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.
Tôi lớn lên cùng với bộ phim Stat Trek. Tôi yêu Star Trek. Star Trek khiến tôi muốn nhìn thấy những sinh vật lạ những sinh vật ngoài thế giới xa xôi kia. Nhưng về cơ bản, tôi nhận ra mình có thể tìm thấy những sinh vật ngoài hành tinh ngay trên Trái Đất.
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.
và điều mà tôi làm là nghiên cứu côn trùng. tôi bị ám ảnh bởi côn trùng đặc biệt là loài biết bay tôi cho rằng sự tiến hoá của loài côn trùng bay có lẽ là một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sự của sự sống Không có côn trùng thì sẽ chẳng có cây nở hoa không có cây nở hoa thì sẽ chẳng có những động vật linh trưởng ăn trái cây tài giỏi phát biểu tại TED
(Laughter)
(Cười)
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.
David Hidehiko và Ketaki đã mang tới một câu chuyện rất lôi cuốn về sự tương đồng giữa loài ruồi ăn trái cây và con người, có rất nhiều sự tương đồng và bạn có thể nghĩ rằng nếu con người giống như loài ruồi hoa quả thì hành vi ưa thích của chú ruồi ăn hoa quả này có lẽ giống thế này chẳng hạn ( Cười) nhưng trong bài nói chuyện của mình, tôi không muốn nhấn mạnh vào những chỗ tương đồng giữa người và loài ruồi ăn hoa quả, mà là vào sự khác biệt và tập trung vào những hành vi mà tôi cho là loài ruồi thật thành thạo
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.
tôi muốn cho các bạn xem một đoạn phim tốc độ cao về một chú ruồi với 7000 khung ảnh một giây qua ánh sáng hồng ngoại phía bên phải , không có trong khung hình, là bóng điện tử của kẻ săn mồi đang chuẩn bị tấn công con ruồi Con ruồi cảm nhận được kẻ săn mồi này. nó sẽ trải chân dài ra và khệnh khạng bay đi sống sót và được bay thêm ngày nữa, Giờ tôi sẽ cẩn thận cắt chuỗi phim này thành một đoạn đúng bằng một cái chớp mắt của con người trong một cái chớp mắt của bạn con ruồi đó đã thấy kẻ săn mồi rình mò này ước định vị trí kẻ săn mồi và khởi động hành vi vận động để bay đi đập cánh 220 lấn/giây tôi cho rằng đây là một hành vi thật thú vị nó cho ta thấy não của con ruồi xử lý thông tin nhanh như thế nào
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.
Vậy còn điều gì đã khiến cho những chuyến bay cất cánh? Để bay, giống như máy bay con người tạo ra bạn cần có cánh có thể tạo ra đủ khí động lực bạn cần một bộ máy tạo đủ năng lượng để bay và bạn cần một bộ điều khiển trong chiếc máy bay đầu tiên của con người, bộ điều khiển đơn giản là bộ não của Orville và Wilbur ngồi trong buồng lái
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.
Vậy so sánh với con ruồi thì thế nào? Tôi đã dành phần nhiều trong buổi đầu sự nghiệp của mình cố tìm ra làm thế nào mà cánh của côn trùng có thể tạo ra đủ lực để giữ con ruồi trên không bạn có lẽ từng nghe các nhà kĩ sư đã chứng minh rằng ong nghệ không thể bay Vấn đề là việc cho rằng cánh của côn trùng hoạt động theo cách mà máy bay hoạt động. Nhưng không phải Chúng tôi khắc phục vấn đề này bằng cách tạo ra những mẫu robot côn trùng sống động với quy mô lớn mà sẽ bay vào những hồ dầu khoáng nới chúng ta có thể nghiên cứu các lực khí động học. Hoá ra là côn trùng đập cánh khi bị dồn vào thế tấn công theo cách rất thông minh khi đó sẽ tạo ra một cấu trúc ở đầu mép cánh chính một cấu trúc có dạng lốc xoáy gọi là lốc xoáy đầu mép chính lốc xoáy đó đã khiến cho cánh tạo ra đủ lực để giữ cho chúng bay trên không. Nhưng điều thực sự thú vị hơn hết không phải là hình thái học thú vị của cánh mà là cách con ruồi đập cánh Điều mà hiển nhiên là được kiểm soát bởi hệ thống thần kinh đây chính là điều khiến ruồi có thể thực hiện những sự vận động trên không đáng kinh ngạc này
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.
Vậy cơ cấu của ruồi như thế nào? Cơ cấu của nó rất thú vị Chúng có hai loại hệ cơ để bay: cái gọi là cơ lực có chức năng duỗi ra có nghĩa là nó tự hoạt động mà không cần điều khiển dựa vào sự co thắt bởi hệ thần kinh Nó đựơc chuyên hóa để tạo ra lượng lực khổng lồ để bay và tập trung ở phần thân giữa của ruồi Vậy nên khi một con ruồi va vào kính xe của bạn cơ bản là bạn đang nhìn vào hệ cơ lực Nhưng tại phần gốc của cánh có một loại cơ điều khiển nhỏ bé không mạnh nhưng rất nhanh chúng có thể tái cấu trúc phần bản lề của cánh qua từng cú đập Đây là điều khiến cho ruồi có thể thay cách đập cánh và tạo ra những thay đổi về khí động lực và giúp nó thay đổi quỹ đạo bay Tất nhiên,vai trò của hệ thần kinh là kiểm soát những điều này
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.
Vậy hãy quan sát trung khu điều khiển Ruồi cảm ứng rất giỏi theo cách nào đó mà chúng tạo rắc rối này Chúng có những ăng ten cảm ứng mùi và dò hướng gío Chúng có con mắt tinh tế với năng lực quan sát chớp nhoáng nhất trên hành tinh Chúng có một bộ mắt khác trên đỉnh đầu Chúng ta không biết công dụng của bộ mắt này là gì Chúng có bộ cảm ứng trên cánh Cánh của chúng được bao phủ bởi hay có chứa các dây thần kinh cảm ứng cảm nhận sự biến dạng của cánh Chúng có thể nếm bằng cánh Một trong những cảm ứng phức tạp nhất mà con ruồi có là một cấu trúc được gọi là các dây cương Những dây cương này thực sự là các con quay hồi chuyển Những thiết bị này đập về trước và sau khoảng 200 hec khi bay và con ruồi có thể dùng chúng để cảm nhận chuyển động quay của cơ thể và khởi động nhanh chóng việc điều chỉnh chuyển động Nhưng toàn bộ những thông tin cảm ứng này phải được xử lí bởi bộ não và ruồi thực sự có não một bộ não bao gồm 100,000 tế bào thần kinh
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)
Một vài người trong hội phòng này đã cho rằng loài ruồi trái cây có thể phục vụ cho khoa học thần kinh chúng là một mô hình chức năng não đơn giản Điểm cơ bản chính của bài nói chuyện của tôi là quay trở lại nói về cái đầu của ruồi Tôi không nghĩ chúng là những mô hình đơn giản của bất cứ thứ gì Tôi nghĩ rằng loài ruồi là những mô hình tuyệt vời của chính chúng (Cười)
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?
Hãy khám phá khái niệm của sự đơn giản này Tôi nghĩ rằng thật không may, rất nhiều nhà khoa học thần kinh Chúng tôi đều theo cách nào đó quá yêu bản thân Khi chúng tôi nghĩ về não bộ, chúng tôi đều hiển nhiên nghĩ đến não bộ của chính mình Nhưng hãy nhớ dạng não như thế này dạng nhỏ hơn rất nhiều thay vì có một trăm tỉ tế bào thần kinh, nó chỉ có một trăm ngàn thôi nhưng đây lại là dạng não phổ biến nhất trên hành tinh và đã tồn tại như thế qua 400 triệu năm Vậy có công bằng không khi nói rằng nó đơn giản Nó đơn giản khi bị so sánh về số lượng tế bào thần kinh khiêm tốn nhưng đó có phải là một hệ đo lường công bằng? Tôi cho rằng nó không phải là hệ đo công bằng Vậy nên hãy suy nghĩ chút ít về điều này. Tôi nghĩ chúng ta phải so sánh-- Cười kích thước của não bộ với điều mà chúng có thể làm Vậy nên tôi lấy ví dụ so sánh là số hiệu của Ông Trump và là tỉ lệ của danh mục hành vi của người đàn ông này so với con số tế bào thần kinh trong não của ông ấy Chúng ta sẽ tính toán so sánh bằng hiệu số của ông Trump với loài ruồi ăn hoa quả Bao nhiêu người trong số các bạn ở đây nghĩ rằng hiệu số của ông Trump cao hơn loài ruồi hoa quả này
(Applause)
Vỗ tay
It's a very smart, smart audience. Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
Khán giả thông minh thật Vâng, sự không cân bằng xảy ra theo hướng này, hoặc là tôi đặt để nó như thế
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)
Tôi nhận ra rằng có chút vô lí khi so sánh hiệu số danh mục hành vi của người với một con ruồi Hãy lấy một thí dụ từ con vật khác. Con chuột vậy MỘt con chuột có nhiều hơn gấp 1,000 lần các tế bào thần kinh so với con ruồi Tôi từng nghiên cứu về chuột. KHi tôi nghiên cứu chuột Tôi từng nói chậm. Sau đó thì có gì đó tự nhiên xảy ra khi tôi nghiên cứu ruồi Cười Tôi nghĩ nếu bạn so sánh lịch sử tự nhiên của giữa ruồi và chuột điều này có thể sánh được. Chúng phải lùng sục tìm thức ăn Chúng phải tán tỉnh Giao phối. Lẩn trốn khỏi những kẻ săn mồi Chúng làm rất nhiều thứ tương tự nhau Nhưng tôi muốn lập lụân rằng ruồi làm nhiều hơn Ví dụ, tôi sẽ cho bạn xem một cảnh phim nhưng tôi phải nói rằng, một trong những quỹ tài trợ của tôi có được từ quân đội Vậy nên tôi sẽ cho các bạn xem cảnh phim tuyệt mật này và bạn đừng thảo luận nó ngoài khán phòng này nhé? Tôi múôn bạn quan sát phần lượng tải tại đuôi con ruồi hoa quả Quan sát kỹ bạn sẽ thấy tại sao thằng con 6 tuổi của tôi lại muốn thành nhà khoa học thần kinh. Chờ chút Bùm Vậy nếu chỉ ít bạn thừa nhận rằng loài ruồi hoa quả không thông minh bằng loài chuột thì chúng chỉ ít cũng thông minh bằng chim bồ câu. Cười
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.
Giờ đây tôi muốn ám chỉ rằng ở đây không chỉ là vấn đề về số lượng mà còn là thách thức cho một con ruồi phải tính toán mọi thứ bộ não của chúng phải tính toán bằng những tế bào thần kinh bé tí tẹo Đây là một hình ảnh tuyệt đẹp về một tế bào thần kinh thị giác trung gian của một con chuột lấy từ phòng thí nghiệm của Jeff Lichtman bạn có thể thấy những hình ảnh tuyệt đẹp của các bộ não mà ông ấy đã chiếu trong bài nói chuyện của mình Nhưng quan sát đến phần góc phải phía trên bạn sẽ thấy với cùng một quy mô, một tế bào thị giác trung gian của con ruồi Tôi sẽ phóng rộng phần này lên Đây là một khu phức hợp tế bào thần kinh tuyệt đẹp Nó rất nhỏ bé, và chứa rất nhiều những thách thức về vật lí sinh học trong việc cố gắng tính toán xử lí thông tin với những tế bào thần kinh nhỏ bé
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.
Những tế bào này có thể thu nhỏ đến mức nào? Quan sát con côn trùng nhỉ bé thú vị này Trông nó giống một con ruồi. Nó có cánh, mắt ăng ten, chân, và lịch sử cuộc đời phức tạp nó là một dạng kí sinh, nó phải bay tứ tung tìm kiếm sâu bướm để kí sinh trên chúng Nhưng không chỉ có não của chúng là nhỏ như hạt muối bằng với loài ruồi hoa quả cũng chỉ nhỏ như hạt múôi Đây là một vài cơ quan khác với tỉ lệ kích thước tương tự Loài này chỉ bằng kích thước một con trùng đế giầy và một trùng amip bộ não chúng chỉ chứa 7,000 tế bào thần kinh. rất nhỏ thôi bạn đã nghe biết những thứ gọi là thân tế bào này Vậy nhân tế bào của tế bào thần kinh ở đâu? Loài sinh vật này tự loại bỏ nhân tế bào vì nó chiếm nhiều diện tích quá Đây là một sự giao thoa giữa những biên giới của khoa học thần kinh TÔi muốn đặt để rằng nó là một biên giới trong lĩnh vực khoa học thần kinh tìm hiểu bộ não hoạt động như thế nào.
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.
Nhưng hãy nghĩ về điều này. bạn làm thế nào để khiến một lượng nhỏ tế bào thần kinh làm được nhiều việc? Trên quan điểm của một kỹ sư tôi nghĩ rằng bạn nghĩ đó là sự đa hợp Bạn có thể lấy một phần cứng và khiến nó làm nhiều việc khác nhau tại những thời điểm khác nhau, hay sử dụng những phần khác nhau của phần cứng đó thực hiện những công việc khác nhau Đây là hai khái niệm tôi múôn khám phá hai khái niệm này không phải tôi nghĩ ra nhưng được đưa ra bởi những người trong quá khứ
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.
Một trong những ý tưởng đó được đề xuất qua bài học về hành động nhai của con cua Tôi không có ý định nhai những con cua này Tôi lớn lên tại Baltimore. Tôi nhai cua rất giỏi nhé Nhưng tôi múôn nói tới con cua đang nhai Cua đang nhai thực sự rất thú vị Cua có một cấu trúc phức tạp dưới mai gọi là dạ giày nghiền thức ăn giúp nghiền thức ăn theo nhiều cách khác nhau đây là một đoạn phim nội soi của cấu trúc này Điều đáng kinh ngạc về bộ phận này là nó được điều khiển bởi một bộ các tế bào thần kinh rất nhỏ, khoảng 24 tế bào thần kinh thứ có thể sản sinh ra những kiểu mẫu vận động đa dạng khác nhau và lí do mà chúng có thể làm được điều này là do cái hạch nhỏ này trong con cua nó thực sự tràn ngập các tác nhân điều biến bạn đã nghe đến tác nhân điều biến trứơc đây Còn rất nhiều các tác nhân điều biến mà thay đổi, kích thích cấu trúc này hơn là bản thân các tế bào thần kinh chúng có thể tạo ra một bộ những mô hình phức tạp Đây là công trình của Eve Marder và đồng nghiệp của cô ấy những người đã đang nghiên cứu cái hệ thống thú vị này cái cho ta thấy làm thế nào một chụm nhỏ các tế bào thần kinh lại có thể làm nhiều thứ như vậy bời vì sự điều biến tế bào thần kinh chỉ xảy ra trong phút chốc, Vậy đây cơ bản là sự đa hợp theo thời gian Hãy tưởng tượng một mạng lưới tế bào thần kinh với một tác nhân điều biến thần kinh bạn chọn một bộ tế bào để thực hiện một hành vi tác nhân điều biến tế bào thần kinh khác, một bộ tế bào khác, với kiểu mẫu khác, hãy tưởng tượng bạn có thể loại suy nó thành hệ thống rất phức tạp
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.
Có chứng cứ nào chứng minh ruồi làm đựơc thế này không? Qua nhiều năm trong phòng thí nghiệm của mình và những phòng thí nghiệm khác trên thế giới Chúng tôi đã nghiên cứu hành vi của ruồi trong những thiết bị mô phỏng bay nhỏ bé bạn có thể gắn một con ruồi vào một cái que nhỏ bạn có thể đo lực khí động học mà nó tạo ra bạn có thể để cho con ruồi chơi một chút trò chơi điện tử bằng cách để nó bay xung quanh một màn hình Đề tôi cho bạn xem một đoạn phim nhỏ về điều này Đây là con ruồi và một hình ảnh quan sát rộng lớn qua ánh sáng hồng ngoại trong thiết bị mô phỏng bay đây là trò chơi con ruồi khoái chơi Bạn để chúng bay về phía giải hình nhỏ kia và chúng sẽ chỉ lái về hướng giải hình đó luôn mãi Nó là một phần trong hệ thống hướng dẫn thị giác Những gần đây, chúng ta đã có thể sửa đổi những dạng phạm vi hành vi này phục vụ cho sinh lý học Đây là một sự chuẩn bị mà một trong những vị nghiên cứu sinh tiến sĩ trước đây của tôi Gaby Maimon, người hiện tại đang làm việc cho tập đoàn Rockefeller phát triển Nó cơ bản là một mô hình mô phỏng bay có những điều kiện mà bạn có thể gắn một điện cực vào não của con ruồi để ghi dữ liệu từ một tế bào thần kinh với dạng gien xác định Đây là hình ảnh của một trong những thí nghiệm đó Một đoạn phim được chụp từ một vị nghiên cứu sinh tiến sĩ khác trong phòng thí nghiệm Bettina Schnell. Phần màu xanh lá cây ở dưới là lớp hiệu thế màng của một tế bào thần kinh trong não ruồi và bạn sẽ thấy con ruồi bắt đầu bay, và chính con ruồi thực sự đang kiểm soát giao động quay của mẫu thị giác bằng chuyển động của cánh Bạn có thể thấy những tế bào thần kinh thị giác trung gian đáp ứng lại với kiểu chuyển động của cánh khi ruồi bay Đây là lần đầu tiên chúng tôi đã có thể ghi dữ liệu từ những tế bào thần kinh trong não ruồi khi chúng thực hiện những hành vi phức tạp như khi bay chẳng hạn MỘt trong những bài học mà chúng tôi đang tìm hiểu đó là các tế bào sinh lý học mà chúng tôi đang nghiên cứu trong nhiều năm trên ruồi khi chúng ở trạng thái tĩnh khác với tế bào sinh lý khi chúng đang thực hiện những hành vi hành động như bay hay di chuyển..vv... Vây tại sao sinh lí học lại khác nhau Hoá ra là do những tác nhân thần kinh điều biến này giống như tác nhân thần kinh điều biến có trong những con cua bé nhỏ. Đây là hình ảnh về hệ thống phân tử truyền dẫn thần kinh Nó là một tác nhân thần kinh điều biến Có vẻ như nó đóng vai trò quan trọng trong khi bay và trong những hành vi khác Nhưng đây chỉ là một trong số rất nhiều tác nhân thần kinh điều biến trong não ruồi Vậy nên tôi thực sự nghĩ rằng, khi chúng ta tìm hiểu nhiều hơn hoá ra toàn bộ bộ não ruồi cũng giống như một dạng phóng to của hạch dạ giày này Đó là một trong những lí so tại sao nó có thể làm nhiều điều chỉ với rất ít các tế bào thần kinh
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.
MỘt ý tưởng khác đó là, đa hợp theo cách khác như đa hợp về không gian sử dụng những phần khác của tế bào thần kinh làm những việc khác nhau tại cùng thời điểm Đây là hai dạng mẫu kinh điển của tế bào thần kinh từ một loài vật có xương sống và không xương sống một tế bào hình chóp của người từ Ramon y Cajal, và tế bào khác bên phải, một tế bào thần kinh trung gian không thẳng đứng đây là công trình của Alan Watson và Malcolm Burrows từ nhiều năm trước Malcolm Burrows nảy ra ý tưởng rất thú vị dựa trên thực tế từ tế bào thần kinh của một con châu chấu là nó không tạo ra được những tiềm năng hành động Vì nó là một tế bào không thẳng đứng Vậy một tế bào điển hình giống như những tế bào thần kinh trong não chúng ta có một vùng gọi là những nhánh sợi nhận tín hiệu cung cấp những tín hiệu cung cấp này gộp lại và sản sinh ra những tiềm năng hành động chạy xuống từ sợi trục thần kinh và kích hoạt những vùng thông tin kết quả của tế bào thần kinh Nhưng những tế bào thần kinh không thẳng đứng thực sự rất phức tạp vì chúng có thể chứa những khớp thần kinh tiếp nhận và khớp thần kinh kết quả tât cả được hợp ngón và không có một tiềm năng hoạt động nào sai khiến mọi kết quả trong cùng một thời điểm Vậy nên có khả năng bạn có những ngăn tính toán cho phép những phần khác nhau của tế bào thần kinh làm những việc khác nhau tại cùng thời điểm
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.
Và những khái niệm cơ bản về đa khả năng trong thời gian và không gian Tôi nghĩ những điều này cũng có thật trong não của chúng ta Nhưng tôi nghĩ côn trùng thật sự là bậc thầy về điều này Vậy nên tôi hy vọng bạn sẽ nghĩ về côn trùng chút ít khác biệt hơn từ nay Và khi tôi nói trên này, xin hãy suy nghĩ trứơc khi đập chúng
(Applause)
Vỗ tay