TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
Michael Dickinson: Hoe een vlieg vliegt
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
De vaardigheid van een insect om te vliegen, is misschien wel een van de grootste wapenfeiten van de evolutie. Michael Dickinson bekijkt hoe een gewone huisvlieg met zulke tere vleugels vliegt dankzij een slimme slagbeweging en vliegspieren die zowel krachtig als wendbaar zijn. Maar het geheime ingrediënt zijn de ongelooflijke vliegenhersenen. (Gefilmd op 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
Ik ben opgegroeid met Star Trek.
Ik hou van Star Trek.
Ik hou van Star Trek.
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
Door Star Trek wilde ik
buitenaardse wezens leren kennen.
buitenaardse wezens leren kennen.
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
Wezens uit een verre wereld.
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
Maar ik vond buitenaardse wezens
op aarde.
op aarde.
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
Maar ik vond buitenaardse wezens
op aarde.
op aarde.
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
Ik bestudeer insecten.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
Ik ben geobsedeerd door insecten,
en vooral hoe ze vliegen.
en vooral hoe ze vliegen.
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
De evolutie van de insectvlucht
is misschien
is misschien
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
een van de belangrijkste gebeurtenissen
in de geschiedenis van het leven.
in de geschiedenis van het leven.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
Zonder insecten zouden
er geen bloemdragende planten zijn.
er geen bloemdragende planten zijn.
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
Zonder bloemdragende planten
zouden er geen
zouden er geen
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
slimme, vruchtenetende primaten zijn
om TEDTalks te geven.
om TEDTalks te geven.
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(Gelach)
00:53
Now,
13
37988
1987
David, Takahashi en Ketaki
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
David, Takahashi en Ketaki
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
brachten een zeer overtuigend verhaal
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
over de gelijkenissen
tussen fruitvliegen en de mens.
tussen fruitvliegen en de mens.
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
Er zijn veel overeenkomsten,
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
zodat je zou kunnen denken dat
als mensen lijken op fruitvliegjes,
als mensen lijken op fruitvliegjes,
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
het favoriete gedrag van een fruitvlieg
bijvoorbeeld dit zou kunnen zijn.
bijvoorbeeld dit zou kunnen zijn.
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(Gelach)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
Ik wil echter niet zozeer
de overeenkomsten benadrukken
de overeenkomsten benadrukken
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
tussen mens en fruitvliegen,
maar eerder de verschillen,
maar eerder de verschillen,
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
en me richten op het gedrag
waarin fruitvliegjes uitblinken.
waarin fruitvliegjes uitblinken.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
Ik toon een hoge-snelheid video-opname
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
van een vlieg met 7000 frames per seconde
in infrarood belichting.
in infrarood belichting.
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
Aan de rechterkant is buiten beeld
een gevaarlijk elektronisch roofdier
een gevaarlijk elektronisch roofdier
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
dat de vlieg bedreigt.
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
De vlieg gaat dit roofdier opmerken.
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
Ze gaat haar poten strekken
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
en ervandoor gaan
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
om nog wat langer te leven.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
Ik heb deze reeks bijgesneden
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
zodat alles even lang duurt
als een menselijke oogwenk.
als een menselijke oogwenk.
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
In de tijd om met je ogen te knipperen
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
heeft de vlieg de dreigende predator gezien,
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
zijn positie bepaald en een bewegingspatroon gestart
om ervan weg te vliegen
om ervan weg te vliegen
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
met een vleugelslag van 220 keer per seconde.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
Dit fascinerende gedrag
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
laat zien hoe snel vliegenhersenen
informatie kunnen verwerken.
informatie kunnen verwerken.
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
Wat is er nodig om te vliegen?
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
Net als bij menselijke vliegtuigen,
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
heb je vleugels nodig die voldoende
aërodynamische krachten kunnen genereren.
aërodynamische krachten kunnen genereren.
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
Ook heb je een motor nodig.
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
Eveneens een bestuurder.
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
In het eerste menselijke vliegtuig
was die bestuurder
was die bestuurder
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
het brein van Orville en Wilbur
in de cockpit.
in de cockpit.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
Waarin lijkt dit op een vlieg?
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
Een groot deel van mijn vroege carrière
was gewijd aan de studie
was gewijd aan de studie
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
hoe insectenvleugels genoeg kracht genereren
om de vlieg in de lucht te houden.
om de vlieg in de lucht te houden.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
Misschien heb je ooit gehoord
over hoe ingenieurs bewezen
over hoe ingenieurs bewezen
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
dat hommels niet konden vliegen.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
Men dacht dat insectenvleugels
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
net als vliegtuigvleugels werkten.
Maar dat is niet zo.
Maar dat is niet zo.
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
Wij pakken dit probleem aan
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
met dynamisch geschaalde model-robotinsecten
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
die ‘vliegen’ in reuzengrote baden
van minerale olie.
van minerale olie.
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
Zo bestuderen we
de aërodynamische krachten.
de aërodynamische krachten.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
Het blijkt dat insecten hun vleugels
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
op een zeer slimme manier slaan,
met een zeer hoge invalshoek.
met een zeer hoge invalshoek.
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
Dat creëert een structuur
aan de voorkant van de vleugel,
aan de voorkant van de vleugel,
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
een beetje tornadoachtige structuur,
de voorkantkolk genaamd.
de voorkantkolk genaamd.
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
Die kolk geeft de vleugels
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
genoeg kracht om het dier
in de lucht te houden.
in de lucht te houden.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
Het meest fascinerende
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
is niet zozeer dat de vleugel
een interessante morfologie heeft.
een interessante morfologie heeft.
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
Het knapste is de manier
waarop de vlieg haar vleugels beweegt.
waarop de vlieg haar vleugels beweegt.
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
Dat wordt gecontroleerd
door het zenuwstelsel.
door het zenuwstelsel.
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
Daardoor kunnen vliegen
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
die opmerkelijke luchtmanoeuvres uitvoeren.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
En de motor?
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
De motor van de vlieg
is absoluut fascinerend.
is absoluut fascinerend.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
Ze hebben twee soorten vliegspieren:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
de zogenaamde krachtspieren
zijn ‘rek-geactiveerd’.
zijn ‘rek-geactiveerd’.
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
Dat betekent dat ze zichzelf activeren
en niet gecontroleerd hoeven te worden
en niet gecontroleerd hoeven te worden
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
op basis van contractie-door-contractie
door het zenuwstelsel.
door het zenuwstelsel.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
Ze zijn gespecialiseerd om het enorme vermogen
te genereren nodig voor de vlucht.
te genereren nodig voor de vlucht.
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
Ze beslaan het hele middengedeelte
van de vlieg.
van de vlieg.
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
Als een vlieg je voorruit raakt,
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
kijk je eigenlijk
tegen die krachtspier aan.
tegen die krachtspier aan.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
Maar aan de basis van de vleugel
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
zit een verzameling
van uiterst kleine controlespieren
van uiterst kleine controlespieren
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
die helemaal niet krachtig zijn,
maar wel zeer snel,
maar wel zeer snel,
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
en in staat om het scharnier van de vleugel
opnieuw te configureren
opnieuw te configureren
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
op basis van slag-na-slag.
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
Dit stelt de vlieg in staat
haar vleugel te veranderen
haar vleugel te veranderen
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
en de wijzigingen
in aërodynamische krachten te genereren
in aërodynamische krachten te genereren
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
die zijn vluchttraject veranderen.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
De rol van het zenuwstelsel
bestaat erin dit alles te sturen.
bestaat erin dit alles te sturen.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
Laten we die bestuurder eens bekijken.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
Vliegen blinken uit
in de soorten sensoren die ze
in de soorten sensoren die ze
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
op hun lijf hebben om dit op te lossen.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
Ze hebben antennes
die geuren en wind detecteren.
die geuren en wind detecteren.
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
Ze hebben een verfijnd oog,
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
het snelste visuele systeem op de planeet.
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
Ze hebben nog een set ogen
boven op hun kop.
boven op hun kop.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
We hebben geen idee wat die doen.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
Ze hebben sensoren op hun vleugel.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
Hun vleugel is bedekt met sensoren,
waaronder sensoren
waaronder sensoren
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
die vervorming van de vleugel voelen.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
Ze kunnen zelfs proeven
met hun vleugels.
met hun vleugels.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
Een van de meest geavanceerde sensoren
van een vlieg
van een vlieg
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
zijn de halters.
Dit zijn gyroscopen.
Dit zijn gyroscopen.
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
zijn de halters.
Dit zijn gyroscopen.
Dit zijn gyroscopen.
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
Ze trillen met ongeveer 200 keer per seconde
heen en weer tijdens de vlucht.
heen en weer tijdens de vlucht.
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
Het dier kan ze gebruiken
om zijn eigen lichaamsrotatie te voelen
om zijn eigen lichaamsrotatie te voelen
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
en heel snel corrigerende manoeuvres
op te starten.
op te starten.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
Maar al deze sensorische informatie
moet worden verwerkt
moet worden verwerkt
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
door een brein
- ja, inderdaad, vliegen hebben een brein -
- ja, inderdaad, vliegen hebben een brein -
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
van ongeveer 100.000 neuronen.
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
Verschillende mensen hebben hier
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
al gesuggereerd dat fruitvliegjes
nuttig kunnen zijn voor de neurowetenschappen
nuttig kunnen zijn voor de neurowetenschappen
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
omdat ze een eenvoudig model
voor hersenwerking zijn.
voor hersenwerking zijn.
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
In feite kan ik daar
niet mee akkoord gaan.
niet mee akkoord gaan.
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
In feite kan ik daar
niet mee akkoord gaan.
niet mee akkoord gaan.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
Ik denk niet dat ze een eenvoudig model zijn
van om het even wat.
van om het even wat.
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
Ik denk dat vliegen
een geweldig model zijn.
een geweldig model zijn.
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
Maar dan voor vliegen.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(Gelach)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
Laten we dit idee van eenvoud
eens nader bekijken.
eens nader bekijken.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
Wij neurowetenschappers
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
zijn vaak nogal narcistisch.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
We denken natuurlijk in de eerste plaats
aan onze eigen hersenen.
aan onze eigen hersenen.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
Maar vergeet niet dat dit soort hersenen,
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
die veel, veel kleinere hersenen
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
- in plaats van 100 miljard neuronen,
hebben ze 100.000 neuronen —
hebben ze 100.000 neuronen —
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
de meest voorkomende vorm van hersenen
op de planeet zijn,
op de planeet zijn,
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
en dat al 400 miljoen jaar lang.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
Is het dan eerlijk om te zeggen
dat ze eenvoudig zijn?
dat ze eenvoudig zijn?
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
Ze hebben minder neuronen,
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
maar is dat een eerlijke maatstaf?
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
Ik vind van niet.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
Ik denk dat we moeten vergelijken...
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
(Gelach)
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
We moeten de grootte
van de hersenen vergelijken
van de hersenen vergelijken
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
met wat die hersenen aankunnen.
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
Ik stel een Trump-getal voor:
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
de verhouding van het gedragsrepertoire
van deze man
van deze man
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
tot het aantal neuronen in zijn hersenen.
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
We gaan nu het Trump-getal
voor de fruitvlieg berekenen.
voor de fruitvlieg berekenen.
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
Hoeveel mensen hier
schatten het Trump-getal
schatten het Trump-getal
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
van de fruitvlieg hoger in?
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(Applaus)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
Dit is een zeer, zeer slim publiek.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
Ja, de ongelijkheid gaat die kant op,
denk ik toch.
denk ik toch.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
Nu realiseer ik me
dat het een beetje absurd is
dat het een beetje absurd is
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
om het gedragsrepertoire van een mens
met dat van een vlieg te vergelijken.
met dat van een vlieg te vergelijken.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
Maar laten we eens een ander dier
als voorbeeld nemen. Hier is een muis.
als voorbeeld nemen. Hier is een muis.
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
Een muis heeft ongeveer 1000 keer
zoveel neuronen als een vlieg.
zoveel neuronen als een vlieg.
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
Ik heb muizen bestudeerd.
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
Toen praatte ik echt langzaam.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
Er gebeurde iets
toen ik met vliegen begon te werken.
toen ik met vliegen begon te werken.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(Gelach)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
De biologie van vliegen en muizen
is nogal vergelijkbaar
is nogal vergelijkbaar
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
Ze moeten allebei voedsel zoeken.
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
Ze vertonen paringsrituelen.
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
Ze hebben seks.
Ze verbergen zich voor roofdieren.
Ze verbergen zich voor roofdieren.
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
Ze doen een heleboel gelijkaardige dingen.
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
Maar ik zou zeggen
dat vliegen meer doen.
dat vliegen meer doen.
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
Ik vertoon een beeldenreeks
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
- een deel van mijn financiering
komt van het leger -
komt van het leger -
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
wat ik hier laat zien
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
blijft dus binnenskamers. Oké?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
Kijk naar de lading
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
aan de staart van de fruitvlieg.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
Bekijk het nauwlettend
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
en je begrijpt waarom mijn zoon van zes
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
neurowetenschapper wil worden.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
Wacht even.
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
Daar.
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
Je zal ten minste moeten toegeven dat
als fruitvliegen niet zo slim als muizen zijn,
als fruitvliegen niet zo slim als muizen zijn,
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
ze toch minstens zo slim als duiven zijn. (Gelach)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
Ik wil duidelijk maken
dat het niet alleen om cijfers gaat
dat het niet alleen om cijfers gaat
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
maar ook om de uitdaging
voor een vlieg
voor een vlieg
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
om alles te berekenen
met zo’n kleine neuronen.
met zo’n kleine neuronen.
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
Dit is een mooi beeld
van een visueel interneuron van een muis
van een visueel interneuron van een muis
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
uit het lab van Jeff Lichtman.
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
Het zijn prachtige beelden van hersenen
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
die hij in zijn toespraak toonde.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
Bovenaan rechts zie je op dezelfde schaal
een visueel interneuron van een vlieg.
een visueel interneuron van een vlieg.
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
Bovenaan rechts zie je op dezelfde schaal
een visueel interneuron van een vlieg.
een visueel interneuron van een vlieg.
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
Ik vergroot het even.
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
Het is een mooi complex neuron.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
Het is zeer klein,
en er zijn veel biofysische uitdagingen
en er zijn veel biofysische uitdagingen
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
om informatie te berekenen
met zeer kleine neuronen.
met zeer kleine neuronen.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
Hoe klein kunnen neuronen wel zijn?
Bekijk dit interessante insect.
Bekijk dit interessante insect.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
Het lijkt wat op een vlieg.
Het heeft vleugels, ogen,
Het heeft vleugels, ogen,
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
antennes, poten
en een ingewikkelde biologie.
en een ingewikkelde biologie.
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
Het is een parasiet, het moet rondvliegen
en rupsen vinden
en rupsen vinden
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
om ze te parasiteren.
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
De hersenen van een fruitvlieg
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
zijn zo groot als een zoutkorrel.
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
Maar dit hele insect
is maar zo groot als een zoutkorrel.
is maar zo groot als een zoutkorrel.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
Hier zie je nog wat organismen
van een dergelijke grootte.
van een dergelijke grootte.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
Dit dier heeft de grootte
van een pantoffeldiertje of een amoebe.
van een pantoffeldiertje of een amoebe.
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
Zijn brein telt slechts 7000 neuronen.
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
Jullie weten wel dat cellen, ook neuronen,
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
een celkern bevatten.
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
Dit dier heeft geen celkernen
omdat ze te veel ruimte in beslag nemen.
omdat ze te veel ruimte in beslag nemen.
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
Dit gaat dus over de grenzen
van de neurowetenschappen.
van de neurowetenschappen.
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
Een grensgebied zou al gaan over erachter komen
hoe de hersenen van dat ding werken.
hoe de hersenen van dat ding werken.
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
Hoe laat je een klein aantal neuronen
veel doen?
veel doen?
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
Als ingenieur
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
denk je dan aan multiplexen.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
Je laat de hardware
verschillende dingen doen op verschillende tijdstippen,
verschillende dingen doen op verschillende tijdstippen,
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
Je laat de hardware
verschillende dingen doen op verschillende tijdstippen,
verschillende dingen doen op verschillende tijdstippen,
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
of je laat verschillende delen van de hardware
tegelijkertijd verschillende dingen doen.
tegelijkertijd verschillende dingen doen.
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
Deze twee concepten wil ik verkennen.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
Ik ben daar niet opgekomen.
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
Dat deden anderen al eerder.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
Een idee komt uit de studie
van kauwende krabben.
van kauwende krabben.
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
Ik bedoel niet kauwen op krabben.
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
Ik ben opgegroeid in Baltimore,
en ik kan zeer, zeer goed op krabben kauwen.
en ik kan zeer, zeer goed op krabben kauwen.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
Maar ik heb het over krabben die kauwen.
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
Het kauwen van krabben
is echt fascinerend.
is echt fascinerend.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
Krabben hebben een gecompliceerde structuur
onder hun kopborststuk,
onder hun kopborststuk,
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
de ‘maag-molen’ genaamd.
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
Die maalt hun voedsel
op allerlei manieren.
op allerlei manieren.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
Hier is een endoscopische film
van die structuur.
van die structuur.
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
Het verbazende is
dat dit wordt gecontroleerd
dat dit wordt gecontroleerd
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
door een echt klein aantal neuronen,
ongeveer twee dozijn neuronen.
ongeveer twee dozijn neuronen.
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
Die kunnen een grote verscheidenheid
van bewegingen produceren
van bewegingen produceren
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
Dat komt omdat dit uiterst kleine ganglion
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
overspoeld wordt
door veel verschillende neuronmodulators.
door veel verschillende neuronmodulators.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
Jullie hebben eerder al
over neuronmodulators gehoord.
over neuronmodulators gehoord.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
Er bestaan meer neuronmodulators
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
die deze neuronen veranderen
dan neuronen zelf.
dan neuronen zelf.
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
Daardoor kunnen ze
een gecompliceerde set patronen genereren.
een gecompliceerde set patronen genereren.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
Eve Marder en haar collega's
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
hebben dit fascinerende systeem bestudeerd.
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
Ze hebben aangetoond
hoe een kleinere cluster van neuronen
hoe een kleinere cluster van neuronen
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
heel veel dingen kan doen
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
door neuronmodulatie
die van moment tot moment kan wijzigen.
die van moment tot moment kan wijzigen.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
Dit is in principe
multiplexen in de tijd.
multiplexen in de tijd.
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
Stel je een netwerk van neuronen voor
met een neuronmodulator.
met een neuronmodulator.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
Eén set cellen
vertoont één soort gedrag.
vertoont één soort gedrag.
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
Met een andere neuronmodulator
en een andere set cellen,
en een andere set cellen,
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
krijg je een ander gedrag.
Je kan je voorstellen
Je kan je voorstellen
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
dat je dat kan extrapoleren
naar een zeer gecompliceerd systeem.
naar een zeer gecompliceerd systeem.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
Is er enig bewijs voor
dat vliegen dit doen?
dat vliegen dit doen?
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
Vele jaren lang in mijn laboratorium
en in andere laboratoria over de hele wereld,
en in andere laboratoria over de hele wereld,
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
hebben we vliegengedrag
in kleine vluchtsimulators bestudeerd.
in kleine vluchtsimulators bestudeerd.
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
Je kunt een vlieg
aan een klein stokje vastmaken.
aan een klein stokje vastmaken.
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
Je kunt de aërodynamische krachten
die ze opwekt, meten.
die ze opwekt, meten.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
Je kunt ze een soort videospel
laten spelen
laten spelen
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
door ze te laten rondvliegen
in een visuele display.
in een visuele display.
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
Ik laat daar even iets van zien.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
Hier is een vlieg.
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
Je ziet een infrarood beeld
van de vlieg in de vluchtsimulator.
van de vlieg in de vluchtsimulator.
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
De vliegen zijn gek
van dit spelletje.
van dit spelletje.
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
Je laat ze zich richten
naar de kleine streep
naar de kleine streep
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
en ze zullen altijd
naar die streep blijven gaan.
naar die streep blijven gaan.
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
Het is een deel
van hun visuele geleidingssysteem.
van hun visuele geleidingssysteem.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
Maar zeer onlangs werd het mogelijk
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
dit soort gedragsarena's
voor fysiologie te veranderen.
voor fysiologie te veranderen.
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
Dit is een opstelling
van een van mijn vroegere assistenten,
van een van mijn vroegere assistenten,
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
Gaby Maimon, nu bij Rockefeller.
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
Het is eigenlijk een vluchtsimulator
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
maar waarbij je een elektrode
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
in de hersenen van de vlieg kunt steken
en signalen registreren
en signalen registreren
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
van een genetisch geïdentificeerd neuron
in de vliegenhersenen.
in de vliegenhersenen.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
Zo ziet een van deze experimenten eruit.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
De opnames gebeurden
door een andere assistente,
door een andere assistente,
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
Bettina Schnell.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
De groene lijn onderaan
is het membraanpotentiaal
is het membraanpotentiaal
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
van een neuron in de vliegenhersenen.
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
Als de vlieg begint te vliegen,
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
zie je dat ze de rotatie
van dat visuele patroon zelf beheert
van dat visuele patroon zelf beheert
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
door haar vleugelbewegingen.
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
Ook zie je dat het visuele interneuron
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
reageert op het patroon
van de vleugelbeweging.
van de vleugelbeweging.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
Dus waren we voor het eerst in staat
om signalen te registreren
om signalen te registreren
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
van neuronen in vliegenhersenen
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
terwijl de vlieg vliegt.
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
Het blijkt dat de celfysiologie
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
Het blijkt dat de celfysiologie
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
die vroeger alleen bij vliegen in rust
kon worden bestudeerd
kon worden bestudeerd
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
niet hetzelfde is als de celfysiologie
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
van vliegen met een actief gedrag
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
zoals vliegen, lopen enzovoort.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
Waarom is die fysiologie anders?
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
Het blijkt door neuronmodulators
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
net in dat kleine ganglion van de krabben.
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
Hier een foto van het octopamine-systeem.
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
Octopamine is een neuronmodulator
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
die een belangrijke rol lijkt te spelen
bij het vliegen en ander gedrag.
bij het vliegen en ander gedrag.
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
Maar dit is maar één
van vele neuronmodulators
van vele neuronmodulators
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
van vliegenhersenen.
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
Ik denk dat als we er meer over gaan weten,
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
zal blijken dat de vliegenhersenen
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
een grotere versie
van dit stomatogastrisch ganglion zijn.
van dit stomatogastrisch ganglion zijn.
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
Daarom kan het zo veel
met zo weinig neuronen.
met zo weinig neuronen.
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
Een andere manier om te multiplexen,
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
is ruimtelijk multiplexen:
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
verschillende delen van een neuron
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
verschillende dingen laten doen
op hetzelfde moment.
op hetzelfde moment.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
Hier zie je twee soorten typische neuronen:
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
een van een gewerveld dier
en een van een ongewerveld dier.
en een van een ongewerveld dier.
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
Een menselijke piramidale neuron
van Ramon y Cajal,
van Ramon y Cajal,
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
en een andere cel rechts,
een interneuron zonder uitsteeksels.
een interneuron zonder uitsteeksels.
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
Dit is het werk van Alan Watson
en Malcolm Burrows van vele jaren geleden.
en Malcolm Burrows van vele jaren geleden.
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
Malcolm Burrows kwam met een interessant idee
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
gebaseerd op het feit
dat dit neuron van een sprinkhaan
dat dit neuron van een sprinkhaan
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
geen actiepotentialen afvuurt.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
Het is een cel zonder uitsteeksels.
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
Zo een typische cel,
zoals de neuronen in onze hersenen,
zoals de neuronen in onze hersenen,
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
heeft dendrieten
waar signalen binnenkomen.
waar signalen binnenkomen.
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
Die input wordt gesommeerd
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
en produceert actiepotentialen
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
langs het axon en activeert
de uitvoergebieden van het neuron.
de uitvoergebieden van het neuron.
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
langs het axon en activeert
de uitvoergebieden van het neuron.
de uitvoergebieden van het neuron.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
Maar niet-stekelige neuronen
zijn vrij ingewikkeld
zijn vrij ingewikkeld
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
omdat ze input- en
outputsynapsen kunnen hebben
outputsynapsen kunnen hebben
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
die met elkaar verstrengeld zijn.
Er is dan niet één enkele actiepotentiaal
Er is dan niet één enkele actiepotentiaal
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
die alle uitgangen
op hetzelfde moment aanstuurt.
op hetzelfde moment aanstuurt.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
Dat opent de mogelijkheid
voor computationele compartimenten
voor computationele compartimenten
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
die de verschillende onderdelen
van het neuron toelaten
van het neuron toelaten
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
verschillende dingen te doen
op hetzelfde moment.
op hetzelfde moment.
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
Ik denk dat deze basisconcepten
van multitasking in tijd en in ruimte,
van multitasking in tijd en in ruimte,
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
Ik denk dat deze basisconcepten
van multitasking in tijd en in ruimte,
van multitasking in tijd en in ruimte,
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
dingen zijn die ook
in onze hersenen gebeuren,
in onze hersenen gebeuren,
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
maar dat de insecten
er de ware meesters in zijn.
er de ware meesters in zijn.
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
Ik hoop dat je insecten
nu een beetje anders gaat bekijken.
nu een beetje anders gaat bekijken.
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
Denk asjeblief even na
voor je er nog een platslaat.
voor je er nog een platslaat.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(Applaus)
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