TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
마이클 디킨슨 (Michael Dickinson): 파리는 어떻게 날까요?
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곤충의 비행 능력은 진화의 가장 위대한 공적 중 하나일 것입니다. 마이클 디킨슨은 어떻게 흔한 집파리가 그렇게 섬세한 날개를 가지고 현명한 날개짓과 힘있고 민첩한 비행 근육을 이용해 비행하는 지를 봅니다. 하지만 비밀은 따로 있지요. 놀라운 파리의 뇌입니다(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.
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545
3532
저는 스타트랙을 보며 자랐고 정말로 좋아합니다.
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Star Trek made me want to see alien creatures,
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4077
4462
이 영화를 보면서 외계 생명체를
보고 싶어 하게 되었죠
보고 싶어 하게 되었죠
00:24
creatures from a far-distant world.
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8539
2303
먼 곳에서 온 생명체를 말이죠
00:26
But basically, I figured out that I could find
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2787
하지만 기본적으로, 저는 바로 이 지구에도
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
외계 생명체를 찾을 수 있다는 것을 알아냈습니다.
00:32
And what I do is I study insects.
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16606
2653
제가 연구하고 있는 분야는 곤충입니다.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
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19259
3256
저는 곤충에 빠져 있습니다. 특히 곤충의 비행에요.
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I think the evolution of insect flight is perhaps
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22515
3141
저는 곤충의 비행이라는 진화의 혁명은 아마도
00:41
one of the most important events in the history of life.
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25656
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생명의 역사 중 가장 중요한 사건이라고 생각합니다.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
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2237
곤충 없이는, 꽃 피는 식물이 없을 겁니다.
00:46
Without flowering plants, there would be no
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꽃이 피는 식물 없었다면, TED 강연을 하는
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
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영리하고 과일을 섭취하는 영장류도 없을 겁니다.
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(웃음)
00:53
Now,
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37988
1987
이제,
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David and Hidehiko and Ketaki
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데이비드와 히데히코(Hidehiko)
그리고 케타키(Ketaki)씨가
그리고 케타키(Ketaki)씨가
00:58
gave a very compelling story about
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43014
3445
초파리와 인간사이의 유사성에 대해서
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
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46459
2805
아주 설득력있는 이야기를 해주셨습니다.
01:05
and there are many similarities,
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1489
많은 유사점이 있는데,
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
만약 초파리와 인간이 비슷하다면
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
여러분이 가장 좋아하는 초파리의 행동은
이것이라고 생각할지도 모릅니다.
이것이라고 생각할지도 모릅니다.
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(웃음)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
하지만 저는 인간과 초파리의 유사성이 아니라
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
인간과 초파리 사이의 차이점인
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
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66092
5287
초파리가 잘 하는 행동에 대해
집중하여 이야기하려고 합니다.
집중하여 이야기하려고 합니다.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
그래서 초당 7,000 장의 프레임을 찍은
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
적외선 고속 비디오 촬영 결과를 보여드리겠습니다.
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
오른쪽 스크린 바깥에는 기계적으로 만든
포식자를 불쑥 나타나게 했습니다.
포식자를 불쑥 나타나게 했습니다.
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
기계가 다가서려 하자,
01:39
The fly is going to sense this predator.
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83815
1838
파리가 포식자를 감지하고선,
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
다리를 쭉 뻗어
01:44
It's going to sashay away
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88108
1613
미끄러지듯이
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
도망갑니다.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
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92286
2362
이 연속적 행동을 인간이 눈을 깜박이는 시간에
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
정확히 맞춰 이 연속적인 과정을 잘라냈습니다.
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
우리가 눈을 깜박이는 시간 동안에
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
파리는 이 무시무시한 포식자를 본 후,
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
위치를 추정하여, 1초에 220번 날개짓하는
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
비행 패턴을 작동시켜 날아갔습니다.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
저는 이 비행이 파리의 뇌가 정보를
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
얼마나 빨리 처리할 수 있는지 보여주는
매력적인 행동이라고 생각합니다
매력적인 행동이라고 생각합니다
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
자, 비행 -- 무엇이 비행할 수 있도록 할까요?
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
인간이 만든 비행기처럼 날기 위해서는
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
충분한 양력을 만들기 위한 날개,
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
충분히 날 수 있을 정도의 힘을
출력해 낼 만한 엔진,
출력해 낼 만한 엔진,
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
그리고 제어 장치가 필요합니다.
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
인간이 만든 첫 비행기의 제어 장치는
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
조종석에 앉아 있는 라이트 형제의 뇌였습니다.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
자, 파리와 비교해보면 어떨까요?
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
저는 제 분야에 입문한 일찍부터
어떻게 곤충의 날개가
어떻게 곤충의 날개가
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
공중을 날 수있는 충분한 힘을 만들어 낼 수 있는지
알아내는데 시간을 보냈습니다.
알아내는데 시간을 보냈습니다.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
여러분은 엔지니어들이 호박벌이
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
날 수없다는 것을 어떻게 증명했는지
들어보셨을 겁니다.
들어보셨을 겁니다.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
문제는 곤충의 날개는 비행기 날개처럼
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
기능하지만 호박벌은 그렇지 않다는 것입니다.
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
그래서 우리는 이 문제를
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
움직이는 거대한 로봇 곤충을 만들어
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
거대한 광물 오일 속에서
날개짓을 시켜봄으로써
날개짓을 시켜봄으로써
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
유체역학을 연구했습니다.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
그 결과 곤충은 날개짓을
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
매우 현명한 방법으로 한다는 것을 알게 되었습니다.
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
날개 끝에서 앞전와류(leading edge vortex)라 불리는
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
토네이도 같은 구조를 만들고
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
이 와류는 곤충이 공기 중에 머무를 수 있는
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
충분한 힘을 날개에 실어줍니다.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
하지만 사실 가장 멋진 것은
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
날개가 재미있는 형태를 가졌다는 점입니다.
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
파리가 날개짓을 하는 방법에서 현명한 점은
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
물론 신경계통을 통해 완벽하게 조종이 된다는 점이고,
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
이것이 바로 파리가
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
인상적인 공중 기동을 보여주게 합니다.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
엔진은 어떤가요?
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
파리의 엔진도 물론 환상적입니다.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
두 종류의 비행 근육을 가지고 있는데,
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
힘 근육으로 불리는 곳은 신축 활성화됩니다.
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
즉 스스로 작동하며 신경계통을 통한 근육 수축으로
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
움직여질 필요가 없다는 뜻입니다.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
이 근육은 비행에 필요한
큰 힘을 발생시키는데 최적화되었고,
큰 힘을 발생시키는데 최적화되었고,
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
파리의 중간 몸체를 전부 차지해서
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
만약 파리가 자동차 앞 유리창에 부딪치면
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
여러분이 보는 건 바로 그 힘 근육입니다.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
하지만 날개 기저에 붙은
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
아주 작은 조종 근육이 있습니다.
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
힘은 전혀 세지 않지만, 대신 무척 빠르죠.
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
그리고 날개가 접히는 정도를 바꿀 수 있게 해줍니다.
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
그것도 날개짓을 할 때마다요.
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
이것이 파리가 날개를 바꿔
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
공기역학적 힘을 변화시킴으로써
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
비행궤적을 바꾸는 방법입니다.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
그리고 물론, 신경계통이 이 모든 것을 통제합니다.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
제어 장치를 한 번 볼까요.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
파리는 이 문제를 해결하는데
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
무엇보다 뛰어난 센서들을 가지고 있습니다.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
냄새와 바람을 감지할 수 있는 더듬이가 있지요.
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
지구상에서 가장 빠른 시각 처리가 가능한
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
매우 섬세한 눈을 가지고 있고,
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
머리 꼭대기에 또다른 눈들이 있어요.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
그 눈들이 어떤 역할을 하는지는 모릅니다.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
날개에 센서도 있지요.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
파리의 날개는 센서로 뒤덮혀 있는데,
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
날개의 변형을 감지하는 센서도 있습니다.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
심지어 날개로 맛도 볼 수 있지요.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
파리가 가진 가장 섬세한 센서는
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
평형곤(halteres)라 불리는 기관입니다.
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
평형곤은 실제로 자이로스코프입니다.
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
이 기관은 비행 중에 200Hz로 앞뒤로 움직이며
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
파리가 몸의 회전을 감지할 수 있도록 합니다.
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
그리고 아주 빠르게 비행 경로를 수정할 수 있도록 하지요.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
하지만 모든 이런 감각 정보들은
뇌에 의해 처리되어야 합니다.
뇌에 의해 처리되어야 합니다.
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
네, 정말입니다, 파리에게도 뇌가 있습니다.
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
10만 개 가량의 뉴론이 있는 뇌가 있지요.
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
여기 계시는 몇몇 분들은
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
초파리가 신경 과학 연구 대상이 되어야 한다고
제안하기도 하셨죠.
제안하기도 하셨죠.
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
왜냐하면 가장 간단한 뇌 기능 모델이기 때문입니다.
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
그리고 저는 제 강연의 핵심을
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
파리의 머리에 두고 싶습니다.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
파리가 어떤 것이든지
간단한 모델이라 생각하지 않습니다.
간단한 모델이라 생각하지 않습니다.
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
저는 파리가 굉장한 모델이라고 생각해요.
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
파리는 비행의 굉장한 모델이죠.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(웃음)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
이 간단한 개념을 생각해볼까요.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
불행히도 많은 신경 과학자들은
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
어떻게 보면 자기 도취적이에요.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
뇌에 대해 생각할 때,
당연히 우리 자신의 뇌에 대해 생각하지요.
당연히 우리 자신의 뇌에 대해 생각하지요.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
하지만 이런 종류의 뇌,
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
즉 훨씬 작은
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
-- 천억 개의 뉴론대신 10만 개의 뉴론이 있는 --
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
하지만 이런 뇌가 지구상의 가장 흔한 형태이고
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
4억 년 전부터 있었지요.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
그렇다면 이런 뇌가 간단하다고 말하는게 옳을까요?
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
글쎄요, 더 적은 뉴론이 있다는 의미에서는 간단하지만
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
과연 공정한 기준일까요?
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
저는 그렇게 생각하지 않습니다.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
이 것에 대해 한 번 생각해볼까요.
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
제 생각에는 이렇게 비교를 -- (웃음) --
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
뇌의 크기를 비교해 봐야할 것 같아요.
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
그리고 뇌가 무엇을 할 수 있는지도요.
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
트럼프 숫자가 있다고 해보죠.
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
그 숫자들은 한 사람의 뇌에 있는 뉴론의 숫자와
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
그 사람의 전체 행동 목록의 비율입니다.
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
초파리의 트럼프 숫자도 계산해 봅시다.
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
자, 몇 분이나 초파리보다 높은
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
숫자를 가지고 있다고 생각하시나요?
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(박수)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
아주 똑똑한 청중들이군요.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
맞아요. 부등호는 이쪽 방향으로 향합니다.
아니면 그렇다고 가정할게요.
아니면 그렇다고 가정할게요.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
이제 생각해보니 사람과 파리의 행동 가짓수를
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
비교한다는게 좀 터무니 없는 것 같네요.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
그렇다면 다른 동물을 예로 들어보지요.
여기 생쥐가 있어요.
여기 생쥐가 있어요.
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
생쥐는 파리보다 천 배나 더 많은 뉴론을 가지고 있지요.
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
저는 생쥐를 연구했었습니다.
제가 생쥐를 연구했을 때는,
제가 생쥐를 연구했을 때는,
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
정말 느리게 말하곤 했지요.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
파리에 대해 연구를 시작했을 때
뭔가 일어났어요.
뭔가 일어났어요.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(웃음)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
파리와 생쥐의 자연사를 비교해 보면
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
아주 유사합니다.
둘 다 먹이를 찾아다니고,
둘 다 먹이를 찾아다니고,
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
구애를 통해 이성을 유혹하지요.
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
성을 가지고 있고,
천적으로부터 숨어 지냅니다.
천적으로부터 숨어 지냅니다.
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
서로 비슷한 점들을 많이 가지고 있어요.
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
하지만 파리가 더 많은 일을 한다고 말하고 싶어요.
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
예를 들어, 한 연속 사진을 보여드릴텐데,
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
그 전에 제 연구 기금 중에 일부는
군대에서 지원받는다는 것을 말씀드려야겠군요.
군대에서 지원받는다는 것을 말씀드려야겠군요.
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
자, 여러분에게 대외비 사진을 보여드릴거에요.
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
이 강연장 밖에서 이것에 대해 얘기하시면 안되요.
아시겠죠?
아시겠죠?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
초파리의 꼬리에
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
달려있는 것을 보시기 바랍니다.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
자세히 보세요.
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
그러면 제 여섯 살 난 아들이
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
신경 과학자가 되고 싶어하는 이유를
이해하실 거에요.
이해하실 거에요.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
잠시만요.
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
휴-
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
초파리가 생쥐보다 똑똑하지 않다해도
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
적어도 비둘기보다는 똑똑하다는 것을
인정하실거에요 (웃음)
인정하실거에요 (웃음)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
단지 숫자의 문제가 아니라
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
파리가 그렇게 작은 뉴론을 가지고
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
모든 것을 계산하는게 파리에게는
도전이라는 것을 말씀드리고 싶어요.
도전이라는 것을 말씀드리고 싶어요.
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
제프 릭만(Jeff Lichtman) 연구실에서 촬영한
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
생쥐의 아름다운
시각 개재뉴론(interneuron) 사진입니다.
시각 개재뉴론(interneuron) 사진입니다.
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
그가 강연에서 얘기한
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
멋진 뇌 사진을 보실 수 있지요.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
하지만 저기 가장자리에, 오른쪽 위에요.
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
같은 축척의 파리의 시각 개재뉴론을 보세요.
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
확대해볼까요.
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
아름답게 얽힌, 복잡한 뉴론이지요.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
정말 정말 작아요.
엄청난 생물물리학적인 도전이 있습니다.
엄청난 생물물리학적인 도전이 있습니다.
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
이 작고 작은 뉴론들을 가지고 정보를 계산해야 하지요.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
뉴론이 얼마나 작아질 수 있을까요?
자, 이 재밌는 곤충을 한 번 봅시다.
자, 이 재밌는 곤충을 한 번 봅시다.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
파리의 일종이에요.
날개가 있고, 눈이 있고,
날개가 있고, 눈이 있고,
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
더듬이와 다리가 있어요.
삶이 복잡하죠.
삶이 복잡하죠.
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
기생을 하는데, 날아다니면서
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
기생할 애벌레를 찾습니다.
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
하지만 이 녀석의 뇌가 초파리처럼
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
소금 알갱이만한게 아니라
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
몸 자체가 소금 알갱이만합니다.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
같은 축척의 다른 기관들을 보시죠.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
짚신벌레와 아메바 크기의 생물이에요.
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
7천개의 뉴론을 가진 뇌가 있지요. 정말 작아요.
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
세포체라 불리는 이것들을 들어보셨을거에요.
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
뉴론의 핵이 어디 있는걸까요?
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
이 생물들은 핵이 자리를
너무 많이 차지해서 없애버렸습니다.
너무 많이 차지해서 없애버렸습니다.
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
신경 과학의 미개척 분야라 할 수 있어요.
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
신경 과학의 미개척 분야 중 하나가 이것들이 어떻게
일하는지를 이해하는 것이라고 제안하고 싶어요.
일하는지를 이해하는 것이라고 제안하고 싶어요.
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
하지만 생각해 봅시다.
어떻게 적은 수의 뉴론이 많은 일을 할 수 있을까요?
어떻게 적은 수의 뉴론이 많은 일을 할 수 있을까요?
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
제 생각에는 공학적인 관점에서
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
다중 처리를 생각해보죠.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
서로 다른 시간에 여러 일을 처리할 수 있는
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
하드웨어를 생각하실 수도 있고,
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
여러 일을 처리하는 여러 부속을 가진
하드웨어를 생각하실 수도 있어요.
하드웨어를 생각하실 수도 있어요.
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
이 두가지 컨셉이 제가 탐구하고자 하는 것입니다.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
그리고 이 컨셉은 제가 생각해낸 것이 아니라
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
이미 과거에 다른 분들이 제안한 것입니다.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
게의 저작 운동을 보고 한 가지 아이디어를 떠올렸는데,
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
제가 게를 먹었다는 얘기가 아니에요,
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
전 볼티모어 출신이라 게를 잘 씹어 먹기는 해요.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
실제로 음식물을 씹어 먹는 게에 대한 얘기인데요,
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
게의 저작 운동은 실로 인상적입니다.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
게는 껍질 밑에 이런 복잡한 구조를 가지고 있는데
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
저작기(gastric mill)이라 불리는 기관입니다.
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
이것은 다양한 방법으로 음식물을 갈아냅니다.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
이 기관의 내시경 사진을 보세요.
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
놀라운 점은 이것이 단지 몇 개의
뉴론으로 제어된다는 점입니다.
뉴론으로 제어된다는 점입니다.
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
스무여개 남짓한 뉴론만으로
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
엄청나게 다양한 운동 패턴을 만들어냅니다.
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
게의 이 매우 작은 신경절은 실제로
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
매우 많은 신경 조정 인자로
가득 차 있기 때문에 가능합니다.
가득 차 있기 때문에 가능합니다.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
앞서 신경 조정 인자에 대해 들어보셨을거에요.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
실제로 뉴론을 대신해서 이 기관을
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
자극하는 신경 조정 인자들이 있어요.
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
그래서 복잡한 종류의 움직임을 할 수 있게 해주죠.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
이브 마더(Eve Marder)와 그의 많은 동료 과학자들이
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
이 놀라운 시스템에 대해 연구했는데,
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
어떻게 이 작은 뉴론 집합체가
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
엄청나게 많은 일을 할 수 있냐하면
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
신경 조절 기제가 순간순간 발생하기 때문입니다.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
즉 기본적으로 동시 다중 처리가 이루어지는 것입니다.
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
한 개의 신경 조절기를 가진
뉴론의 네트워크를 상상해보세요.
뉴론의 네트워크를 상상해보세요.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
한 행동을 위한 한 세포 집합체를 선택하고,
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
또 다른 신경 조절기와 다른 세포들과
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
다른 움직임에 대해서도 그렇게 해보면,
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
매우 복잡한 시스템을 추론할 수 있을 겁니다.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
파리가 이렇게 한다는 증거가 있을까요?
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
몇 년간 제 연구실과 세계의 다른 연구실에서는
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
작은 비행 시뮬레이터 안에서
파리를 연구해왔습니다.
파리를 연구해왔습니다.
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
파리를 작은 막대에 연결해서
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
파리가 만들어내는
공기 역학적 힘을 측정할 수 있습니다.
공기 역학적 힘을 측정할 수 있습니다.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
영상 표시 장치 안에서 날아다니게 해서
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
파리가 비디오 게임을 하게 할 수도 있어요.
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
아주 짧은 연속 사진을 보여드릴께요.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
여기 파리가 있고
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
비행 시뮬레이터 안에 있는 파리의 적외선 촬영 사진입니다.
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
파리가 좋아하는 게임인데,
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
파리가 작은 막대로 조종해나갈 수 있게 하면
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
계속해서 막대를 향해 나아갑니다.
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
이것이 파리의 시각 유도 장치입니다.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
아주 최근에
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
생리학을 통해 이런 행동 영역의 조정이 가능해졌지요.
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
제 박사후 과정 학생의 하나였던,
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
지금은 록펠러에서 일하는
개비 메이먼(Gaby Maimon)이
개비 메이먼(Gaby Maimon)이
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
기본적인 비행 시물레이터를 만들었는데,
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
실제로 파리의 뇌에 전극을 붙이고
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
파리의 뇌에서 유전적으로 확인된 뉴론을 통해
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
기록을 하는 장치였습니다.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
이것이 그 실험 중 일부에요.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
이 연속 사진은 실험실의 다른 또다른 학생
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
베티나 슈넬(Bettina Schnell)의 연구인데요.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
아래의 녹색 그래프가 파리 뇌에 있는
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
뉴론 막의 위치 변화를 표시한 것입니다.
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
파리가 날기 시작하면서,
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
파리는 실제적으로 시각 패턴의 회전을
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
날개의 움직임에 따라 조종하는 것을 보실 수 있습니다.
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
그리고 이 시각개재 뉴론이 파리가 날 때
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
날개의 움직임 형태에 반응하는 것을 보실 수 있어요.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
그래서 처음으로
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
파리가 비행과 같은 복잡한 행동을 하는 동안
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
그 뇌의 뉴론의 변화를 기록할 수 있었습니다.
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
몇 년간 세포 생리 기능에 대해
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
몇 년간의 연구를 통해
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
한 가지 배운 점은
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
움직임이 없는 파리의 세포와
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
날거나 앞뒤로 활발히 움직이는 파리의
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
세포 생리 기능이 같지 않다는 것입니다.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
왜 생리 기능이 다를까요?
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
이런 신경 조절 물질이
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
게의 작은 신경절에 있는 것과
같은 것이라는 사실이 밝혀졌습니다.
같은 것이라는 사실이 밝혀졌습니다.
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
이것이 옥토파민 시스템의 사진입니다.
(교감 신경 흥분성 아민)
(교감 신경 흥분성 아민)
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
옥토파민은 신경 조절 물질로
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
비행과 다른 행동에
중요한 역할을 하는 것으로 보입니다.
중요한 역할을 하는 것으로 보입니다.
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
하지만 이것은 파리 뇌에 있는
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
단 하나의 신경 조절 물질에 불과합니다.
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
그래서 저는 연구가 진척됨에 따라
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
파리 뇌 전체가 게의 구위신경계(stomatogastric)
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
신경절을 확대한 것과 같다는 점을
밝혀낼 수 있다고 생각합니다.
밝혀낼 수 있다고 생각합니다.
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
이것이 파리가 적은 수의 뉴론을 가지고도
많은 일을 할 수 있는 이유 중 하나입니다.
많은 일을 할 수 있는 이유 중 하나입니다.
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
다른 생각, 다른 방법의 다중 처리로는
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
공간 활용입니다.
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
뉴론의 서로 다른 부분이 동시에
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
다른 일을 처리할 수 있도록 하는 것이죠.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
척추동물과 무척추동물의
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
서로 대조되는 뉴론들이 있는데요,
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
인간의 피라미드 뉴론은
라몬 이 카할(Ramon y Cajal)의 연구이고,
라몬 이 카할(Ramon y Cajal)의 연구이고,
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
오른쪽의 논-스파이킹 뉴론은 오래 전
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
앨런 왓슨(Alan Watson)과
말콤 버로우스(Malcolm Burrows)의 연구입니다.
말콤 버로우스(Malcolm Burrows)의 연구입니다.
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
말콤 버로우스는 재미있는 아이디어를 떠올렸는데,
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
이 메뚜기의 뉴론이
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
행동을 유발하지 않는다는 것에 근거했죠.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
이것은 논-스파이킹 세포입니다.
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
우리 뇌에 있는 것처럼 특정한 세포에요,
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
우리 뇌의 수상돌기(dendrite)라고 불리는
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
입력을 받아들이고, 통합해서
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
행동을 유발하는 것과 같은 것으로
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
축색돌기를 따라 내려와
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
뉴론의 출력 부분을 활성화시킵니다.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
하지만 논-스파이킹 뉴론은 사실 매우 복잡합니다.
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
왜냐하면 입력과 출력 시냅시스가 있는데,
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
모두 견고히 연결되어 있고,
한 가지만 작용하는 것은 불가능해서
한 가지만 작용하는 것은 불가능해서
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
모든 출력을 동시에 해야만 합니다.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
즉 서로 다른 일을 동시에 처리하기 위해
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
뉴론의 서로 다른 부분을 이용하는
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
계산 구역이 있을 수 있습니다.
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
그래서 동시에 같은 공간에서
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
다양한 작업을 수행하는 기본적인 개념은
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
우리 뇌에서도 일어난다고 생각합니다.
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
하지만 곤충들이 이 점에 있어서
더욱 발달해있다고 봅니다.
더욱 발달해있다고 봅니다.
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
다음부터는 곤충들을 좀 다른 시각으로 보시기를 바랍니다.
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
그리고 당부드리고 싶은 것은,
(파리를) 내려치기 전에 한 번 생각해주세요.
(파리를) 내려치기 전에 한 번 생각해주세요.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(박수)
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