TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
Мајкл Дикинсон: Како лета мувата
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
Способноста на инсектите да летаат е можеби едно од најголемите достигнувања на еволуцијата. Мајкл Дикинсон зборува за тоа како една обична мува, со толку нежни крилја, може да лета, пред сè благодарение на интелигентното замавнување и на мускулите за летање кои истовремено се, и моќни и брзи. Но тајната состојка е неверојатниот мозок на мувата. (Снимено во TEDxCaltech.)
Michael Dickinson - Biologist
Most people are irritated by the buzzing of a fly's wings. But biologist Michael Dickinson views the sound with a deep sense of wonder. Full bio
Most people are irritated by the buzzing of a fly's wings. But biologist Michael Dickinson views the sound with a deep sense of wonder. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:16
I grew up watching Star Trek. I love Star Trek.
0
545
3532
Пораснав гледајќи ги „Ѕвездени патеки." Ги обожувам „Ѕвездени патеки“.
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
Заради „Ѕвездени патеки“ посакав да видам вонземски суштества,
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
суштества од некој далечен свет.
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
Но, во суштина, сфатив дека тие вонземски суштества
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
можам да ги најдам токму на Земјата.
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
Јас се занимавам со проучување на инсекти.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
Опседнат сум со инсекти, особено со нивното летање.
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
Мислам дека еволуцијата на летањето кај инсектите е можеби
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
еден од најважните настани во историјата на животот.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
Без инсекти нема да постоjат цветните растенија.
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
Без цветните растенија нема да постојат
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
паметни примати кои јадат овошје и држат говори за TED.
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(Смеа)
00:53
Now,
13
37988
1987
Е сега,
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
Дејвид, Хидехико и Кетаки
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
раскажаа доста убедлива приказна за
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
сличностите помеѓу винските мушички и луѓето,
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
а постојат многу сличности,
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
и така може да помислите, ако луѓето се слични на винските мушички,
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
омилената активност на винската мушичка би можело да биде, на пример ова --
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(Смеа)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
но во мојот говор нема да ги истакнам сличностите
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
помеѓу луѓето и винските мушички, туку разликите,
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
и ќе се фокусирам на однесувањата, особено карактеристични за винските мушички.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
Сакам да ви покажам еден дел од забрзана снимка
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
на мушичка, снимена со 7.000 кадри во секунда при инфрацрвено осветлување,
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
а на десната страна, надвор од екранот, се наоѓа електронски предатор
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
кој ќе ја нападне мувата.
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
Мувата ќе го почувствува предаторот.
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
Ќе ги истегне своите нозе.
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
Ќе одлета на другата страна
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
за да преживее и да продолжи да лета.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
Сега, внимателно го исеков овој дел
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
така да биде во времетраење колку и вашето трепкање,
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
значи додека вие трепнете со вашето око,
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
мувата веќе го видела предаторот кој ја демне,
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
ја проценила неговата позиција, започнала моторна шема за одлетување,
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
замавнувајќи со крилата 220 пати во секунда.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
Мислам дека ова е фасцинантно однесување
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
кое покажува колку брзо мозокот на мувата може да обработува информации.
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
Понатаму, летање -- што е потребно за летање?
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
За да можете да летате, исто како и авионите,
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
потребни ви се крилја кои ќе произведуваат доволно аеродинамичка сила,
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
потребен ви е мотор кој ќе произведува сила потребна за летање,
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
и потребен ви е контролор,
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
а во првиот авион, контролор во основа бил мозокот
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
на Орвил и Вилбур кои седеле во пилотската кабина.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
Е сега, какви се сличностите со мувата?
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
На почетокот од мојата кариера поминав доста време обидувајќи се да сфатам
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
како крилјата на инсектите произведуваат доволно сила за да ги одржат во воздух.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
Можеби сте слушнале како инженерите докажале
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
дека бумбарите не можат да летаат.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
Проблемот бил во мислењето дека крилјата на инсектите
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
функционираат на истиот начин како и крилјата на авион. Но не е така.
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
Со овој проблем се справивме така што изградивме огромни,
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
динамички сразмерни модели на роботи-инсекти
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
кои ќе замавнуваат со крилјата во огромни базени со минерално масло
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
каде ќе можеме да ја проучуваме аеродинамичката сила.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
Излегува дека, инсектите замавнуваат со крилјата
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
на многу паметен начин, од многу висок агол
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
кој создава структура на предниот раб на крилото,
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
мала структура во вид на торнадо, наречена вител на предниот раб,
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
и токму тој вител им овозможува на крилјата
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
да создадат доволно сила за да може животното да остане во воздух.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
Но не е фасцинантно тоа
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
што крилото има интересна морфологија.
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
Фасцинантен е начинот на кој мувата замавнува со него,
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
што секако е контролирано од нервниот систем,
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
и токму ова им овозможува на мувите да ги изведуваат
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
овие извонредни воздушни маневри.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
Што можеме да кажеме за моторот?
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
Моторот на мувата е апсолутно фасцинантен.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
Тие имаат два вида на мускули за летање:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
т.н. мускул за моќност, кој се активира со истегнување,
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
што значи дека се активира самиот и нема потреба да биде контролиран
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
од страна на нервниот систем од контракција до контракција.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
Тој е специјализиран да ја создава огромната сила потребна за летање,
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
и е сместен во средишниот дел од мувата,
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
па кога мува ќе удри во вашата шофершајбна,
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
вие всушност гледате во мускулот за моќност.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
Но, за основата на крилото е прикачена
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
група од мали, ситни контролни мускули
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
кои воопшто не се моќни, но се многу брзи,
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
и можат да ја реконфигурираат положбата на крилото
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
при секој замав,
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
и тоа е она што ѝ овозможува на мувата да го смени своето крило
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
и да ги создаде промените во аеродинамичката сила
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
која пак ја менува траекторијата на летање.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
И секако, улогата на нервниот систем е да го контролира сето ова.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
Да го видиме контролорот.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
Мувите имаат фасцинантни сетила
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
со кои го решаваат овој проблем.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
Тие имаат антени кои чувствуваат мирис и откриваат ветер.
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
Имаат софистицирано око кое е
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
најбрзиот систем за вид на планетата.
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
Имаат и уште еден пар очи поставени на врвот од главата.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
Немаме поима што прават со нив.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
Имаат сетила на крилјата.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
Нивното крило е покриено со сетила, вклучувајќи сетила
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
кои чувствуваат деформација на крилото.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
Тие дури може и да вкусуваат со нивните крилја.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
Едно од најсофистицираните сетила кај мувата
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
е структура наречена халтера.
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
Халтерите се всушност жироскоп.
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
Овие уреди удираат напред-назад со околу 200 херци за време на летање,
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
и животното ги користи за да ја почувствува ротацијата на своето тело,
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
и за да започне многу, многу брзи корективни маневри.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
Но сите овие сензорни информации мора да бидат обработени
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
од мозокот, и да, навистина, мувите имаат мозок,
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
мозок составен од 100.000 неврони.
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
Неколку луѓе на оваа конференција
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
веќе сугерираа дека винските мушички може да ѝ послужат на невронауката
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
бидејќи тие се едноставен модел за мозочните функции.
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
А основната поента на мојот говор е,
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
да го негирам ова тврдење.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
Не сметам дека тие се едноставен модел за било што.
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
И мислам дека мувите се одличен модел.
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
Тие се одличен модел за муви.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(Смеа)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
Ајде да ја истражиме оваа идеја за едноставност.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
За жал, сметам дека многу од нас - невронаучниците,
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
сме по малку нарцисоидни.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
Кога мислиме на мозок, секако дека го замислуваме нашиот мозок.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
Но, запомнете дека овој вид на мозок,
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
кој е многу, многу помал
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
- наместо 100 милијарди неврони, има 100.000 неврони -
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
но, оваа е најзастапената форма на мозок на планетата
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
и така било во текот на 400 милиони години.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
Дали е фер да се каже дека е едноставна?
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
Добро, едноставна е во смисла на малиот број неврони,
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
но дали е фер таквото мерење?
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
Јас би рекол дека не е.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
Па, ајде да размислиме малку за ова. Мислам дека треба да ја споредиме --
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
(Смеа) --
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
големината на мозокот треба да ја споредиме
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
со она што мозокот може да го направи.
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
Предлагам да земеме еден Трамп број,
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
а Трамп бројот е односот помеѓу репертоарот на
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
однесувања кај овој човек и бројот на неврони во неговиот мозок.
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
Ќе го пресметаме Трамп бројот кај винската мушичка.
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
Сега, колку луѓе овде мислат дека винската мушичка
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
има поголем Трамп број?
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(Аплауз)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
Многу паметна публика.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
Да, нееднаквоста оди во оваа насока.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
Знам дека е по малку апсурдно
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
да се споредува репертоарот на однесувања кај човек и инсект.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
Но, еве, ќе земеме и друго животно за пример.
На пример, глушец.
На пример, глушец.
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
Глушецот има 1000 пати повеќе неврони од мувата.
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
Порано ги проучував глувците. Кога ги проучував глувците,
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
зборував многу бавно.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
И нешто ми се случи кога почнав да ги проучувам мувите.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(Смеа)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
И сметам дека ако ја споредите природната историја на мувите и глувците,
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
навистина е слична. Тие мора да трагаат по храна.
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
Мора да се додворуваат.
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
Се парат. Се кријат од предатори.
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
Прават многу слични нешта.
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
Но, јас би рекол дека мувите прават многу повеќе.
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
На пример, ќе ви покажам еден дел,
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
и морам да кажам, дел од моето финансирање доаѓа од војската,
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
значи ќе ви го покажам овој доверлив дел
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
и не смеете да зборувате за тоа надвор од просторијава. Во ред?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
Сакам да погледнете во товарот
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
на опашката на летачкиот инсект.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
Погледнете внимателно,
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
и ќе видите зошто мојот шестгодишен син
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
сака да биде невронаучник.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
Почекајте.
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
Шшшш.
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
Иако винските мушички не се паметни колку и глувците,
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
сепак ќе признаете дека се паметни барем колку и гулабите. (Смеа)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
Сакам да напоменам дека не станува збор само за бројки,
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
туку и за предизвикот со кој мувата се соочува
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
кога треба да обработи толку многу информации со толку ситни неврони.
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
Ова е прекрасна слика од визуелен меѓуневрон кај глушец
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
од лабораторијата на Џеф Ликтман,
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
и можете да ги видите прекрасните слики од мозоци
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
кои тој ги покажа во неговиот говор.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
Но, горе, во десниот агол, ќе видите,
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
со истиот размер, визуелен меѓуневрон од мува.
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
Ќе го зголемам ова.
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
Ова е прекрасен сложен неврон.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
Само е многу, многу ситен, и има многу биофизички предизвици
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
кога треба да се обработуваат информации со такви ситни неврони.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
Колку мали може да бидат невроните? Погледнете го овој интересен инсект.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
Личи на мува. Има крилја, очи,
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
антени, нозе, сложена животна историја,
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
паразит е, мора да лета наоколу да наоѓа гасеници врз
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
кои ќе паразитира,
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
но не само што неговиот мозок е помал од зрно сол,
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
патем мозокот на винската мушичка е толкав,
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
туку и самото е со големина на зрно сол.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
Еве уште некои организми со слична големина.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
Ова животно е со големина на парамециум и амеба,
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
и неговиот мозок е составен од 7.000 неврони и е толку мал --
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
претпоставувам сте слушнале за клеточни тела,
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
во кои е сместено јадрото на невронот?
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
Ова животно се ослободува од нив бидејќи зафаќаат премногу простор.
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
Значи сега зборуваме за границите во невронауката.
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
Според мене една од границите е да се сфати како работи мозокот на ова животно.
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
Но, првин да размислиме. Како може да натерате мал број на неврони да прават многу нешта?
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
Од инженерска гледна точка ова
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
го нарекувам мултиплексирање.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
Земете еден хардвер и зададете му
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
да прави различни нешта во различно време,
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
или неговите различни делови да прават различни нешта.
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
Ова се двата концепти кои сакам да ги истражувам.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
Ова не се концепти кои јас сум ги смислил,
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
туку концепти кои биле предложени во минатото од други личности.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
Едната идеја потекнува од џвакањето ракови.
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
Внимавајте, не јас да џвакам ракови.
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
Пораснав во Балтимор и многу добро џвакав ракови.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
Всушност, зборувам за ракови кои самите џвакаат.
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
Тој процес е навистина фасцинантен.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
Раковите имаат една сложена структура под нивниот оклоп
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
наречена желудочна мелница
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
што ја меле храната на многу различни начини.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
Еве една ендоскопска снимка на оваа структура.
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
Неверојатно е тоа што, ова е контролирано
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
од многу мала група неврони, околу дваесетина неврони
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
кои создаваат голем број на различни моторни шеми,
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
а тоа е возможно поради оваа мала, ситна ганглија која
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
кај ракот е всушност исполнета со многу, многу невромодулатори.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
Веќе имате слушнато за невромодулатори.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
Во самата ганглија има повеќе
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
невромодулатори отколку неврони, притоа невромодулаторите ја менуваат и стимулираат
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
оваа ганглија и можат да произведуваат сложени шеми.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
Ова е делото на Ив Мардер и нејзините колеги
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
кои го проучуваат овој извонреден систем
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
кој покажува како помали групи на неврони
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
може да прават толку многу нешта
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
само поради невромодулацијата која се одвива од момент во момент.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
Ова е всушност мултиплексирање низ времето.
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
Замислете мрежа од неврони со еден невромодулатор.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
Избирате една група на клетки да вршат еден вид на однесување,
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
друг невромодулатор, друга група клетки,
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
различна шема, и можете да замислите
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
можете да стигнете до еден многу, многу сложен систем.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
Дали постои доказ дека мувите го прават ова?
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
Многу години во мојата лабораторија и други лаборатории во светот,
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
го проучувавме однесувањето на мувите во мали симулатори за летање
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
Можете да заврзете мува на мало стапче.
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
Можете да ги измерите аеродинамичките сили кои ги создава.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
Можете да ја пуштите мувата да игра видео-игра
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
пуштајќи ја да лета наоколу на еден визуелен дисплеј.
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
Ќе ви покажам еден мал дел од ова.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
Еве една мува
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
и инфрацрвена снимка од мувата во симулаторот за летање,
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
а ова е играта која мувата обожува да ја игра.
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
И дозволувате да ја следи малата линија,
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
и таа едноставно ја следи линијата засекогаш.
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
Тоа е дел од нивниот систем за визуелно насочување.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
Но, од неодамна, ваквите комори е можно
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
да се модификуваат за да можеме да ја проучуваме физиологијата.
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
Ова истражување го разви еден од моите поранешни пост-докторанти,
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
Габи Мејмон, која сега работи во Рокфелер,
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
и тоа е всушност симулатор за летање,
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
но во услови во кои можете да поставите електрода
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
во мозокот на мувата и да снимате
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
одреден генетички идентификуван неврон од мозокот на мувата.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
Еве како изгледа еден од тие експерименти.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
Тоа е дел преземен од друг пост-докторант во лабораторијата,
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
Бетина Шнел.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
Зелената линија на дното е мембранскиот потенцијал
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
на невронот од мозокот на мувата,
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
и ќе видите дека мувата почнува да лета, и таа всушност
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
ја контролира ротацијата на визуелната шема
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
преку движењето на крилјата,
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
и ќе видите дека овој визуелен меѓуневрон
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
реагира на движењето на крилото при летање на мувата.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
За првпат можевме да снимаме во внатрешноста
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
на невроните од мозокот на мувата додека таа
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
изведува софистицирани активности како што е летањето.
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
Една од лекциите кои ги научивме
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
е дека физиологијата на клетките коишто ги проучувавме
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
во текот на многу години кај статични муви,
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
не е иста со физиологијата на оние клетки
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
кои мувата ги активира при одредени активности
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
како летање, одење и слично.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
Зошто е различна физиологијата?
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
Излегува дека е поради невромодулаторите,
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
баш како невромодулаторите во малата, ситна ганглија кај раковите.
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
Еве една слика од октопаминскиот систем.
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
Октопаминот е невромодулатор
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
кој игра важна улога во процесот на летање и други активности.
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
Но, ова е само еден од многуте невромодулатори
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
кои се наоѓаат во мозокот на мувата.
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
Јас навистина мислам дека, истражувајќи сè повеќе,
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
ќе дојдеме до заклучок дека мозокот на мувата
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
е всушност голема верзија на желудочната ганглија,
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
и токму затоа може да прави толку многу нешта со толку малку неврони.
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
Другата идеја, односно друг начин на мултиплексирање
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
е мултиплексирање во просторот,
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
т.е. различни делови од невронот
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
прават различни работи во исто време.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
Еве ви два вида на канонски неврони
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
кај 'рбетниците и без'рбетниците,
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
човечки пирамидален неврон откриен од Рамон и Кахал,
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
и уште една клетка од десната страна, меѓуневрон без акциски потенцијал,
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
ова е истражувањето на Алан Вотсон и Малколм Буроус од пред многу години,
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
во кое Малколм Буроус дојде до една интересна идеја
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
која се базираше на фактот дека овој неврон кај скакулците
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
не покажува акциски потенцијал.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
Значи тоа е клетка без акциски потенцијал.
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
Значи, типична клетка, како невроните во нашиот мозок,
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
имаат регија наречена дендрити кои примаат дразби,
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
кои кога ќе се соберат
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
произведуваат акциски потенцијал
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
кој поминува надолу низ аксонот и ги активира
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
сите излезни регии на невронот.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
Меѓутоа, невроните без акциски потенцијал се всушност доста сложени
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
бидејќи тие имаат и влезни синапси, и излезни синапси
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
меѓусебно споени, и затоа нема единечен акциски потенцијал
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
кој истовремено би ги движел сите излезни дразби.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
Ова ви овозможува да имате оддели за обработка на информации
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
кои овозможуваат различни делови од невронот
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
да вршат различни нешта истовремено.
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
Овие основни концепти за мултитаскинг низ времето
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
и мултитаскинг во просторот,
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
според мене се нешта кои се случуваат и во нашиот мозок,
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
но сепак сметам дека инсектите се "правите мајстори."
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
Се надевам дека во иднина поинаку ќе гледате на инсектите,
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
и како што пишува позади мене, ве молам размислете пред да ги смачкате.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(Аплауз)
ABOUT THE SPEAKER
Michael Dickinson - BiologistMost people are irritated by the buzzing of a fly's wings. But biologist Michael Dickinson views the sound with a deep sense of wonder.
Why you should listen
Some things are so commonplace that they barely register our attention. Michael Dickinson has dedicated much of his research to one such thing -- the flight of the fly. Dickinson aims to understand how a fly's nervous system allows it to accomplish such incredible aerodynamic feats. Affectionately dubbed the "Fly Guy" by The Scientist, Dickinson's research brings together zoology, neuroscience and fluid mechanics.
Dickinson was named a MacArthur Fellow in 2001. He is now a professor of biology at the University of Washington, where he heads The Dickinson Lab. The lab conducts research into insect flight control, animal brain recordings, animal/robot interactions and animal visual navigation and welcomes students with an interest in studying insect flight, behavior and evolution from an interdisciplinary approach perspective.
Michael Dickinson | Speaker | TED.com