TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
Michael Dickinson: Cum zboară o muscă
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
Capacitatea de a zbura a unei insecte e una dintre cele mai mari realizări ale evoluţiei vieţii. Michael Dickinson arată cum poate zbura o simplă muscă, cu nişte aripi atât de delicate, datorită mişcării inteligente a aripilor şi a muşchilor puternici şi agili. Ingredientul secret constă însă în creierul incredibil al insectei. (Filmat la 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
Am crescut uitându-mă la Star Trek. Ador Star Trek.
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
Star Trek m-a făcut să-mi doresc
să văd creaturi extraterestre,
să văd creaturi extraterestre,
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
dintr-o altă lume.
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
Dar mi-am dat seama, până la urmă,
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
că pot găsi aceste creaturi
şi aici, pe Pământ,
şi aici, pe Pământ,
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
studiind insectele.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
Sunt obsedat de insecte; mai exact de zborul lor.
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
Cred că evoluţia zborului lor e, poate,
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
unul dintre cele mai însemnate
evenimente din istoria vieţii.
evenimente din istoria vieţii.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
Fără insecte nu ar fi plante cu flori.
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
Fără plantele cu flori, n-ar mai exista primatele deştepte,
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
frugivore, care să ţină discursuri TED.
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(Râsete)
00:53
Now,
13
37988
1987
Acum,
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
David şi Hidehiko şi Ketaki
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
au propus o teorie foarte convingătoare
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
privind asemănările dintre musculiţele-de-oţet şi oameni
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
şi sunt foarte multe asemănări,
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
ceea ce te face să te gândeşti că,
dacă oamenii se aseamănă cu musculițele,
dacă oamenii se aseamănă cu musculițele,
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
activitatea favorită a zburătoarelor
ar putea fi aceasta, de exemplu...
ar putea fi aceasta, de exemplu...
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(Râsete)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
Nu vreau însă să mă axez pe similarităţile
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
dintre cele două specii, ci, mai degrabă,
pe deosebirile dintre ele
pe deosebirile dintre ele
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
şi să scot în evidenţă comportamentele
în care musculițele excelează.
în care musculițele excelează.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
Aşadar, vreau să vă arăt o secvenţă cu o musculiță,
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
filmată la 7.000 de cadre pe secundă, în infraroşu.
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
În dreapta, în afara ecranului,
amenință un prădător electronic
amenință un prădător electronic
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
care se îndreaptă spre muscă.
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
Musca simte atacatorul,
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
îşi întinde picioarele,
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
şi o şterge
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
pentru încă o zi de viaţă.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
Am decupat cu grijă secvenţa
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
la durata exactă a unei clipiri.
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
În timpul cât îţi ia să clipeşti,
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
musca a observat atacatorul,
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
a estimat poziţia lui şi s-a pus în mişcare,
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
bătând în retragere de 220 de ori pe secundă.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
Cred că e o reacţie fascinantă,
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
care arată cât de repede procesează
informaţia creierul unei muşte.
informaţia creierul unei muşte.
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
Acum, zborul. Ce implică el ?
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
Pentru a zbura, exact ca în cazul avioanelor,
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
e nevoie de aripi care să genereze
suficientă forţă aerodinamică,
suficientă forţă aerodinamică,
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
un motor care să genereze
puterea necesară zborului,
puterea necesară zborului,
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
şi un punct de control.
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
În cazul primului avion,
comanda a fost asigurată
comanda a fost asigurată
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
de creierul lui Orville şi al lui Wilbur.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
Cum raportăm toate astea la o muscă ?
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
Ei bine, mi-am petrecut prima parte a carierei
încercând să înţeleg
încercând să înţeleg
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
cum generează aripile insectelor suficientă portanţă
pentru a le menţine în aer.
pentru a le menţine în aer.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
Probabil aţi auzit de faptul că inginerii au dovedit
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
că bondarii nu pot zbura.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
Eroarea era asimilarea funcţionarii aripilor insectelor
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
cu cea a aripilor avioanelor.
Ele nu funcţionează la fel.
Ele nu funcţionează la fel.
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
Şi atacăm această chestiune construind
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
la scară insecte robot imense ca model,
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
care să dea din aripi în bălţi de ulei mineral,
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
permiţându-ne să studiem forţele aerodinamice.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
S-a dovedit astfel ca insectele dau din aripi
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
într-un mod extrem de inteligent,
dintr-o poziţie de atac foarte ridicată,
dintr-o poziţie de atac foarte ridicată,
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
ce crează o structură la marginea
principală a aripii,
principală a aripii,
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
o mică structură de tip tornadă,
numită vortexul marginii principale,
numită vortexul marginii principale,
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
și acest vortex permite de fapt aripilor
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
să producă suficientă forţă pentru a ţine insecta în aer.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
Dar ce este cel mai fascinant,
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
nu e atât morfologia aripilor,
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
cât, mai degrabă, modul în care insecta le mişcă,
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
mod determinat, bineînţeles, de sistemul nervos,
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
musca fiind astfel capabilă să efectueze
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
aceste manevre remarcabile.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
În ceea ce priveşte motorul insectei,
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
acesta este unul absolut fascinant.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
Au două tipuri de muşchi pentru zbor:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
un set de muşchi numiţi „de putere”,
activaţi prin extensie,
activaţi prin extensie,
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
ceea ce înseamnă că se activează singuri,
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
şi nu în urma unei contracţii la nivelul sistemului nervos.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
Au rolul de a genera puterea enormă
necesară pentru zbor
necesară pentru zbor
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
şi ocupă porţiunea mediană a insectei,
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
aşa că, atunci când o insectă
se loveşte de parbrizul maşinii,
se loveşte de parbrizul maşinii,
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
ceea ce vedeţi e acest muşchi.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
La baza aripii, însă,
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
se află un set de muşchi mici de control,
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
care nu sunt foarte puternici,
dar sunt foarte rapizi,
dar sunt foarte rapizi,
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
fiind capabili să reconfigureze baza aripii,
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
prin fiecare mişcare,
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
dându-i insectei capacitatea de a-şi adapta aripa
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
şi de a modifica forţa aerodinamică
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
ceea ce îi schimbă traiectoria de zbor.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
Bineînţeles, rolul sistemului nervos e
de a controla toate acestea.
de a controla toate acestea.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
Să vorbim, aşadar, despre control.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
Musculițele excelează în senzorii
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
pe care îi posedă în acest sens.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
Au antene care detectează mirosul
şi stabilesc direcția vântului.
şi stabilesc direcția vântului.
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
Au un ochi foarte sofisticat,
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
care e cel mai rapid sistem vizual de pe planetă.
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
Mai au un set de ochi pe vârful capului.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
Habar n-avem care e rolul lor.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
Au senzori la nivelul aripilor.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
Aripa e acoperită cu senzori,
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
inclusiv unii care simt eventuala deformare a aripii.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
Pot chiar să guste cu ajutorul aripilor.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
Unii dintre cei mai sofisticaţi senzori ai insectei
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
sunt structurile numite haltere.
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
Acestea sunt de fapt niște giroscoape.
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
Ele se deplasează înainte şi înapoi
la circa 200 de herţi, în timpul zborului,
la circa 200 de herţi, în timpul zborului,
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
iar insecta poate, prin intermediul lor,
să simtă rotirea corpului
să simtă rotirea corpului
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
şi să iniţieze, foarte rapid, manevre de corectare.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
Dar toată această informaţie senzorială
trebuie procesată
trebuie procesată
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
de un creier şi, da, musculițele chiar au creier,
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
unul cu vreo 100.000 de neuroni.
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
Mulţi participanţi la conferinţă
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
au sugerat că musculița-de-oțet
ar putea fi de folos neurologiei
ar putea fi de folos neurologiei
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
deoarece sunt un model simplu
de funcţionare a creierului,
de funcţionare a creierului,
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
dar eu aş vrea, prin acest discurs,
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
să răstorn această idee.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
Nu cred că sunt un model simplu pentru nimic,
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
ci unul foarte bun,
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
dar pentru muşte.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(Râsete)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
Haideţi să explorăm această noțiune de simplitate.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
Cred că, din păcate, noi, cercetătorii în neuroştiinţă,
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
suntem oarecum narcisişti, mulţi dintre noi.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
Când ne gândim la creier, ne imaginăm,
desigur, creierul nostru.
desigur, creierul nostru.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
Dar luați aminte, acest creier,
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
care e cu mult mai mic
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
— în loc de 100 de miliarde,
are 100.000 de neuroni —
are 100.000 de neuroni —
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
e cel mai răspândit tip de creier de pe planetă
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
şi a fost aşa, timp de 400 de milioane de ani.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
Ştiind acestea, e oare corect să spui
că e un simplu ?
că e un simplu ?
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
Da, e simplu în sensul că are mai puțini neuroni,
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
dar e acesta un criteriu corect ?
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
Eu spun că nu.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
Să ne gândim puţin şi să comparăm...
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
(Râsete) —
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
să comparăm dimensiunea creierului
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
cu funcţiile pe care le are.
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
Să stabilim un număr de raportare
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
rezultat din raportul dintre repertoriul
comportamentelor acestui bărbat
comportamentelor acestui bărbat
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
şi numărul de neuroni din creierul său.
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
Vom calcula acest număr şi pentru musculiță.
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
Câţi dintre dvs. cred că numărul
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
e mai mare în cazul insectei ?
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(Aplauze)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
Sunteţi o audienţă foarte inteligentă.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
Într-adevăr, balanţa înclină în această direcţie,
afirm asta.
afirm asta.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
Îmi dau seama că e puţin absurd
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
să compari comportamentul unui om
cu cel al unei musculițe.
cu cel al unei musculițe.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
Să luăm un alt animal în comparație.
Un şoarece, de exemplu.
Un şoarece, de exemplu.
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
Un şoarece are de o mie de ori mai mulţi neuroni
decât o musculiță.
decât o musculiță.
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
Am studiat şoarecii şi, când studiam acest animal,
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
obişnuiam să vorbesc foarte încet.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
Ceva s-a întâmplat însă când am început
să studiez muştele.
să studiez muştele.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(Râsete)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
Cred că dacă analizăm istoria musculițelor
şi cea a şoarecilor,
şi cea a şoarecilor,
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
acestea sunt cu adevărat asemănătoare.
Ambele specii trebuie să caute hrană,
Ambele specii trebuie să caute hrană,
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
ambele curtează,
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
fac sex, se ascund de prădători.
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
Fac o grămadă de lucruri similare.
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
Dar aș zice că muştele fac mai mult.
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
De exemplu, o să vă arăt o secvenţă,
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
dar să ştiţi că parte din finanțarea mea e de la armată,
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
aşa că sunt informaţii secrete
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
şi nu puteţi să le discutaţi cu nimeni
în afara acestei săli, da ?
în afara acestei săli, da ?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
Vreau să vă uitaţi la greutatea
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
de la coada insectei.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
Urmăriţi-o atent
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
şi veţi vedea de ce fiul meu, de şase ani,
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
vrea să devină cercetător în neuroştiinţă.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
Aşteptaţi...
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
Hopa !
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
Trebuie să recunoaşteţi cel puţin că, chiar dacă
nu sunt la fel de deştepte ca şoarecii,
nu sunt la fel de deştepte ca şoarecii,
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
musculițele sunt cel puţin tot atât de deştepte
ca porumbeii.
ca porumbeii.
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
Deci, nu e doar o chestiune de numere,
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
ci şi una de capacitate de procesare
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
a informaţiei, cu nişte neuroni atât de mici.
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
Aici e o imagine frumoasă
a unui interneuron vizual de şoarece,
a unui interneuron vizual de şoarece,
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
din laboratorul lui Jeff Lichtman
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
şi puteţi observa imaginile minunate ale unor creiere
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
pe care le-a prezentat în discursul său.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
Sus, în colţul drept, veţi vedea,
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
la aceeaşi scară, un interneuron vizual
al unei musculițe.
al unei musculițe.
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
Să vă explic.
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
E un neuron foarte complex,
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
dar e, foarte, foarte mic şi există multe provocări biofizice
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
în încercarea de a procesa informaţia cu aceşti neuroni atât de mici.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
Cât de mici pot să fie neuronii ? Ei bine,
priviţi aceasta insectă.
priviţi aceasta insectă.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
Arată cam ca şi o muscă. Are aripi şi ochi,
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
antene, picioare, un istoric de viață complicat,
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
e un parazit, trebuie să zboare pentru a găsi omizile
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
pe care le parazitează,
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
dar nu numai creierul ei e de dimensiunea
unui bob de sare,
unui bob de sare,
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
comparabil cu cel al unei musculițe,
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
ci ea însăşi e de dimensiunea unui bob de sare.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
Iată şi alte organisme la aceeaşi scară.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
Animalul acesta e cât un parameci sau o amibă
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
şi are un creier cu 7000 de neuroni, atât de mic,
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
încât corpul celular, despre care aţi tot auzit,
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
în care se află nucleul neuronilor,
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
nu-i prezent la acest animal,
deoarece ocupă prea mult loc.
deoarece ocupă prea mult loc.
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
Suntem astfel la limita neurologiei.
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
Aş spune că o frontieră în neurologie e să încercăm
să aflăm cum funcţionează creierul acestor vietăți.
să aflăm cum funcţionează creierul acestor vietăți.
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
Să ne gândim: cum se face că puțini neuroni
execută atâtea comenzi ?
execută atâtea comenzi ?
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
Cred, din perspectivă inginerească,
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
ca prin multiplexare.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
Același hardware
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
poate face lucruri diferite la momente diferite,
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
sau părţi ale sale pot executa lucruri diferite.
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
Acestea sunt cele două concepte
pe care aş vrea să le abordez.
pe care aş vrea să le abordez.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
Şi nu le-am inventat eu,
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
ci au fost propuse de alţi cercetători, în trecut.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
O idee vine din observarea modului
de mestecare al crabilor.
de mestecare al crabilor.
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
Nu mă refer la mestecarea crabilor.
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
Am crescut în Baltimore şi mestec crabii foarte bine.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
Mă refer la crabii care mestecă.
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
Această activitate e fascinantă.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
Crabii prezintă o structură foarte complicată
sub carapace,
sub carapace,
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
un fel de râsniţă gastrică,
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
care fărâmiţează mâncarea în diferite moduri.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
Iată o imagine endoscopică a acestei structuri.
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
Uimitor e faptul că toată activitatea
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
e controlată de un set infim de neuroni - cam doisprezece -
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
care pot desfăşura o mare varietate de activităţi motorii
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
şi asta deoarece acest mic ganglion al crabului
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
e inundat de un număr foarte mare
de neuromodulatori.
de neuromodulatori.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
Aţi auzit despre ei mai devreme.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
Neuromodulatorii sunt cei care
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
modifică şi inervează această structură,
mai mult decât neuronii,
mai mult decât neuronii,
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
fiind capabili să genereze un set complicat
de comportamente.
de comportamente.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
Iată munca Evei Marder şi colegilor ei
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
care au studiat acest sistem fascinant,
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
care arăta cum un număr mic de neuroni
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
poate face atât de multe lucruri
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
datorită neuromodulaţiei
ce poate interveni oricând.
ce poate interveni oricând.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
E de fapt o multiplexare în timp.
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
Imaginaţi-vă o reţea de neuroni
cu un singur neuromodulator.
cu un singur neuromodulator.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
Selectaţi un set de celule
care să efectueze o activitate,
care să efectueze o activitate,
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
un alt neuromodulator, un alt set de celule,
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
pentru o altă activitate, dezvoltând astfel
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
un sistem extrem de complicat.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
Există vreo dovadă că musculițele fac acest lucru ?
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
Ei bine, mulţi ani, în laboratorul meu
şi în multe altele din întreaga lume,
şi în multe altele din întreaga lume,
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
s-a studiat comportamentul insectelor
cu ajutorul unui simulator de zbor.
cu ajutorul unui simulator de zbor.
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
Se fixează musca la capătul unui băţ mic
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
şi se măsoară forţa aerodinamică pe care o produce.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
Musculița poate juca un joc video,
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
zburând într-un afişaj vizual.
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
Să vă arăt o secvenţă din acest proces.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
Iată musculița
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
într-o imagine în infraroşu din simulatorul de zbor,
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
iar acesta e un joc care le place muştelor.
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
Le permiţi să înainteze spre un punct,
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
iar ele se vor deplasa într-acolo tot timpul.
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
Face parte din sistemul lor vizual de ghidare.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
Foarte recent, însă, s-a putut realiza
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
modificarea acestor tipuri de comportamente
pentru fiziologie.
pentru fiziologie.
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
Iată experimentul realizat
de un fost postdoctorand al meu,
de un fost postdoctorand al meu,
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
Gaby Maimon, care e acum la Rockefeller,
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
ce constă într-un simulator de zbor,
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
dar la un nivel la care poţi chiar să introduci un electrod
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
în creierul insectei şi să înregistrezi
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
printr-un neuron identificat genetic
informaţii din creierul insectei.
informaţii din creierul insectei.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
Iată cum arată un astfel de experiment.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
Aceasta a fost o secvenţă luată din laboratorul unui alt postdoctorand,
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
Bettina Schnell.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
Linia verde de jos redă potenţialul membranei
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
unui neuron din creierul insectei
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
şi veţi vedea că insecta începe să zboare,
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
controlând însăşi rotaţia acelui tipar vizual,
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
prin modul de mişcare al aripilor.
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
Și puteţi vedea că acest interneuron vizual
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
răspunde de mişcarea aripilor pe parcursul zborului.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
Pentru prima dată am reuşit să înregistrăm
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
neuronii din creierul insectei,
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
în timpul unui comportament sofisticat cum este zborul.
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
Una din lecții
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
e că fiziologia celulelor studiate
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
de-a lungul anilor la musculițele în stare de repaus,
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
nu este aceeaşi cu fiziologia acelorași celule
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
din timpul desfășurării unei activităţi
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
precum zborul sau mersul şi aşa mai departe.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
De ce e fiziologia celulelor diferită ?
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
Ei bine, datorită neuromodulatorilor,
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
la fel ca în cazul neuromodulatorilor
din micul ganglion al crabilor.
din micul ganglion al crabilor.
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
Iată o imagine a sistemului octopaminic.
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
Octopamina e un neuromodulator
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
care pare să joace un rol important
în zbor şi în alte activităţi.
în zbor şi în alte activităţi.
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
Dar e doar unul din numeroșii neuromodulatori
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
din creierul insectei.
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
Cred că persistenţa în cercetare
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
va scoate la iveală faptul că întregul creier al insectei
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
e doar o versiune imensă
a ganglionului stomacogastric,
a ganglionului stomacogastric,
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
acesta fiind unul din motivele pentru care
ea poate face atâtea cu așa de puţini neuroni.
ea poate face atâtea cu așa de puţini neuroni.
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
O altă idee, un alt mod de multiplexare,
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
e multiplexarea în spaţiu,
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
diferite părţi ale neuronului
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
făcând lucruri diferite în acelaşi timp.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
Iată două tipuri de neuroni canonici,
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
ai unei vertebrate şi ai unei nevertebrate,
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
un neuron uman piramidal, de la Ramon y Cajal,
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
şi, în partea dreaptă, o altă celulă,
un interneuron ne-oscilant,
un interneuron ne-oscilant,
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
aceasta fiind munca lui Alan Watson
şi Malcolm Burrows, de acum mulți ani.
şi Malcolm Burrows, de acum mulți ani.
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
Malcolm Burrows a venit cu o teorie interesantă,
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
bazată pe faptul că neuronul unei lăcuste
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
nu poate comanda un potențial de acțiune.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
E o celulă ne-oscilantă.
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
O celulă tipică, precum neuronii din creierul nostru,
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
prezintă o regiune numită dendrita, care primeşte impulsuri
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
care se însumează
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
și produc potenţial membranar de acţiune
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
care se transmite prin axon şi activează
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
toate regiunile neuronului ce determină reacția.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
Dar neuronii ne-oscilanți sunt destul de complicaţi
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
deoarece pot avea atât sinapse
de impulsuri primite, cât şi de execuţie
de impulsuri primite, cât şi de execuţie
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
întrețesute şi nu există un potențial de acţiune unic
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
care determină toate răspunsurile în acelaşi timp.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
E posibilă astfel existența unor
compartimente computaţionale
compartimente computaţionale
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
care să permită diferitelor părți ale neuronului
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
să facă lucruri diferite în acelaşi timp.
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
Aceste concepte de bază ale multiplexării în timp
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
şi spaţiu,
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
cred că sunt valabile şi pentru creierul uman,
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
dar cred că insectele sunt adevăraţii maeştrii
ai acestui proces.
ai acestui proces.
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
Sper să percepeţi insectele puţin diferit,
de acum înainte
de acum înainte
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
şi, așa cum zic aici, gândiţi-vă bine
înainte să le plesniţi.
înainte să le plesniţi.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(Aplauze)
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