice water here And then -- Audience: Ew! Greg Gabe: Yeah ... Right now they're becoming anesthetized. Because they're cold blooded, they become the temperature of the water and they can't control it so they just basically "chillax," right? They're not going to feel anything, which may tell you a little about what we're going to do, a scientific experiment to understand the brain. So ... This is the leg of a cockroach. And a cockroach has all these beautiful hairs and pricklies all over it. Underneath each one of those is a cell, and this cell's a neuron that is going to send information about wind or vibration. If you ever try to catch a cockroach, it's hard because they can feel you coming before you're even there, they start running. These cells are zipping up this information up to the brain using those little axons with electronic messages in there. We're going to record by sticking a pin right in there. We need to take off the leg of a cockroach -- don't worry, they'll grow back -- then we're going to put two pins in there. These are metal pins. One will pick up this electronic message, this electric message is going by. So, we're now going to do the surgery, let's see if you guys can see this. Yeah, it's gross ... All right. So there we go. You guys can see his leg right there. Now I'm going to take this leg, I'm going to put it in this invention that we came up with called the Spikerbox -- and this replaces lots of expensive equipment in a research lab, so you guys can do this in your own high schools, or in your own basements if it's me. (Audience: Laughter) So, there. Can you guys see that? Alright, so I'm going to go ahead and turn this on. I'm going to plug it in. (Tuning sound) To me, this is the most beautiful sound in the world. This is what your brain is doing right now. You have 100 billion cells making these raindrop-type noises. Let's take a look at what it looks like, let's pull it up on the iPad screen. I plugged my iPad into here as well. So remember we said the axon looks like a spike. So we're going to take a look at what one of them looks like in just a brief second. We're going to tap here, so we can sort of average this guy. So there we see it. That's an action potential. You've got 100 billion cells in your brain doing this right now, sending all this information back about what you're seeing, hearing. We also said this is a cell that's going to be taking up information about vibrations in the wind. So what if we do an experiment? We can actually blow on this and hear if we see a change. Are you guys going to be ready? If I blow on it you tell me if you hear anything. (Blowing) (Sound changes) Let me just touch this with a little pen here. (Noise) That was the neural firing rate. That actually took a while in neuroscience to understand this. This is called rate coding: the harder you press on something, the more spikes there are, and all that information is coming up to your brain. That's how you perceive things. So that's one way of doing an experiment with electricity. The other way is that your brain is not only taking in electrical impulses, you're also sending out. That's how you move your muscles around. Let's see what happens if I've plugged in something that's electric into the cockroach leg here. I'm going to take two pins, I'm going to plug them onto the cockroach. I'm going to take the other end, I'm going to plug in into my iPod. It's my iPhone actually. Do you guys know how your earbuds work in your ears? You have a battery in your phone, or iPod, right? It's sending electrical current into these magnets in your earbuds which shake back and forth and allow you to hear things. But that current's the same currency that our brain uses, so we can send that to our cockroach leg and hopefully if this works, we can actually see what happens when we play music into the cockroach. Let's take a look. (Music beat) Can we turn it up? There we go. (Audience reacts and gasps) GG: So what's happening? Audience: Wow! (Laughter) So you see what's moving. It's moving on the bass. All those audiophiles out there, if you have awesome, kicking car stereos, you know, the bass speakers are the biggest speakers. The biggest speakers have the longest waves, which have the most current, and the current is what's causing these things to move. So it's not just speakers that are causing electricity. Microphones also cause electricity. (Beat) So I'm going to go ahead and invite another person out on the stage here to help me out with this. So there we go. (Beatboxing) This is the first time this has ever happened in the history of mankind. Human beatbox to a cockroach leg. When you guys go back to your high school, think about neuroscience and how you guys can begin the neuro-revolution. Thank you very much. Bye bye. (Applause)
脳について考える時 これを理解するのは困難だと感じます もし心臓がどのように機能するかを 尋ねたとすると それはポンプです と すぐに答えられるでしょう 血液をポンプのように送り出します 肺について尋ねたなら 酸素と二酸化炭素を交換するもの と 答えられるでしょう 簡単ですね では脳がどう働くかは わかりにくいものです なぜなら 脳を見ただけでは 何をしているかわからないからです ポンプやエアバッグのような 機械的なものではありません 死んでしまった脳を手で取り上げると 脂肪の塊に過ぎません 脳の仕組みを理解するためには 生きた脳を観察する必要があります 脳は機械的な動きをしません 代わりに電気的、化学的に動作します 脳はニューロンという細胞が 1000億個集まってできています そしてニューロンは他のニューロンに 電気信号を伝えます これから2つの細胞の間のやりとりを こっそりと聞いてみましょう スパイクと呼ばれる現象を 聞いてみるのです 私や皆さんや 皆さんの先生の脳を 記録したりはしません 私たちの友人であるコックローチを使います コックローチが格好いいからでは無く コックローチが私たちと似た脳を 持っているからです コックローチの脳の働きが 少しでも分かれば 私たちの脳についても 多くのことを学べます コックローチを氷水に漬けてみます そうすると.... (聴衆)えっ! (グレッグ)こんな感じで コックローチはすぐに麻酔にかかります コックローチは冷血動物なので 体温が氷水の温度に下がります 体温を制御できないので おとなしくなるしかありませんよね? これからやることに 痛みを感じたりしません でも 皆さんは 実験から学ぶことができます それは脳を理解するための 科学的な実験です では これがコックローチの脚です そしてコックローチの脚には 美しい毛があり トゲに覆われています トゲ一つ一つの下には細胞があります この細胞は風や振動などの刺激を 脳に伝える ニューロンです コックローチを捕まえようとしても あなたの気配を感じ すばやく逃げるので 捕まえることは困難です これらの細胞は 情報を電気信号にして 細い軸索を通じて 素早く脳に送り込みます この部分に針を刺して情報を検出します コックローチの脚をこのように切り離し ― 大丈夫 再生しますから そして2本の針をこのように刺します 金属の針です 1本は電気信号を検出し 信号が流れていきます これから外科手術をしますが 目を離さずにいられますか? ええ 気持ち悪いですね さて これで良し この脚をよく見てください この脚をこちらに移します 脚を我々が開発した スパイカーボックスという 装置に取り付けます これは研究開発施設にあるような 高価な装置にとって代わるもので 皆さんの学校や 自宅の地下室でも実験できます 私のように物好きだったらね (参加者:笑) こんな感じです ちょっと見てください では電源を入れてみることにしましょう これを差し込んでみます (雑音) 私には世界一美しい音に聞こえます これが今あなたの脳で 起きている事なのです 1000億の細胞がこのような雨だれ音を 奏でているのです 映像にしたらどう見えるか やってみましょう iPadの画面で見られるように つないでおきました 軸索を伝わる信号は スパイク状だと言ったことを思い出して下さい その中の1つについて ちょっと観察してみましょう ここでタップして 平均を取っておきます 今 測定しました この部分が活動電位です これこそが1000億の細胞が みなさんの脳で行っていることです みなさんが見たこと 聞いたことを 情報として送ります この部分が1つの細胞と言いましたが この細胞は風の起こす振動の情報を 検出します 実験をしてみましょう 実際に風を吹き付けて 音がどう変化するか聞いてみましょう 準備はいいですか? 息をかけるので何か聞こえたら 教えてください (息を吹きかける) (音の変化) この部分をペンで 触れて見ましょう (雑音) ニューロンの発火頻度が変化しました 神経科学の分野では この現象の理解に 長い時間がかかりました 発火率表現と言われるものです 強く押すとスパイクが多く現れます そういった情報が脳へと伝わります これが知覚の仕組みです これは電気を利用した 実験の1つですが 一方で みなさんの脳は電気的な刺激を 受け取るだけではありません 送り出すこともしています 筋肉を自在に動かす方法です 電極となるものをコックローチの脚に刺すと どうなるか見てみましょう 2本のピンを取り出し コックローチの脚に刺します リード線の反対側には iPodを接続します 実際には私のiPhoneです イヤホンが耳の中でどのように 動作するか知っていますか? 携帯電話やiPodの中には 電池がありますよね? イヤホンにある磁石の部分に 電流を送り込むと 前後に振動して音が聞こえます その電流というのが 脳が使うものと同じなのです コックローチの脚に 送り込むこともできます うまくいくといいのですが では音楽をかけて 何が起こるか見てみましょう 見てください (ビート) 音量をあげると ほら (参加者:驚き 息を飲む) (グレッグ)何が起きましたか? (聴衆)えーっ! (笑) どの様に動くか見てください ベースの音に合わせて動きます オーディオ愛好家で 車を振動させるほどの カーステレオを持っていたら バススピーカーは一番大きいことは 知っていますね 一番大きなスピーカーは 長い波長の音を鳴らしますが 最も電流が大きく その電流がコックローチの脚を 動かすのです 電気を発生するのは スピーカーだけではありません マイクも発生させることが出来ます (ビート) もう1人 このステージに 上がって来てもらい 手伝いをお願いします こちらにどうぞ (ビートボックス) 人類史上で初めての試みです ヒューマンビートボックスと コックローチの脚のコラボです 自分たちの学校に戻ったら 神経科学のことや 神経革命を起こすにはどうしたら良いか 考えてください ありがとう さようなら (拍手)