I grew up watching Star Trek. I love Star Trek. Star Trek made me want to see alien creatures, creatures from a far-distant world. But basically, I figured out that I could find those alien creatures right on Earth.
גדלתי על צפייה ב"מלחמת הכוכבים". אני אוהב את "מלחמת הכוכבים". "מלחמת הכוכבים" גרמה לי לרצות לראות יצורים חייזריים, יצורים מעולם הרחק מכאן. אבל בעיקרון, מצאתי שיכולתי למצוא יצורים חייזרים ממש על כדור הארץ.
And what I do is I study insects. I'm obsessed with insects, particularly insect flight. I think the evolution of insect flight is perhaps one of the most important events in the history of life. Without insects, there'd be no flowering plants. Without flowering plants, there would be no clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
ומה שאני עושה, אני לומד על חרקים. אני אובססיבי לחרקים, במיוחד טיסת חרקים. אני חושב שהאבולוציה של טיסת חרקים היא אולי אחד האירועים החשובים ביותר בהיסטוריה של החיים. ללא חרקים, לא יהיו צמחים בעלי פרחים. בלי צמחים בעלי פרחים, לא יהיו פרימטים חכמים אוכלי פירות שמעבירים שיחות בTED.
(Laughter)
(צחוק)
Now, David and Hidehiko and Ketaki gave a very compelling story about the similarities between fruit flies and humans, and there are many similarities, and so you might think that if humans are similar to fruit flies, the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example -- (Laughter) but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities between humans and fruit flies, but rather the differences, and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
עכשיו, דוד, והידיקיו וקטאקי סיפרו סיפור מאוד משכנע אודות הדמיון בין זבובי פירות לבני אדם, ויש קווי דמיון רבים, וכך אתם עשויים לחשוב שאם בני אדם דומים לזבובי פירות, הפעולה האהוב של זבוב פירות עשוי להיות זו, לדוגמה- (צחוק) אך בשיחה שלי, איני רוצה להדגיש את קווי הדמיון בין בני אדם לזבובי פירות, אלא דווקא את ההבדלים, ולהתמקד על ההתנהגויות שאני חושב שזבובי הפירות מצטיינים בהן.
And so I want to show you a high-speed video sequence of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting, and to the right, off-screen, is an electronic looming predator that is going to go at the fly. The fly is going to sense this predator. It is going to extend its legs out. It's going to sashay away to live to fly another day. Now I have carefully cropped this sequence to be exactly the duration of a human eye blink, so in the time that it would take you to blink your eye, the fly has seen this looming predator, estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away, beating its wings at 220 times a second as it does so. I think this is a fascinating behavior that shows how fast the fly's brain can process information.
אז אני רוצה להראות לכם רצף וידאו מהיר של צילום זבוב ב 7,000 מסגרות לשנייה בתאורת אינפרא-אדום, מימין, מחוץ למסך, זהו טורף מאיים אלקטרוני שעומד לתקוף את הזבוב. הזבוב עומד לחוש את הטורף הזה. הוא הולך למתוח את הרגליים שלו החוצה. הוא הולך להחליק משם לחיות כדי לעוף עוד יום. עכשיו אני חתכתי בזהירות את הרצף הזה כדי שיהיה בדיוק כמשך זמן של מצמוץ העין האנושית, כך שבזמן שייקח לכם להניד עפעף, הזבוב ראה את הטורף המאיים הזה, העריך את מיקומו, יזם דגם מוטורי כדי להטיס אותו משם, להכות בכנפיו במהירות של 220 פעמים בשניה כשהוא עושה זאת. אני חושב שזו התנהגות מרתקת שמראה כמה מהר מוחו של הזבוב יכול לעבד מידע.
Now, flight -- what does it take to fly? Well, in order to fly, just as in a human aircraft, you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces, you need an engine sufficient to generate the power required for flight, and you need a controller, and in the first human aircraft, the controller was basically the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
כעת, טיסה--מה נדרש כדי לעוף? ובכן, כדי לעוף, בדיוק כמו במטוס, צריך כנפיים שיכולות לייצר מספיק כוחות אווירודינמיים, צריך מנוע שיספיק לייצר את ההספק הדרוש לטיסה, ואתה צריך בקר, ובמטוסים הראשון, הבקר היה בעצם מוחם של אורוויל וויילבור שיושבים בתא הטייס.
Now, how does this compare to a fly? Well, I spent a lot of my early career trying to figure out how insect wings generate enough force to keep the flies in the air. And you might have heard how engineers proved that bumblebees couldn't fly. Well, the problem was in thinking that the insect wings function in the way that aircraft wings work. But they don't. And we tackle this problem by building giant, dynamically scaled model robot insects that would flap in giant pools of mineral oil where we could study the aerodynamic forces. And it turns out that the insects flap their wings in a very clever way, at a very high angle of attack that creates a structure at the leading edge of the wing, a little tornado-like structure called a leading edge vortex, and it's that vortex that actually enables the wings to make enough force for the animal to stay in the air. But the thing that's actually most -- so, what's fascinating is not so much that the wing has some interesting morphology. What's clever is the way the fly flaps it, which of course ultimately is controlled by the nervous system, and this is what enables flies to perform these remarkable aerial maneuvers.
כעת, כיצד ניתן להשוות זאת לזבוב? ובכן, ביליתי הרבה זמן בתחילת הקריירה שלי, בנסיון להבין איך כנפי חרקים מפיקןת מספיק כוח כדי להחזיק את הזבובים באוויר. ואולי שמעתם כיצד מהנדסים הוכיחו שדבורי הבומבוס לא יכלו לטוס. ובכן, הבעיה היתה בחשיבה שכנפי החרק מתפקדות כמו כנפי מטוסים. אבל הן לא. ואנו מתמודדים עם בעיה זו על-ידי בניית דגמי חרקים רובוטיים ענקיים, בעלי קנה מידה משתנה באופן דינמי שידשדשו בבריכות ענק של שמן מינרלי מקום שבו נוכל ללמוד את הכוחות האווירודינמיים. ומסתבר כי חרקים טופחים בכנפיהם באופן חכם מאוד, בזווית התקפה גבוהה מאוד שיוצרת מבנה בחוד החנית של הכנף, מבנה קצת דמוי טורנדו שנקרא מובילי מערבולת קצה, וזו המערבולת שמאפשרת למעשה לכנפיים להפיק מספיק כוח שמאפשר לבעל החיים להישאר באוויר. אבל הדבר שלמעשה בעיקר – אז, מה שמרתק הוא לא כל כך שלכנף יש איזושהי מורפולוגיה מעניינת. מה שחכם הוא האופן שבו הזבוב מנפנף בכנפיים מה שכמובן בסופו של דבר הוא נשלט על ידי מערכת העצבים, וזה מה שמאפשר לזבובים לבצע תמרונים אוויריים מדהימים אלה .
Now, what about the engine? The engine of the fly is absolutely fascinating. They have two types of flight muscle: so-called power muscle, which is stretch-activated, which means that it activates itself and does not need to be controlled on a contraction-by-contraction basis by the nervous system. It's specialized to generate the enormous power required for flight, and it fills the middle portion of the fly, so when a fly hits your windshield, it's basically the power muscle that you're looking at. But attached to the base of the wing is a set of little, tiny control muscles that are not very powerful at all, but they're very fast, and they're able to reconfigure the hinge of the wing on a stroke-by-stroke basis, and this is what enables the fly to change its wing and generate the changes in aerodynamic forces which change its flight trajectory. And of course, the role of the nervous system is to control all this.
עכשיו, מה לגבי המנוע? המנוע של הזבוב הוא בהחלט מרתק. יש להם שני סוגים של שרירי טיסה: מה שנקרא כוח השריר, אשר מופעל על-ידי מתיחה, כלומר הוא מפעיל את עצמו ואינו צריך להיות נשלט על בסיס התכווצות אחר התכווצות על ידי מערכת העצבים. הוא התמחה לייצר כוח עצום הדרוש עבור טיסה, וממלא את חלקו האמצעי של הזבוב, כך שכאשר זבוב פוגע בשמשה הקדמית שלך, זהו בעצם כוח השריר שבו אתה מביט. אבל מחוברת לבסיס הכנף יש ערכה של שרירי שליטה קטנים, זעירים, שאינם חזקים מאוד בכלל, אבל הם מאוד מהירים, והם מסוגלים להגדיר מחדש את מפרק הכנף על בסיס מכה אחר מכה, וזה מה מאפשר לזבוב לשנות הכנף שלו וליצור את השינויים בכוחות האווירודינמיים מה שמשנה את מסלול הטיסה שלו. וכמובן, תפקיד מערכת העצבים היא לפקח על כל זה.
So let's look at the controller. Now flies excel in the sorts of sensors that they carry to this problem. They have antennae that sense odors and detect wind detection. They have a sophisticated eye which is the fastest visual system on the planet. They have another set of eyes on the top of their head. We have no idea what they do. They have sensors on their wing. Their wing is covered with sensors, including sensors that sense deformation of the wing. They can even taste with their wings. One of the most sophisticated sensors a fly has is a structure called the halteres. The halteres are actually gyroscopes. These devices beat back and forth about 200 hertz during flight, and the animal can use them to sense its body rotation and initiate very, very fast corrective maneuvers. But all of this sensory information has to be processed by a brain, and yes, indeed, flies have a brain, a brain of about 100,000 neurons.
אז בואו ונסתכל בבקר. כעת זבובים מצטיינים בסוגי חיישנים שהם נושאים לצורך בעיה זו. יש להם אנטנה שחשה ריחות, ומבחינה באיתור הרוח. יש להם עין מתוחכמת שהיא מערכת הראייה המהירה ביותר על פני כדור הארץ. יש להם מערכת אחרת של עיניים בקצה הראש שלהם. שאין לנו מושג מה הן עושות. יש להם חיישנים על הכנף שלהם. הכנף שלהם מכוסה בחיישנים, כולל חיישנים שחשים עיוות של הכנף. הם יכולים גם לטעום עם כנפיהם. אחד החיישנים המתוחכמים ביותר שיש לזבוב הוא מבנה שנקרא משקולות. המשקולות הן למעשה ג'ירוסקופים. התקנים אלה מכים הלוך ושוב בתדר של כ- 200 הרץ במהלך הטיסה, והחיה יכולה להשתמש בהם כדי לחוש את רוטצית הגוף שלה וליזום תמרונים מתקנים מהירים מאוד. אבל את כל המידע החושי הזה יש לעבד על-ידי המוח, ועל כן, אכן, לזבובים יש מוח, מוח של כ-100,000 נוירונים .
Now several people at this conference have already suggested that fruit flies could serve neuroscience because they're a simple model of brain function. And the basic punchline of my talk is, I'd like to turn that over on its head. I don't think they're a simple model of anything. And I think that flies are a great model. They're a great model for flies. (Laughter)
כעת מספר אנשים בכנס הזה כבר הציעו שזבובי פירות יכולים לשמש במדעי המוח מאחר שהם מודל פשוט של תפקוד המוח. ושורת המחץ הבסיסית של השיחה שלי היא, הייתי רוצה להפוך זאת על הראש אני לא חושב שהם מודל פשוט של משהו. ואני חושב שזבובים הם דגם מצוין. הם דגם מצוין לזבובים. (צחוק)
And let's explore this notion of simplicity. So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists, we're all somewhat narcissistic. When we think of brain, we of course imagine our own brain. But remember that this kind of brain, which is much, much smaller — instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons — but this is the most common form of brain on the planet and has been for 400 million years. And is it fair to say that it's simple? Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons, but is that a fair metric? And I would propose it's not a fair metric. So let's sort of think about this. I think we have to compare -- (Laughter) — we have to compare the size of the brain with what the brain can do. So I propose we have a Trump number, and the Trump number is the ratio of this man's behavioral repertoire to the number of neurons in his brain. We'll calculate the Trump number for the fruit fly. Now, how many people here think the Trump number is higher for the fruit fly?
והבה ונחקור את המושג הזה של פשטות. אז אני חושב, למרבה הצער, הרבה מדעני-מוח אנחנו כולנו קצת נרקיסיסטים. כאשר אנחנו חושבים על המוח, אנחנו כמובן מדמיינים את המוח שלנו. אך יש לזכור כי סוג זה של מוח, שהוא הרבה, הרבה יותר קטן — במקום 100 מיליארד נוירונים, יש לו 100,000 נוירונים — אבל זה הצורה הנפוצה ביותר של מוח על פני כדור הארץ כבר מזה 400 מיליון שנים. והאם זה הוגן לומר שזה פשוט? ובכן, זה פשוט במובן שיש בו פחות נוירונים , אבל האם זה מדד הוגן? והייתי מציע שהוא לא מדד הוגן. אז בואו ונחשוב על זה איכשהו. אני חושב שעלינו להשוות- (צחוק) — אנחנו צריכים להשוות את הגודל של המוח עם מה שהמוח יכול לעשות. אז אני מציע שיש לנו מספר טראמפ, ומספר טראמפ הוא היחס של הרפרטואר ההתנהגותי של האיש למספר הנוירונים במוח שלו. אנחנו נחשב את מספר טראמפ של זבוב הפירות. עכשיו, כמה אנשים כאן חושבים שמספר טראמפ הוא גבוה יותר עבור זבוב הפירות?
(Applause)
(מחיאות כפיים)
It's a very smart, smart audience. Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
זהו קהל חכם מאוד, חכם. כן, אי-השוויון הולך בכיוון זה, או שאניח אותו.
Now I realize that it is a little bit absurd to compare the behavioral repertoire of a human to a fly. But let's take another animal just as an example. Here's a mouse. A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly. I used to study mice. When I studied mice, I used to talk really slowly. And then something happened when I started to work on flies. (Laughter) And I think if you compare the natural history of flies and mice, it's really comparable. They have to forage for food. They have to engage in courtship. They have sex. They hide from predators. They do a lot of the similar things. But I would argue that flies do more. So for example, I'm going to show you a sequence, and I have to say, some of my funding comes from the military, so I'm showing this classified sequence and you cannot discuss it outside of this room. Okay? So I want you to look at the payload at the tail of the fruit fly. Watch it very closely, and you'll see why my six-year-old son now wants to be a neuroscientist. Wait for it. Pshhew. So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice, they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
עכשיו אני מבין שזה קצת מגוחך להשוות את הרפרטואר התנהגותי של אדם לזבוב. אך בואו וניקח חיה אחרת רק כדוגמה. הנה עכבר. לעכבר יש בערך פי 1,000 יותר נוירונים מאשר לזבוב. נהגתי לחקור עכברים. כאשר למדתי על עכברים, נהגתי לדבר ממש לאט. ולאחר מכן משהו קרה כשהתחלתי לעבוד על זבובים. (צחוק) ואני חושב שאם משווים את ההסטוריה הטבעית של זבובים ועכברים היא באמת ברת השוואה. הם צריכים לתור אחר מזון. הם צריכים לחזר אחר בני זוג. הם עושים סקס. הם מתחבאים מטורפים. הם עושים הרבה דברים דומים. אבל אני אטען שזבובים עושים יותר. כך למשל, אני עומד להראות לכם רצף, ועלי לומר, שחלק מהמימון שלי מגיע מהצבא, אז אני מציג רצף מסווג זה ואינכם יכולים לדון בו מחוץ לחדר זה. טוב? אז אני רוצה להסתכל על המטען שבזנב של זבוב הפירות. צפו בזה בתשומת לב, ותראו למה הבן שלי בן השש, עכשיו רוצה להיות מדען מוח. המתינו. פשיו. אז לפחות תודו שזבובי פירות אינם חכמים כמו עכברים הם לפחות חכמים כמו יונים. (צחוק)
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers but also the challenge for a fly to compute everything its brain has to compute with such tiny neurons. So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse that came from Jeff Lichtman's lab, and you can see the wonderful images of brains that he showed in his talk. But up in the corner, in the right corner, you'll see, at the same scale, a visual interneuron from a fly. And I'll expand this up. And it's a beautifully complex neuron. It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
עכשיו, אני רוצה להסביר שזה לא רק עניין של מספרים אבל גם האתגר עבור הזבוב לחשב את כל מה שמוחו צריך לחשב עם נוירונים זעירים כאלה. אז זוהי תמונה יפה של נוירון מהאזור החזותי של עכבר שבא ממעבדת ג'ף ליכטמן, אתם יכולים לראות את התמונות הנהדרות של מוחות שהוא הראה בשיחה שלו. אך למעלה בפינה, בפינה הימנית, תראו, באותו קנה מידה, נוירון מהאזור החזותי של זבוב. וארחיב זאת. וזה נוירון מורכב להפליא. הוא פשוט מאוד מאוד זעיר, ויש המון אתגרים ביופיזיקליים בנסיון לחשב מידע עם נוירונים קטנים, קטנטנים.
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect. It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes, it has antennae, its legs, complicated life history, it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars to parasatize, but not only is its brain the size of a salt grain, which is comparable for a fruit fly, it is the size of a salt grain. So here's some other organisms at the similar scale. This animal is the size of a paramecium and an amoeba, and it has a brain of 7,000 neurons that's so small -- you know these things called cell bodies you've been hearing about, where the nucleus of the neuron is? This animal gets rid of them because they take up too much space. So this is a session on frontiers in neuroscience. I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
עד כמה קטנים יכולים נוירונים להיות? ובכן, הביטו זה חרק מעניין. הוא נראה בערך כמו זבוב. יש לו כנפיים, יש לו עיניים, יש לו משושים, הרגליים שלו, סיפור חיים מסובך, זהו טפיל, עליו לעוף ולמצוא תולעים שישמשו לו כפונדקאים, אבל לא רק שמוחו שלו הוא בגודל של גרגר מלח, בדומה לזבוב פירות, הוא בגודל של גרגר מלח. אז הנה כמה אורגניזמים אחרים בקנה מידה דומה. בעל חיים זה הוא בגודל של סנדלית ושל אמבה, ויש לו מוח של 7,000 נוירונים שהוא כל כך קטן- אתם מכירים דברים אלה שנקראים גופי תא שמעתם עליהם היכן שנמצא הגרעין של הנוירון? בעל חיים זה נפטר מהם משום שהם תופסים מקום רב מדי. אז זהו מפגש שמדבר על חזיתות בחקר המוח. אני מציג עמדה שטוענת שחזית אחת בחקר המוח היא להבין איך עובד המוח של הדבר הזה.
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot? And I think, from an engineering perspective, you think of multiplexing. You can take a hardware and have that hardware do different things at different times, or have different parts of the hardware doing different things. And these are the two concepts I'd like to explore. And they're not concepts that I've come up with, but concepts that have been proposed by others in the past.
אבל בואו ונחשוב על זה. כיצד ניתן לגרום למספר קטן של נוירונים לעשות הרבה? ואני חושב, מנקודת מבט הנדסית, אתם חושבים על ריבוב. ניתן לקחת חומרה, ולגרום לחומרה זו לעשות דברים שונים בזמנים שונים, או לגרום לחלקים שונים של החומרה לעשות דברים שונים. ואלה שני מושגים שאני רוצה לחקור. והם אינם מושגים שהמצאתי, אלא מושגים שהוצעו על-ידי אחרים בעבר.
And one idea comes from lessons from chewing crabs. And I don't mean chewing the crabs. I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well. But I'm talking about the crabs actually doing the chewing. Crab chewing is actually really fascinating. Crabs have this complicated structure under their carapace called the gastric mill that grinds their food in a variety of different ways. And here's an endoscopic movie of this structure. The amazing thing about this is that it's controlled by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons that can produce a vast variety of different motor patterns, and the reason it can do this is that this little tiny ganglion in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators. You heard about neuromodulators earlier. There are more neuromodulators that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure, and they're able to generate a complicated set of patterns. And this is the work by Eve Marder and her many colleagues who've been studying this fascinating system that show how a smaller cluster of neurons can do many, many, many things because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis. So this is basically multiplexing in time. Imagine a network of neurons with one neuromodulator. You select one set of cells to perform one sort of behavior, another neuromodulator, another set of cells, a different pattern, and you can imagine you could extrapolate to a very, very complicated system.
ורעיון אחד מגיע מנסיון של לעיסת סרטנים. ואני לא מתכוון ללעיסה של סרטנים. גדלתי בבולטימור, ואני לועס סרטנים מאוד,טוב מאוד. אבל אני מדבר על סרטנים שמבצעים את פעולת הלעיסה. לעיסת סרטנים היא למעשה באמת מרתקת. לסרטנים יש מבנה מורכב זה תחת השריון שלהם שנקרא מטחנה קיבתית שטוחנת את המזון במגוון דרכים שונות. והנה סרט אנדוסקופי של מבנה זה. הדבר המדהים לגבי זה הוא שהוא נשלט על-ידי קבוצה של נוירונים ממש זעירים , כעשרים וארבעה נוירונים שיכולים לייצר מגוון עצום של דפוסים מוטוריים שונים, והסיבה לכך שהיא יכולה לעשות את זה היא שצביר זעיר זה בסרטן למעשה מוצף על-ידי אפנני נוירונים רבים. שמעתם על אפנני נוירונים קודם לכן. יש יותר אפנני נוירונים שמשנים, שמעצבבים מבנה זה מאשר למעשה נוירונים במבנה, והם מסוגלים להפיק מערכת מסובכת של תבניות. וזוהי העבודה של איב מרדר ועמיתיה הרבים שכבר למדו את המערכת המרתקת הזו שמראה כיצד אשכול קטן יותר של נוירונים יכול לעשות הרבה, הרבה, הרבה דברים בגלל אפנני נוירונים שיכולים לקרות על בסיס של רגע לרגע. אז זה הוא בעצם ריבוב בזמן. תארו לעצמכם רשת נוירונים עם אפנן נוירוני אחד. אתם בוחרים מערכת אחת של תאים כדי לבצע סוג אחד של התנהגות, מאפנן עצב אחר, קבוצה אחרת של תאים, תבנית אחרת, ואתם יכולים לדמיין אתם יכולים לגדל מערכת מאד,מאד מסובכת..
Is there any evidence that flies do this? Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world, we've been studying fly behaviors in little flight simulators. You can tether a fly to a little stick. You can measure the aerodynamic forces it's creating. You can let the fly play a little video game by letting it fly around in a visual display. So let me show you a little tiny sequence of this. Here's a fly and a large infrared view of the fly in the flight simulator, and this is a game the flies love to play. You allow them to steer towards the little stripe, and they'll just steer towards that stripe forever. It's part of their visual guidance system. But very, very recently, it's been possible to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies. So this is the preparation that one of my former post-docs, Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed, and it's basically a flight simulator but under conditions where you actually can stick an electrode in the brain of the fly and record from a genetically identified neuron in the fly's brain. And this is what one of these experiments looks like. It was a sequence taken from another post-doc in the lab, Bettina Schnell. The green trace at the bottom is the membrane potential of a neuron in the fly's brain, and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually controlling the rotation of that visual pattern itself by its own wing motion, and you can see this visual interneuron respond to the pattern of wing motion as the fly flies. So for the first time we've actually been able to record from neurons in the fly's brain while the fly is performing sophisticated behaviors such as flight. And one of the lessons we've been learning is that the physiology of cells that we've been studying for many years in quiescent flies is not the same as the physiology of those cells when the flies actually engage in active behaviors like flying and walking and so forth. And why is the physiology different? Well it turns out it's these neuromodulators, just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs. So here's a picture of the octopamine system. Octopamine is a neuromodulator that seems to play an important role in flight and other behaviors. But this is just one of many neuromodulators that's in the fly's brain. So I really think that, as we learn more, it's going to turn out that the whole fly brain is just like a large version of this stomatogastric ganglion, and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
האם יש ראיות שזבובים עושים את זה? ובכן, במשך שנים רבות במעבדה שלי ובמעבדות אחרות ברחבי העולם, אנחנו עוסקים בלמידת התנהגויות בסימולטורים תעופתיים קטנים. ניתן לרתום זבוב למקל קטן. ניתן למדוד את הכוחות האווירודינמיים שהוא יוצר. ניתן לתת לזבוב לשחק משחק וידאו קטן על-ידי כך שמאפשרים לו לעוף בתצוגה חזותית. אז הרשו לי להראות לכם רצף קטן זעיר של זה. הנה זבוב ומראה אינפרא-אדום גדול של הזבוב בסימולטור טיסה, וזה משחק שהזבובים אוהבים לשחק. מאפשרים להם לנווט לכיוון פס קטן, הם פשוט ינווטו לכיוון הרצועה הזו לנצח. זה חלק ממערכת ההנחיה החזותית שלהם. אבל מאוד מאוד לאחרונה, התאפשר לשנות מיני זירות התנהגותיות אלו לפיסיולוגיות. אז זוהי ההכנה של אחד הפוסט-דוקטורט הקודמים שלי, גבי מימון, שנמצא כעת ברוקפלר, פיתח, וזה למעשה סימולטור טיסה אבל בתנאים שניתן למעשה לשתול אלקטרודה במוח הזבוב ולהקליט על פי נוירון שמזוהה גנטית במוחו של הזבוב. וכך נראה אחד מהניסויים האלה. זה היה רצף שנלקח מפוסט-דוקטורט אחר במעבדה, בטינה שנל. המעקב הירוק בתחתית הוא פוטנציאל הממברנה של נוירון במוח של הזבוב, ותראו שהזבוב מתחיל לעוף, והזבוב למעשה שולט בסיבוב של התבנית החזותית עצמה על-ידי תנועת הכנף שלו, ואתם יכולים לראות את תא הנוירון המתווך החזותי הזה מגיב לתבנית של תנועת הכנף כשהזבוב עף. אז בפעם הראשונה אנו למעשה כבר היינו מסוגלים להקליט מנוירונים במוח של הזבוב בעודו מבצע התנהגויות מתוחכמות כמו טיסה. אחד הלקחים שכבר למדנו הוא שהפיזיולוגיה של התאים שכבר למדנו במשך שנים רבות בזבובים במנוחה אינו זהה לפיזיולוגיה של תאים אלה כאשר הזבובים למעשה עסוקים בהתנהגויות פעילות כמו טיסה והליכה, וכן הלאה. ומהי הסיבה שהפיזיולוגיה שונה? ובכן מסתבר שאלה הם אפנני הנוירונים בדיוק כמו אפנני העצבים בצביר הזעיר שבסרטנים. אז הנה תמונה של מערכת האוקטופמין. אוקטופמין הוא אפנן נוירוני שנראה שהוא משחק תפקיד חשוב בטיסה ובהתנהגויות אחרות. אבל זה רק אחד מתוך אפנני נוירון רבים שבמוחו של הזבוב. אז אני באמת חושב, שככל שאנו לומדים יותר, ילך ויתברר שכל המוח של הזבוב הוא בדיוק כמו גרסה גדולה של צביר סטומטוגסטרי זה, וזו אחת הסיבות מדוע הוא יכול לעשות כל כך הרבה עם כל כך מעט נוירונים.
Now, another idea, another way of multiplexing is multiplexing in space, having different parts of a neuron do different things at the same time. So here's two sort of canonical neurons from a vertebrate and an invertebrate, a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal, and another cell to the right, a non-spiking interneuron, and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago, and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea based on the fact that this neuron from a locust does not fire action potentials. It's a non-spiking cell. So a typical cell, like the neurons in our brain, has a region called the dendrites that receives input, and that input sums together and will produce action potentials that run down the axon and then activate all the output regions of the neuron. But non-spiking neurons are actually quite complicated because they can have input synapses and output synapses all interdigitated, and there's no single action potential that drives all the outputs at the same time. So there's a possibility that you have computational compartments that allow the different parts of the neuron to do different things at the same time.
עכשיו, עוד רעיון, דרך נוספת לריבוב היא ריבוב בחלל, שיש בו חלקים שונים של נוירון לעשות דברים שונים באותו זמן. אז הנה סוג של שני נוירונים קאנוניים של בעלי חוליות, ושל חסרי חוליות, נוירון פירמידלי אנושי מרמון וקז'אל, ותא אחר מימין, תא עצב מתווך בלתי ממסמר וזוהי העבודה של ווטסון אלן ומלקולם בורווז מלפני שנים רבות, ומלקולם בורוז בא עם רעיון מעניין למדי שהתבסס על העובדה שנוירון זה של ארבה אינו מצית פוטנציאל פעולה. זהו תא בלתי ממסמר. אז לתא אופייני, כמו הנוירונים במוחנו, יש אזור שנקרא הדנדריטים שמקבל קלט, וקלט זה מסכם יחד וייצר פוטנציאלי פעולה שרצים מטה באקסון ולאחר מכן מפעילים את כל אזורי הפלט של הנוירון. אבל נוירונים בלתי ממוסמרים הינם למעשה מסובכים למדי כי יכולים להיות להם סינפסות קלט או סינפסות פלט כולם משולבים ואין פוטנציאל של פעולה בודדת שמוביל את כל כל תוצרי הפלט באותו זמן. אז יש אפשרות שיש לכם תאים חישוביים שמאפשרים לחלקים השונים של הנוירון לעשות דברים שונים באותו זמן.
So these basic concepts of multitasking in time and multitasking in space, I think these are things that are true in our brains as well, but I think the insects are the true masters of this. So I hope you think of insects a little bit differently next time, and as I say up here, please think before you swat.
אז מושגי יסוד אלה של ריבוי משימות בזמן וריבוי משימות בחלל, לדעתי אלה הם דברים שהם נכונים גם במוחנו, אבל אני חושב שהחרקים הם המאסטרים האמיתיים של זה. אז אני מקווה שתחשבו מעט אחרת על חרקים בעתיד, וכפי שאמרתי כאן למעלה, בבקשה חישבו לפני שאתם חובטים בהם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)