TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
مايكل ديكينسون: كيف تطير البعوضة
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
تعتبر قدرة الذبابة على الطيران أحد أعظم مآثر التطور. يعرض لنا مايكل ديكينسون كيف يطير ذباب البيت بأجنحته الرقيقة، ويرجع الفضل إلى حركة الرفرفة الذكية وعضلات الطيران القوية. ولكن المكون السري هو: دماغ الذبابة المذهل. (تم تصويره في 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
لقد نشأت وأنا أشاهد ستار تريك. أنا أحب ستار تريك
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
جعلني ستار تريك أريد مشاهدة المخلوقات الفضائية
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
مخلوقات من عالم بعيد
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
ولكني اكتشفت أنني أستطيع إيجاد
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
هذه المخلوقات الفضائية على الأرض.
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
ما أقوم به هو دراسة الحشرات.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
أنا مهووس بالحشرات وخاصةً طريقة طيرانها.
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
وأعتقد أن تطور طيران الحشرات ربما يكون
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
أحد أهم الأحداث في تاريخ الحياة.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
فمن دون الحشرات، لن تزهر النباتات.
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
ومن دون ازدهار النباتات، لن تكون هناك
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
رئيسات ذكية آكلة للفواكة تقدّم محادثات TED.
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(ضحك)
00:53
Now,
13
37988
1987
والآن،
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
دايفيد وهيدهيكو وكيتاكي
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
أخبروا قصة مؤثرة جداً عن
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
أوجه التشابة بين ذباب الفواكه والإنسان،
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
وهناك العديد من أوجه التشابه
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
وقد تفكّر أنهّ إذا كان الإنسان يشبه الذباب،
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
قد يكون التصرف المفضل لذباب الحشرات مثل هذا على سبيل المثال
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(ضحك)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
ولكن في محادثتي، لا أريد التركيز على أوجه التشابه
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
بين الإنسان والذباب بل على أوجه الاختلاف،
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
والتركيز على التصرفات التي أعتقد أن ذباب الفواكة يتقن فعلها.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
ولذلك أريد أن أريكم فيديو عالي السرعة
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
لذبابة صوّرت بسرعة 7000 لقطة في الثانية في ضوء بالأشعة تحت الحمراء،
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
وفي الشاشة اليمنى يوجد مفترس الكتروني
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
والذي سيهاجم الذبابة.
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
وستستشعر الذبابة هذا المفترس
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
وستمد ساقيها
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
وستنطلق بعيداً
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
لتعيش يوماً آخر.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
وقد قطعت هذه السلسلة بعناية
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
لكي تزامن رمشة عين الإنسان بالضبط
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
في الوقت الذي سترمش فيه
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
ستكون الذبابة قد رأت المفترس
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
وتوقعت مكانه واستخدمت نمط طيران للفرار منه
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
ضاربة أجنحتها 220 مرة في الثانية كما وُضِح في الصورة.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
وأعتقد أن هذا التصرف رائع
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
والذي يوضح مدى سرعة دماغ الذبابة في معالجة المعلومات
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
والآن، الطيران-- ماذا يتطلب الطيران؟
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
لكي تطير الذبابة، كما هو الحال في طائرة صنعها الإنسان
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
تحتاج إلى أجنحة قادرة على توليد قوى هوائية كافية
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
تحتاج إلى محرك قادر على توليد القوة المطلوبة للطيران
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
وتحتاج إلى جهاز تحكم،
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
وفي أول طائرة صنعها الإنسان، كان جهاز التحكم
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
هو دماغي أورفيل وويلبر الجالسين في غرفة القيادة.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
والآن، كيف نقارن ذلك بالذبابة؟
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
حسناً، قضيت معظم وقتي في بداية حياتي المهنية في محاولة معرفة
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
كيف تقوم أجنحة الحشرات بتوليد قوة كافية لإبقاء الذباب في الهواء.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
وربما قد سمعت كيف أثبت المهندسون
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
أن النحل الطنان لا يستطيع الطيران.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
حسناً، كانت المشكلة في التفكير أن أجنحة الحشرات
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
تعمل بنفس طريقة أجنحة الطائرات و هذا ليس صحيحاً
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
وعالجنا هذه المشكلة عن طريق بناء
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
نموذج حشرة آلي عملاق مصمم بشكل ديناميكي
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
يمكنه أن يرفرف في أحواض ضخمة من الزيت المعدني
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
حيث نستطيع دراسة القوى الهوائية.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
واتضح أن الحشرات ترفرف أجنحنها
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
بطريقة ذكية جداً وبزاوية عالية جداً للهجوم
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
والذي يخلق هيكلا للحافة الأمامية للجناح،
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
وهناك هيكل صغير يشبه الإعصار يسمـى دوامة الحافة الأمامية،
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
وهذه الدوامة تتيح للأجنحة
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
إنشاء قوة كافية ليبقى الحيوان في الجو.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
والأمر في الواقع الأكثر -- الرائع حول هذا الأمر
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
هو ليس أن الجناح لديه علم تشكل (مورفولوجيا) مثير للاهنتمام فحسب.
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
بل الشيء الذكي هو طريقة رفرفة الآجنحة
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
و الذي بالطبع يتحكم به الجهاز العصبي،
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
وهذا يتيح للذباب لأداء
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
حركات جوية رائعة.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
والآن، ماذا بشأن المحرك؟
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
محرك الذباب رائع جداً.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
لديها نوعان من عضلات الطيران:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
ما يسمى بعضلات القوة، والتي تنشط بالامتداد،
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
وهذا يعني أنها تنشط نفسها ولا تحتاج إلى التحكم
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
بواسطة قواعد الانكماش من قبل الجهاز العصبي.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
فهو مخصص لتوليد طاقة هائلة لازمة للطيران،
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
وملء الجزء الأوسط من الذبابة
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
لذا عندما تضرب الذبابة في الزجاج لأمامي لسيارتك
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
فالذي رأيته هو في الأساس عضلة القوة.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
ولكن يتصل بقاعدة الجناح
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
عضلات تحكم صفيرة جداً
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
ليست قوية أبداً ولكنها سريعة جداً،
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
وقادرة على إعادة تكوين مفصل الجناح
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
بواسطة قواعد الضربات
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
وهذا ما يتيح الذبابة لتغيير جناحها
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
وتوليد التغييرات في القوى الهوائية
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
مما يؤدي إلى تغيير مسار طيرانها.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
وبالطبع دور الجهاز العصبي التحكم بكل هذا.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
لننظر إلى جهاز التحكم.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
يتميز الذباب بأجهزة الاستشعار
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
والتي يحملونها لهذه المشكلة.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
لديهم قرون استشعار والتي تستشعر الروائح وتكشف التيارات الهوائية.
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
عينها متطورة وتعتبر
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
أسرع جهاز بصري في العالم.
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
ولديها عيون أخرى في أعلى رأسها.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
لا نعلم ما وظيفتها.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
ولديها أجهزة استشعار على أجنحتها.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
وأجنحتها مغطاة بأجهزة استشعار، بما في ذلك أجهزة استشعار
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
والتي تستشعر تشوه الجناح.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
وبإمكانها أيضاً التذوق بواسطة جناحها.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
وأحد أجهزة استشعار الذباب المتطورة للغاية
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
هو هيكل يسمى "الهالتيرس".
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
وهي عبارة عن أجهزة توجيه.
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
هذه الأجهزة تنبض أثناء الطيران ذهاباً و إياباً بمعدل 200 هرتز
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
ويمكن أن تستخدمها الحيوانات لاستشعار دوران جسمها
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
واتخاذ حركات تصحيحة سريعة جداً.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
ولكن جميع هذه المعلومات الاستشعارية يجب أن تعالج
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
بواسطة الدماغ، ونعم في الواقع، الذباب لديه دماغ
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
دماغ يحتوي على 100,000 خلاية عصبية
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
وحالياً، العديد من الناس في هذا المؤتمر
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
اقترحوا مسبقاً أن ذباب الفواكة قد تخدم علم الأعصاب
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
لأنهم يمثلون نموذجا مبسطا من وظائف الدماغ
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
والغرض من محادثتي هو
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
أود قلب هذا رأساً على عقب.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
لا أظن أنها نموذج مبسط لأي شيء.
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
بل أظن أن الذباب نموذج رائع.
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
نموذج رائع للذباب.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(ضحك)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
و لنستكشف نموذج البساطة هذا.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
أعتقد، للأسف، أن العديد من علماء الأعصاب
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
نرجسيون قليلاً.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
عندما نفكر في الدماغ، نتخيل بالطبع دماغنا.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
ولكن تذكر أن هذا النوع من الدماغ
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
أصغر بكثير
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
فبدلاً من وجود 100 مليار خلية عصبية لديها فقط 100,000 خلية عصبية
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
ولكنه من أكثر أشكال الدماغ شيوعاً في الأرض
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
ولازال كذلك منذ 400 مليون سنة.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
وهل من العدل أن نقول أنه بسيط؟
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
حسناً، بساطته تكمن في أنه يحتوي على خلايا عصبية أقل
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
لكن هل هذا قياس عادل؟
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
أود أن أقترح أن هذا ليس قياسا عادلا.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
لنفكر قليلاً حول هذا. أعتقد أننا نجب أن نقارن بين --
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
(ضحك)
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
يحب أن نقارن بين حجم الدماغ
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
مع قدراته
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
لذا أقترح أن يكون لدينا عدد ترامب
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
وعدد ترامب يمثل نسبة
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
سلوك هذا الرجل مقارنة بعدد الخلايا العصبية في دماغه
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
سنقوم بحساب عدد ترامب للذباب
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
وحالياً، كم شخص حاضر يعتقد أن عدد ترامب
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
أعلى لدى الذبابة؟
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(تصفيق)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
الجمهور ذكي جداً.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
نعم، هناك عدم مساواة في هذا الاتجاه.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
وأنا أدرك الآن أنه سخيف قليلاً
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
مقارنة سلوك إنسان بسلوك ذبابة.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
ولنأخذ حيواناً آخر كمثال. هذه فأرة
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
الخلايا العصبية للفأرة أكثر بـ 1,000 مرة من الذبابة
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
كنت أدرس الفئران من قبل. وعندما كنت أدرسها
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
كنت أتكلم ببطء شديد.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
وحدث شيء ما عندما بدأت بالعمل على الذباب.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(ضحك)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
وأعتقد إذا قارنت التاريخ الطبيعي للفئران و الذباب،
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
فستجد أنه يتشابة. كلاهما يسعون للبحث عن الطعام.
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
وينخرطون في المغازلة.
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
ويمارسون الجنس. ويختبؤن من الحيوانات المفترسة
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
يقومون بالكثير من الأمور المماثلة
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
ولكني أزعم بأن الذباب يفعل أكثر من ذلك
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
فعلى سبيل المثال، سأعرض لكم سلسلة
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
وأود أن أقول بأن بعض من تمويلي يأتي من الجيش
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
لذا سأعرض لكم هذه السلسلة المصنفة
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
ولا يمكنم مناقشتها خارج هذه الغرفة، حسناً؟
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
أريدكم أن تنظروا إلى الحمولة
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
في ذنب ذبابة الفاكهة.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
راقبوها عن كثب.
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
وسترون لماذا ابني ذو الست سنوات
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
يريد أن يصبح عالم أعصاب.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
انتظروا.
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
بشيو.
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
على الأقل ستعترفون بأنه إذا كان الذباب ليس ذكياً كالفئران
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
فهم على الأقل ذكيون كالحمام. (ضحك)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
والآن أريد أن أوضح لكم بأن الأمر ليس متعلقا بالأرقام فقط
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
بل هو أيضاً تحدي للذبابة لحساب
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
كل شيء، يقوم دماغها بالحساب باستخدام خلايا عصبية صغيرة
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
هذه صورة جميلة لعصبون بصري متوسط لفأرة
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
أحضرت من مختبر جيف ليشتمان
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
ويمكنكم أن تروا صورة جميلة للدماغ
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
والتي عرضها في محادثته.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
وفي الزاوية اليمنى سترون
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
بنفس النطاق، سترون عصبونا بصريا متوسطا لذبابة
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
سأكبر هذه الصورة
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
هذه خلايا عصبية معقدة بشكل جميل.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
ولكنها صغيرة جداً وتحتوي على الكثير من التحديات الفيزيائية الحيوية
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
تحاول أن تحسب المعلومات بخلايا عصبية صغيرة جداً.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
ما مدى صغر الخلايا العصبية؟ حسناً، انظروا إلى هذه الحشرة المثيرة للاهتمام.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
تشبة الذبابة. لديها أجنحة و عينان
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
و لديها قرون استشعار وساقان وتاريخ حياة معقد
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
إنها طفيلية. يجب أن تطير و تبحث عن اليرقات
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
لتقتات عليها.
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
ولكن ليس فقط لأن حجم دماغها يساوي حجم حبة الملح
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
الأمر الذي يشابه ذبابة الفاكهة،
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
هو بحجم حبة ملح.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
وهنا بعض الكائنات الحية الأخرى بنفس الحجم.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
حجم هذا الحيوان مثل حجم البراميسيوم والأمبيا
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
ودماغه يحتوي على 7,000 خلية عصبية وهذا صغير جداً --
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
وتسمى هذا الأشياء خلايا الجسم والتي قد سمعتم عنها
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
أين نواة الخلية العصبية؟
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
يتخلص منها هذا الحيوان لأنها تشغل مساحة كبيرة.
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
هذه دورة عن حدود علم الأعصاب
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
وأود أن أقول أن أحد حدود عمل الأعصاب هو اكتشاف كيف يعمل دماغ هذا الشيء
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
لكن دعونا نفكر حول هذا. كيف يمكنك جعل عدد صغير من الخلايا العصبية تقوم بالكثير؟
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
وأعتقد، من وجهة نظر هندسية،
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
قد تفكر في التضاعف.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
يمكنك أن تأخذ جهاز وتجعل هذا الجهاز
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
يقوم بأشياء مختلفة في أوقات مختلفة
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
أو تجعل أجزاء مختلفة من الجهاز تقوم بأشياء مختلفة
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
وهذين المفهومين أريد أن استكشفهما.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
وهي ليست مفاهيم قمت باقتراحها
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
ولكنها مفاهيم اقترحها آخرون من قبل.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
وأتت إحدى الأفكار من دروس مضغ السراطين
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
ولا أقصد مضغك للسراطين.
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
ترعرت في بالتيمور، وأمضغ السراطين بشكل جيد جداً.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
ولكنني أقصد السراطين هي التي تقوم فعلاً بالمضغ.
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
مضغ السراطين شيء رائع جداً.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
لدى السراطين بنية معقدة تحت درعها
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
تسمى بالطاحونة المعوية
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
والتي تطحن الطعام بطرق مختلفة.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
وهذا فلم بالمنظار الداخلي لهذه البنية
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
والرائع حول هذا الأمر هو أنه يتحكم به
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
خلايا عصبية صغيرة جداً يبلغ عددها حوالي 24 خلية عصبية
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
والتي تنتج مجموعة متنوعة من أنماط الحركة
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
وتستطيع القيام بذلك بسبب أن هذه الكتلة العصبية الصغيرة
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
في السرطان مملوءة بمعدلات عصبية.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
وقد سمعتم بالمعدلات العصبية مسبقاً.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
ويوجد المزيد من المعدلات العصبية
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
التي تغير وتزود هذه البنية بالأعصاب أكثر مما تقوم به الخلايا العصبية الموجودة في البنية
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
وهي قادرة على إنشاء مجموعة معقدة من الأنماط.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
وهذا عمل إيف ماردر و العديد من زملائها
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
الذين قاموا بدراسة هذا النظام الرائع
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
الذي يوضح كيف يمكن لأصغر عنقود من الخلايا العصبية
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
القيام بالعديد من الأمور
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
بسبب عمليات التعديل العصبية التي تحدث في أي لحظة.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
وهذه ستتضاعف مع الوقت
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
تخيل شبكة خلايا عصبية بمعدل عصبي واحد.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
تختار مجموعة واحدة من الخلايا لأداء نوع واحد من السلوك
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
ومعدل عصببي آخر، ومجموعة خلايا أخرى
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
ونمط مختلف، و يمكنك أن تتخيل
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
أنك تعمل على نظام معقد للغاية.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
هل هناك أي دليل على أن الذباب يقوم بفعل هذا؟
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
حسناً، كنا لسنوات عدة في مختبري و المختبرات الأخرى في العالم
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
ندرس سلوكيات الذباب في أجهزة محاكاة الطيران الصغيرة.
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
يمكنك ربط الذبابة على عصا صغيرة.
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
و يمكنك قياس القوى الهوائية التي تنشأها.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
ويمكنك ترك الذبابة لتلعب لعبة فيديو صغيرة
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
عن طريق تركها لتطير في جهاز عرض مرئي
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
دعوني أعرض لكم سلسلة صغيرة من هذا.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
هذه ذبابة
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
وعرض كبير بالأشعة تحت الحمراء للذبابة في جهاز محاكاة الطيران،
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
وهذه لعبة يحب الذباب أن يلعبها.
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
تدعهم ليطيروا باتجاه الخطوط الصغيرة
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
وسيطيروا باتجاهها للأبد
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
هذا جزء من نظام التوجيه البصري لديهم.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
ولكن في الآونة الأخيرة، كان من الممكن
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
تعديل هذه الأشكال من المجالات السلوكية لعلم وظائف الأعضاء
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
هذا إعداد لباحث سابق لدي، في مرحلة ما بعد الدكتوراه
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
جابي ميامون، والذي يعمل حالياً في روكيفيلير، قام بتطوير
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
جهاز محاكاة الطيران
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
ولكن في الحالات التي تستطيع فيها إلصاق قطب كهربائي
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
في دماغ الذبابة وتسجيل
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
الخلية العصبية المعدلة وراثياً في دماغ الذبابة.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
وهذا ما تبدو عليه إحدى التجارب.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
كانت سلسلة مأخوذة من باحثة أخرى في المختبر في مرحلة ما بعد الدكتوراه
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
بيتينا شنيل.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
البقايا الخضراء في الأسفل هي الغشاء المحتمل
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
للخلية العصبية في دماغ الذبابة
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
وسترى أن الذبابة تبدأ بالطيران والذبابة في الواقع
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
تتحكم بدوران النمط البصري نفسه
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
عن طريق حركة جناحها
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
وتستطيع أن ترى العصبون البصري
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
يستجيب لنمط الجناح أثناء طيران الذبابة.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
ولأول مرة استطعنا أن نسجل
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
الخلايا العصبية في دماغ الذبابة أثناء
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
أداء الذبابة لتصرفات متطورة كالطيران
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
وأحد الدروس التي نتعلمها
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
هي فيزيولوجيا الخلايا التي كنا ندرسها
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
لسنوات عدة في الذباب الهادئ
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
وهي لا تماثل فزيولوجيا الخلايا
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
عنما ينخرط الذباب في تصرفات نشطة
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
مثل الطيران و المشي وغيرها.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
ولماذا تختلف الفزيولوجيا؟
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
يتيبين أن هذه المعدلات العصبية
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
تشبه المعدلات العصبية في الكتلة العصبية الموجودة في السراطين
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
وهذه صورة لجهاز الأكتوبامين.
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
الأكتوبامين هو معدل عصبي
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
والذي ببدو أنه يلعب دوراً مهماً في الطيران والتصرفات الأخرى.
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
ولكنه مجرد واحد من المعدلات العصبية
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
الموجودة في دماغ الذبابة.
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
ولهذا أعتقد حقاً، بقدر تعلمنا أكثر،
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
سيبدو أن دماغ الذبابة بأكمله
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
يشابه نسخة كبيرة للكتلة العصبية المعدية الفمية
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
وهذا أحد أسباب قدرته على فعل الكثير بعدد قليل من الخلايا العصبية.
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
والآن، فكرة أخرى، طريقة أخرى للمضاعفة
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
هي المضاعفة في الحيز
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
أي جعل أجزاء مختلفة في الخلية العصبية
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
تقوم بأشياء مخنلفة في نفس الوقت.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
وهنا نوعان من الخلايا العصبية تقليدية
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
من حيوانات فقرية و لافقرية،
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
ومن خلايا عصبية هرمية من رامون كاهال،
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
وفي اليمين خلية أخرى، عصبون غير شوكي
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
وهذا عمل ألان واتسون ومالكوم بوروس منذ سنوات عدة،
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
وقد اقترح مالكوم بوروس فكرة مثيرة للاهتمام
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
بناءً على حقيقة أن الخلية العصبية للجراد
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
لا تطلق جهد الفعل.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
فهي خلية شوكية
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
لذا، الخلية النموذجية، مثل الخلايا العصبية في دماغنا
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
تحتوي علـي منطقة تسمى التغصنات وهي تستقبل المدخلات
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
وهذه المدخلات تجتمع
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
وتنتج جهد الفعل
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
والتي تنزل إلى المحور العصبي وتفعّل
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
جميع مناطق المخرجات في الخلية العصبية.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
ولكن الخلايا العصبية غير الشوكية معقدة إلى حد ما
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
لأن تستطيع الحصول على مدخلات وصلات عصبية ومخرجات وصلات عصبية
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
وجميعها تتشابك، ولا يوجد أي جهد فعل
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
والتي تدفع جميع المخرجات في نفس الوقت.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
وهناك احتمالية بأن يكون لديك أجزاء حسابية
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
تتيح لأجزاء مختلفة من الخلية العصبية
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
عمل أمور مختلفة في نفس الوقت.
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
وهذه المفاهيم الأساسية للمضاعفة في الوقت
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
والمضاعفة في الحيز،
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
وأعتقد أن هذه الأمور حقيقية في دماغنا أيضاً،
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
ولكن أعتقد أن المتقن الحقيقي لهذا هو الحشرات.
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
وأتمنى أن تغيروا من تفكيركم حول الحشرات مستقبلا،
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
وكما أقول هنا، فكروا قبل أن تضربوا الذباب.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(تصفيق)
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