TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
マイケル・ディキンソン: ハエはどうやって飛ぶの？
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昆虫が飛べるようになったことは、生物の進化において最も重要な出来事の一つに違いない。マイケル・ディキンソンが、身近な昆虫、ハエの飛行について語ります。小さな羽・巧みな羽ばたき・大きな力筋が生み出す、すばしこくて力強いハエの飛行。でも、一番の秘密はその脳の中に隠されています。（撮影地: 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
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00:16
I grew up watching Star Trek. I love Star Trek.
0
545
3532
僕はスタートレックを見て育った。
スタートレックが好きでたまらない。
スタートレックが好きでたまらない。
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
好きが高じて、エイリアンに会いたいと思うようになった
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
遠い世界から来た生物にね
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
まあ 自分が出会えるのはせいぜい
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
地球上の変な生物くらいだろうと
分かってたけどね
分かってたけどね
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
大人になって 僕は昆虫の研究者になった
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
僕は昆虫に夢中で、
特にその飛び方に興味を持ってる
特にその飛び方に興味を持ってる
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
昆虫の飛行という進化は、おそらく
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
生命の歴史において最も重要な
出来事のひとつだろう
出来事のひとつだろう
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
昆虫がいなければ 被子植物も出現せず
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
被子植物が存在しなければ 賢いサルたちが
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
TED で話をすることもなかっただろうからね
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
（笑い声）
00:53
Now,
13
37988
1987
さて 先ほどの
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
デヴィッドとヒデヒコとケタキの3人が
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
とても興味深い話をした
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
ミバエと人間の類似点について
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
確かに、類似点がたくさんあるから
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
ミバエと人間が似ているのかと
思う人がいるかもしれない
思う人がいるかもしれない
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
たとえば ミバエの好きな行動はこれだとか --
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
（笑い声）
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
でも、今日は、人間とミバエの類似点ではなく
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
両者の違いについて、
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
そして、ミバエの長所について紹介しようと思う
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
まずは、高速カメラで撮影したものをお見せしましょう
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
毎秒7000コマの赤外線映像だ
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
画面から外れた右の方に
捕食者が迫っていて
捕食者が迫っていて
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
ハエを狙っている
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
ハエが捕食者を察知している
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
脚を伸ばして
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
スッと逃げる
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
命拾いしたね
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
この映像は人間の瞬きと
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
同じ時間にカットしてある
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
人間が一回瞬きをする間に
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
ミバエが捕食者を発見して
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
位置を確認して
飛び去るための筋肉運動を開始した
飛び去るための筋肉運動を開始した
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
毎秒220回も羽ばたきながら
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
これはハエの脳がいかに高速に
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
情報を処理しているかを示す
興味深い動きだ
興味深い動きだ
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
では飛行だけど -- 飛ぶには何が必要かな？
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
飛ぶためには飛行機と同じように
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
十分な空気力を生み出す翼が必要だ
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
飛行するための力を生み出す十分なエンジンと
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
制御装置も必要だ
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
人類初の飛行機の制御装置は、基本的に
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
コクピットのライト兄弟の脳みそだった
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
これをハエと比べるとどうだろう
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
研究者になりたての頃 僕は
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
ハエの羽がどのようにして十分な浮力を
生み出しているか、との謎を解き明かそうと必死で研究していた
生み出しているか、との謎を解き明かそうと必死で研究していた
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
聞いたことないかな？
航空力学の計算によると
航空力学の計算によると
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
マルハナバチは飛べないことになるって
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
昆虫の羽の働きを飛行機と同じように
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
考えていたのが間違いだったんだ
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
この問題を解くため 動力学的に拡大した
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
巨大な昆虫のロボットを作って 実験を行った
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
ロボットを大きな鉱物油の中で羽ばたかせ
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
空気力学の力を観察した
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
そこで分かったんだけど
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
昆虫の羽ばたき方は とても賢くて
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
大きな迎角によって羽の先端に
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
前縁渦と呼ばれる
竜巻状の流れを生み出す
竜巻状の流れを生み出す
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
この渦によって昆虫の羽は
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
十分な浮力を生み出すことができるんだ
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
しかしながら、一番興味深いのは
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
羽の形ではなくて羽の形状組織だ。
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
なんて賢い羽の動かし方をしているんだろう！
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
羽の動きは、結局のところ、神経で制御されていて
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
そのおかげで ハエは自在に飛び回れる
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
注目すべきは、飛行の巧みさ
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
じゃあ エンジンはどうだろう？
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
ハエのエンジンはとても面白い
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
ハエには2種類の飛行筋があるんだ
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
力筋と呼ばれるものは 伸展活性型なんだけど
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
それ自体が活性型なので、
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
伸縮の度に神経による制御を必要としない
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
飛ぶための大きな力を生み出す
目的に特化した筋肉で
目的に特化した筋肉で
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
ハエの胸部を占めている
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
それ故、フロントガラスにハエが衝突した時
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
見えるのは ほとんどこの力筋なんだ
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
でもその他に 羽の付け根には
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
力は弱いけど 反応が非常に速い
小さな制御筋があって
小さな制御筋があって
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
力は弱いけど 反応が非常に速い
小さな制御筋があって
小さな制御筋があって
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
羽ばたきごとに 羽の蝶番を
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
調整することができる
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
これによって ハエは羽ばたきを調整して
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
空気を操って
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
違う方向に飛ぶことができる
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
これを全て制御しているのが 神経系統だ
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
では制御装置を見てみよう
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
ハエは優れたセンサーの持ち主だが
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
それがいいことばかりとは限らない
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
彼らは、匂いと風向きを感知するアンテナの持ち主だ
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
彼らは高度な眼を持っている
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
それは、地上最速の視覚システムなんだ
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
さらに 頭頂部にも一対の眼がある
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
その眼はどんな役割りをはたすのか、
私達がさっぱり分からない。
私達がさっぱり分からない。
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
それらが、羽にセンサーがある。
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
羽がセンサーで覆われていて、
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
そのセンサーの中で、
形状の変形を感知するセンサーもある。
形状の変形を感知するセンサーもある。
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
羽で味覚まで備えている
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
ハエのセンサーの中でも優れているのが
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
平均棍と呼ばれる器官だ
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
平均棍はジャイロスコープのような器官で
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
飛行中は200ヘルツで振り子運動する
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
ハエはこれを使って 体の回転を感知し
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
素早く 飛行姿勢を修正することができる
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
しかし センサーからの情報は、すべて
脳で処理しなければならない
脳で処理しなければならない
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
そうだよ ハエにも脳があるんだ
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
10万個の神経細胞からなる脳がね
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
このコンファレンスの出席者の中にも
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
ミバエの脳機能は単純だから
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
神経科学の研究に適している
なんて言う人がいるようだね
なんて言う人がいるようだね
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
でも、侮るなかれ！
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
僕に言わせれば、それは全くの勘違いだよ
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
ハエの脳は単純なんかじゃないと思うんだ
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
素晴らしいモデルだ
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
ハエにしてみればね
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
（笑い声）
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
では なぜ単純だと思われてしまうのだろうか？
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
残念ながら、神経科学者はね、
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
僕たちは自己中に考えがちだと思う
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
「脳」というと 自分たちの脳を基準に考える
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
でも、思い出してみて。こんな脳だよ。
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
こんなとても小さい脳が
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
-- 1000億個ではなく 10万個の細胞しかない --
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
地球上で最も一般的な形態であって
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
それは4億年前から続いている
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
これを単純だと言い切って良いのかな？
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
神経細胞の数は確かに少ない
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
でもその基準で大丈夫なのか？
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
僕は違うと思う
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
ちょっとこれについて考えてみよう
まずこの比較から見てもらおう --
まずこの比較から見てもらおう --
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
（笑い声）
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
脳の大きさとでその脳が何ができるか
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
比較しなくちゃならない
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
トランプ数という指数があるとしよう
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
トランプ数の行動パターンの数を
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
神経細胞の数で割った値だ
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
同様にハエについても計算してみる
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
どうだろう！ ハエのトランプ数の方が高い
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
と思う人いますか？
06:58
(Applause)
142
402449
2431
（拍手）
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
今日お越しの皆さんは頭がいいね
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
そうなんだ、大きさと機能は必ずしも比例しない
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
ハエと人間の行動パターンの数を比べるのは
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
あまり合理的じゃないかも知れない
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
じゃあ 他の動物はどうだろう？
たとえばネズミ
たとえばネズミ
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
ネズミはハエの1000倍の神経細胞をもっている
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
昔 ネズミを研究していた。その当時は
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
僕だって ゆっくり喋っていた
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
でもハエの研究を始めてから 何かが変わったんだ
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
（笑い声）
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
ハエとネズミは 博物学的に見て共通点がある
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
食べ物を漁ったり
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
求愛行動をしたり
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
交尾をしたり 捕食者から隠れたりする
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
共通点はたくさんあるけど
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
ハエの方が行動パターンが多いと 僕は思う
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
たとえば これから見せる映像
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
ああ、ちょっと言っておかなくちゃ。
実を言うと、僕は、軍から一部、資金援助を受けているんだ。
実を言うと、僕は、軍から一部、資金援助を受けているんだ。
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
だから、この極秘映像を見たことは内緒だよ
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
決して誰にも口外しないでね！ OK?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
ハエのお尻にぶら下がっている
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
爆弾に注意しながら見てほしい
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
近くに来て、よく見てごらん。
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
うちの6歳の息子が 神経科学者になると
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
言い出した理由が分かるから
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
タイミングを計って
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
ドーン
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
少なくとも、ハエがネズミほど賢くない、という事はお分かりでしょう。
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
少なくとも、ハト並の知能を持っている。
（笑い声）
（笑い声）
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
まずはね、それは、神経細胞の数だけじゃなく、
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
ハエはあんなに小さな神経細胞で
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
全ての情報を処理しているんだ、という事をお伝えしたい。
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
これはジェフ・リックマンから借りてきた
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
ネズミの神経細胞の美しい写真だ
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
その脳の美しい画像を見られるよ
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
彼は、講演で画像を見せたんだ。
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
右端の上にあるのは 同じ縮尺で示された
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
ハエの神経細胞だ
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
拡大してみよう
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
素晴らしく細かな神経細胞だよね。
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
生物物理学的には こんな小さな神経細胞で
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
大量の情報を処理しようとするんだ。
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
神経細胞はどこまで小さくなれるのか？
ここに面白い虫がいる
ここに面白い虫がいる
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
見た目はハエに似ているね
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
羽・眼・アンテナ・脚があり
ライフサイクルも複雑
ライフサイクルも複雑
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
実は毛虫に寄生する寄生虫なんだ
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
実は毛虫に寄生する寄生虫なんだ
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
そして、それは、塩粒と同じ大きさの脳というだけでなく、
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
ﾐﾊﾞｴと比べると
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
体全体が塩粒くらいの大きさしかない
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
他の生命体と大きさを比べてみよう
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
ゾウリムシやアメーバと同じくらいの大きさだけど
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
非常に小さな7000個の神経細胞からなる脳を持っている
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
君達、聞いた事があるかな？これらの細胞体と呼ばれるもので
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
神経細胞の核は細胞体に入っているんだ。
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
これは、この大きさでさえ、あまりに場所を取りすぎるから
取り除かれている
取り除かれている
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
今回のテーマは神経科学の最前線なんだ
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
ある神経科学の最前線では、脳が機能する仕組みを解き明かすことができる、と仮定してみよう
含まれているだろう
含まれているだろう
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
一緒に考えみよう。少数の神経細胞でたくさんの処理を行うには
どうすればいいのか？
どうすればいいのか？
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
工学的観点から見ると
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
君たちは、多重化と考えるかもしれないね。
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
ある機器を用いて、その装置に
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
違う時間にに違う処理をさせる
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
又は、その装置の他の部分で違う処理をさせるんだ。
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
僕が調べてみたいのは２つある
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
これらの概念は僕が思いついたものではなく
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
他の人たちが過去に提唱していたものだ
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
その一つは カニの噛み方からヒントを得ている
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
僕らがカニを噛むんじゃないよ
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
僕はボルチモア育ちだから
カニを噛むのは超得意だけどね
カニを噛むのは超得意だけどね
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
いま話してるのは
カニ自身の咀嚼行動についてだ
カニ自身の咀嚼行動についてだ
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
カニの咀嚼行動は実に興味深い
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
カニの甲羅の下には
複雑な器官があって
複雑な器官があって
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
咀嚼器と呼ばれる
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
いろんな風に食べ物をかみ砕くことができる
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
これは咀嚼器の内視鏡映像
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
咀嚼器の何がすごいかというと
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
わずか20個程度の神経細胞で
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
多様な筋肉運動のパターンを
作り出している点だ
作り出している点だ
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
これが可能なのは カニの小さな神経節が
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
多種の神経調節物質に浸されているからだ
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
神経調整物質については、さっきのスピーチにも登場したね
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
神経細胞よりも多くの 神経調節物質があって
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
それを変化させたり、実際に、その器官の神経細胞の数よりも多くを刺激したりしている
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
そして、その事が 複雑な運動パターンを生み出す事を可能にしている
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
ここにイブ・マーダーと仲間たちの長年の研究成果がある
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
彼らは素晴らしい組織の研究していて
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
それは、どんな少数の神経細胞の集まりでも
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
いろんなことができる という事を明らかにしているんだ
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
というのも、根本的に、神経調節は刻々と発生するからね
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
すなわち、これは基本的には、時間的多重化という事だ
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
１つの神経調節物質に、１つの神経細胞網があると想像してごらん。
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
ある神経調整物質といくつかの細胞に
ある行動を割り当てて
ある行動を割り当てて
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
別の神経調節物質と細胞に
別の行動を割り当てていくと
別の行動を割り当てていくと
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
非常に複雑な運動パターンが可能になることが
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
これで想像できるだろう
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
ハエも同じだろうか？
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
長年に渡り 私の研究所でも、世界中の研究所でも
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
小さな飛行シミュレーターを使って
ハエの行動を研究してきた
ハエの行動を研究してきた
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
ハエを棒の先にくっつけて
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
空気力を計測するんだ
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
ハエがテレビゲームをやっているような格好になる
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
映像の中にハエを飛ばしておくことによって
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
この続きを少しお見せしましょう
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
一匹のハエがいるね
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
飛行シミュレーターの中のハエの大きな赤外線映像で、
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
これは、ハエが好むゲームの一つなんだ。
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
ハエが 小さな縞模様の方に飛んでいくように仕向けると
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
ハエは 長時間 これを続けようとする。
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
ハエの視線誘導システムに
もともと組み込まれている働きなんだ
もともと組み込まれている働きなんだ
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
でも、ごく最近では こうした行動領域を
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
生理学的に変更することが可能になっている
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
これは、以前、ここでギャビー・メイモンがポスドクだった頃に研究していた準備段階のものなんだけど、
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
今、彼はロックフェラー大学でこれを完成させたんだ。
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
それは 単なる飛行シミュレーターではなく
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
ハエの脳に電極を挿入して
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
遺伝子的に特定された神経細胞の
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
電流を記録することができる
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
これらの実験の様子のひとつがこちら。
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
実験室では、ポスドクから後任のポスドクへ実験が引き継がれていたんだ。
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
後任者は ベッティナ・シュネル。
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
画面下の緑の線は
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
ハエの脳細胞の膜電位だ。
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
ほら、ハエが飛び始めたよ。
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
模様の回転は ハエ自身が羽の動きで制御している
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
模様の回転は ハエ自身が羽の動きで制御している
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
視覚介在神経が見えるよね
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
ハエが飛ぶ時に、 これが羽の運動パターンに
反応するんだ
反応するんだ
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
だから、初めて我々が
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
ハエの脳神経の電流を記録することができるようになったんだ
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
飛行など という高度な行動を行っているときでもね
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
その結果、我々が学んだ事の一つは
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
細胞生理学だ。
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
我々は長年に渡って、 静止状態のハエの神経細胞を研究してきたんだけど、
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
そこには 生理学的な違いがある
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
彼らが運動中の時のハエの神経細胞では－
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
飛行や歩行などの運動って事なんだけど。
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
なぜ生理学的な違いが生じるのか？
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
実はね、神経調節物質が重要な役割を
果たしていることが分かったんだ。
果たしていることが分かったんだ。
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
カニの場合と同様 ここでも
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
これはオクトパミン系の写真だ
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
オクトパミンは神経調節物質だ。
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
それは、飛行などの行動に重要な役割を果たすらしい
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
これは、多くの神経調節物質の一つだ
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
そう、ハエの脳だよ
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
だから研究を進めていけば
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
その事が明らかになるだろう。
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
ハエの脳全体が、カニの咀嚼器の神経節と同じようであり、
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
そして、どうして少ない神経細胞で多くの処理を行えるのか、という理由の一つ
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
もう一つの考え方、そして他の多重化の方法について考えてみよう
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
空間的多重化では
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
神経細胞の別々の部分で
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
同時に別々の処理を行う
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
これは２種類の標準的な神経細胞
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
脊椎動物と無脊椎動物からの
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
ラモン・イ・カハールによる
人間の錐体細胞の図
人間の錐体細胞の図
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
右にある他の細胞は、ノンスパイキング介在神経細胞の図
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
そして、これは、ずっと以前のアラン・ワトソンとマルコム・バロウズの業績なんだ
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
マルコムは面白い考え方を提案した
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
ある昆虫の神経細胞に基づいていて、
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
活動電位を発火させないんだ。
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
それがノンスパイキング細胞だ。
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
僕たちの脳神経細胞の様な 、一般的な神経細胞は
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
樹状突起と呼ばれる部分があって
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
そこで受けた入力がたまると
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
活動電位が発生して
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
軸索突起を伝わり
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
神経細胞の出力部分を活性化させる
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
でも、ノンスパイキング神経細胞は
もっと複雑だ
もっと複雑だ
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
というのも、入力シナプスと出力シナプスが
複雑に絡み合っていて
複雑に絡み合っていて
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
全ての出力を駆動する
単一の活動電位というものがない
単一の活動電位というものがない
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
つまり同じ時間に全てを出力するようにできているからなんだね。
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
とすれば ある可能性が出てくる。それは計算用のブロックが区切られていて
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
一つの神経細胞の別々の部分で
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
別々の処理を行っている可能性がある
という事なんだ。
という事なんだ。
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
時間的な多重化という これらの基本的考え、
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
そして 空間的な多重化は
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
基礎概念としては 人間の脳にも当てはまる
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
でも 昆虫の多重化の方が発達しているんだ
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
今日の話で 昆虫に対する考え方が変わったかな？
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
今度ハエたたきを振り回す前に
今日の話を思い出してください
今日の話を思い出してください
15:47
(Applause)
324
931882
2953
（拍手）
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