TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
مایکل دیکنسون: مگسها چگونه پرواز میکنند؟
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
توانایی پرواز حشرات شاید یکی از بزرگترین شاهکارهای تکامل باشد. مایکل دیکنسون نگاهی به چگونگی پرواز مگس معمولی با بالهای طریفش دارد که به لطف نوع بال زدن و عضلات پروازی که هر دو قدرتمند وچالاک اند صورت می‌گیرد. والبته عنصر مخفیانه ای به اسم مغز مگس (تصویربرداری شده در 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
من با برنامه پیشتازان فضا - Star Trek بزرگ شدم. ( سریال تلوزیونی در دهه شصت میلادی)، من عاشق پیشتازان فضا هستم.
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
برنامه پیشتازان فضا من رو تشویق به دیدن موجودات عجیب کرد،
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
موجوداتی از سرزمینهای دور
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
اما اساسا، من متوجه شدم که میتونم
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
اون موجودات عجیب رو روی زمین پیدا کنم.
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
و کاری که من میکنم مطالعه حشرات
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
تمام فکرو ذهنم من را حشرات، مخصوصا حشرات پرنده گرفته است.
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
من فکر میکنم، تکامل پرواز حشرات شاید
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
یکی از مهمترین رویدادهای تاریخ حیات باشه.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
بدون حشرات، گیاهان گلدار بوجود نمی آمدند.
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
بدون گیاهان گلدار، هیچ
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
پستاندارمیوه خور باهوشی نبود که بیاد توی TED صحبت کنه
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(خنده)
00:53
Now,
13
37988
1987
حالا
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
دیوید، هیدهیکو و کتاکی
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
داستان جالبی در مورد
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
شباهتهای بین مگس میوه و انسان ارائه کردند،
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
و شباهتهای بسیاری وجود داره،
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
و بنابر این ممکن فکر کنید که اگر انسانها شبیه به پشه های میوه باشند،
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
رفتار مورد علاقه یک پشه میوه یه چیزی مثل این باشه---
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(خنده)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
اما من در بحثم نمیخوام به شباهتهای
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
بین انسان و مگس میوه تاکید کنم، بلکه میخوام در مورد تفاوت هاشون صحبت کنم،
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
و روی رفتاریهای تاکید کنم که مگس میوه تخصص زیادی در انجامش داره.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
و من میخوام یک ویدئو با سرعت پخش بالا رو بهتون نشون بدم
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
که از یک مگس با سرعت ۷٫۰۰۰ فریم در ثانیه بوسیله نور مادون قرمز تصویر گرفته شده،
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
و در سمت راست، بیرون صفحه، یک شبه مهاجم الکترونیکی وجود داره
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
که میخواد به سمت مگس بره.
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
مگس مهاجم رو حس میکنه.
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
و داره سعی میکنه که پاهاش رو به سمت بیرون باز کنه.
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
و سعی میکنه با آرامش و حفظ تعادل خودشو به عقب بکشه
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
تا بتونه جون خودشه حفظ کنه.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
حالا من به دقت این سکانس تصویر رو قطع کردم
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
تا دقیقا به اندازه پلک زدن چشم انسان باشه،
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
پس هنگامی که شما پلکتون به هم می‌زنید،
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
مگس شبه مهاجم رو میبینه،
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
موقعیت خودشو تخمین میزنه، و یک الگوی حرکتی رو آغاز میکنه تا بتونه فرار کنه،
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
۲۲۰ بار در ثانیه بال میزنه تا فرار کنه.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
من فکر میکنم که این یک رفتار شگفت انگیزه
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
که نشون میده که مغز مگس چقدر سریع میتونه اطلاعات رو پردازش کنه.
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
حالا، پرواز- چطور پرواز میکنه؟
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
خوب، برای اینکه پرواز کنه، مثل هواپیمای آدما،
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
شما به بالهایی نیاز دارید که بتونه نیروی آیرودینامیک کافی تولید کنه،
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
شما به یک موتور احتیاج دارید که قدرت مورد نیاز برای پرواز رو تامین کنه،
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
و به یک کنترل کننده احتیاج دارید،
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
در اولین هواپیمای ساخت بشر، کنترل کننده در واقع
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
همون مغز اورویل و ویلبر ( کسانی ک اولین هواپیما را ساختند) در داخل کابین خلبان .
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
حالا، این چه شباهتی به پرواز داره؟
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
من زمان زیادی رو در آغاز کارم برای این گذروندم که بفهمم
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
که چطور بال های مگس میتونه نیروی لازم برای پرواز در هوا رو فراهم کنه.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
وممکنه شنیده باشید که مهندسین ثابت کردند که چطور
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
زنبورهای گاوی(زنبورهای بزرگ) نمیتونند پرواز کنن.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
مشکل در اینجا بود که تصور میشد که بالهای حشره
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
دقیقا شبیه بالهای هواپیما کار میکنند. اما اینطور نیست.
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
و ما با ساختن مدلهای ایرودینامیکی عظیمی،
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
از حشرات ربوتیکی
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
و شبیه سازی بال زدن اونها در استخرهای روغن معدنی این مشکل رومرتفع کردیم
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
جایی که میتونستیم نیروی آیرودینامیکی رو بررسی کنیم.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
و مشخص شد که حشرات بالهای خود را
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
بسیار زیرکانه به حرکت درمیارند، با یک زاویه بسیار بالایی از (حالت) حمله
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
یک ساختار در لبه بال ایجاد میکنن،
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
یک ساختار شبیه به تورنادو بنام لبه جلویی گرداب،
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
و این همون نیروی حلقوی هست که باعث میشه بالها
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
نیروی کافی رو تولید کنند که حیوان بتونه در هوا بمونه.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
اما چیزی که واقعا خیلی جذاب به نظر می رسه
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
این نیست که بالها دارای ساختار جذابیست.
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
نکته هوشمندانه اینه که اونها چطور بالهای خودشونو به حرکت در میارن،
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
که البته در نهایت توسط سیستم عصبی کنترل میشه،
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
و این همان چیزی است که مگس ها را قادر می سازه تا
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
مانورهای هوایی چشمگیری انجام بدن.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
حالا، موتور پرواز چی میشه؟
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
موتور پرواز مگس ها بسیار جالب.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
اونها دو نوع عضله پروازی دارند:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
به اصطلاح عضله قدرتی، که با کشش فعال میشه،
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
به این معنی که خود را فعال میکنه و نیازی به کنترل نداره
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
بر اساس سیستم عصبی انقباض در انقباض.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
این توانایی برای تولید قدرت عظیم مورد نیاز برای پروازبوجود میاد،
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
و بخش مرکزی مگس رو پر میکنه،
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
بنابراین، وقتی که یک مگس با شیشه جلوی ماشینتون برخورد میکنه،
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
چیزی که می بینید در واقع توان عضلانی.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
اما به پایه بال
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
مجموعه ای از عضلات کنترلی کوچک متصل شده
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
که اصلا قدرتمند نیستند بلکه بسیار سریع اند،
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
و می تونند لولای بال رو
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
بر اساس هر ضربه مجددا تنظیم کنه،
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
و این همان چیزی که مگس رو قادر میکنه تا بال خودشو تغییر بده
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
ودرنیروهای آیرودینامیکی تغییر ایجاد کنه
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
و مسیر پرواز خود شو تغییر بده.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
و البته، نقش سیستم عصبی، کنترل همه اینهاست.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
بنابراین بگذارید نگاهی به کنترل کننده ها بیندازیم.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
مگسها در انواع حسگرها سرآمدند
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
که باعث مشکل تر شدن اوضاع میشه.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
اونها شاخکهایی دارند که باهاش بو حس می کنن و(جهت) باد تشخیص میدن.
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
اونها چشم های پیچیدهای دارند که
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
سریعترین سیستم بینایی توی دنیاست.
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
اونها چشمهای دیگری هم در بالای سرشون دارن.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
ما نمیدونیم که کار اونها چیه.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
اونها روی بالهاشون حسگر دارن.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
بالهاشون از حسگرها پوشیده شده، از جمله حسگرهایی
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
که تغییر شکل بال رو حس میکنه.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
اونها حتی میتونن با بالهاشون مزه ها رو بچشند.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
یکی از پیچیده ترین حسگرهایی که یه مگس داره
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
یه ساختاری به اسم هالتر(افسار).
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
هالترها در واقع نوعی ژیروسکوپ اند.
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
این دستگاه ها حدود ۲۰۰ هرتز در طول پرواز به جلو و عقب، ضربه وارد میکنه،
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
و حیوان می تونه از اونها برای حس کردن چرخش بدنش استفاده کنه
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
و مانورهای دقیق وخیلی خیلی سریعی رو شروع کنه.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
اما همه این اطلاعات حسی لازمه که
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
بوسیله مغز پردازش بشه، وبله، قطعا مگسها مغز دارند،
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
مغزی با در حدود ۱۰۰٫۰۰۰ سلول عصبی.
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
اکنون افراد بسیاری در این کنفرانس
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
هنوز هیچی نشده پشنهاد میدن که مگس های میوه می تونن در خدمت علوم اعصاب باشن
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
چونکه اونها یک مدل ساده از عملکرد مغز هستند.
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
و مطلب اصلی بحثم اینه که،
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
من می خوام دوباره به سر (این حشره) برگردم.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
فکر نمی کنم مدل ساده ای از هرچیزی باشه.
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
به نظرم این مگسها یک مدل فوق العاده اند.
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
و اونها هستن که یه مدل فوق العاده برای مگس ها به حساب میان.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(خنده)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
بذارید مفهوم این سادگی رو بررسی کنیم.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
خب من فکر می کنم، متاسفانه، بسیاری از متخصصین اعصاب،
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
و همه ما تا حدودی خود شیفته هستیم.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
وقتی ما درباره مغز صحبت می کنیم، طبیعتا مغز خودمونو تصور می کنیم.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
اما به یاد داشته باشید این نوع از مغز،
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
که بسیار بسیار کوچک ترن
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
به جای ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی، از ۱۰۰٫۰۰۰ سلول عصبی تشکیل شدن--
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
اما این رایج ترین شکل مغز بر روی زمینه
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
و ۴۰۰ میلیون سال قدمت داره.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
و انصاف که بگیم که ساده ست؟
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
خب، از این لحاظ که داری سلولهای کمتری سادست،
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
اما آیا این معیار سنجش درسته؟
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
وبه نظر من این معیار سنجش درستی نیست.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
خب بگذارید کمی دربارش فکر کنیم. من فکر میکنم می بایست مقایسه کنیم--
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
(خنده)--
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
می بایست اندازه مغز رو
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
با توجه به توانایی هاش مقایسه کنیم.
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
خب بنظرم ما یه برگ برنده داریم،
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
و برگ برنده ما نسبت
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
کارنامه اخلاقی این مرد با سلولهای عصبی مغزش.
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
ما می خواهیم تعداد برگ برنده های مگس میوه رو محاسبه کنیم.
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
حالا کیا اینجا فکر میکنن برگ برنده های
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
مگس میوه بیشتر؟
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(تشویق)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
حضار خیلی باهوشی داریم.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
بله، نابرابری همینه که من اون بدیهی فرض کردم.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
من متوجه شدم که این موضوع کمی مضحک
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
که بخوایم کارنامه اخلاقی آدمها رو با مگس مقایسه کنیم.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
اما اجازه بدید یه حیوان دیگه روبراتون مثال بزنم مثلا موش.
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
یه موش ۱٫۰۰۰ برابر بیشتر از مگس سلول عصبی داره.
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
من درباره موشها مطالعه داشتم، وقتی درباره موشها مطالعه میکردم،
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
به آرومی صحبت می کردم.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
یدفعه یه موضوعی باعث شد تا روی مگس ها کار کنم.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(خنده)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
من فکر می کنم اگر تاریخ طبیعی مگسها وموشها رو مقایسه کنید،
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
واقعا قابل مقایسه ست. اونها باید دنبال غذا بگردن.
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
اونها در گیر رابطه عاشقانه میشن.
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
اونها رابطه جنسی دارن. اونها خودشونو از شکارچی ها پنهان می کنن.
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
اونها خیلی چیزهای مشابه انجام می دن.
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
اما من استدلالم اینه که مگسها کارهای بیشتری انجام می دن.
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
برای مثال ، یه سکانسی رو بهتون نشون میدهم.
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
و باید بگم که بخشی از بودجه کاریم رو ازارتش گرفتم،
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
و حالا می خوام این سکانس محرمانه رو بهتون نشون بدم
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
و نباید این موضوع رو با کسی خارج از این اتاق مطرح کنید، باشه؟
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
من ازتون می خوام که به ظرفیت بار
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
انتهای دم مگس نگاه کنید.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
با دقت نگاش کنید،
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
و متوجه می شید که چرا پسر شش ساله من
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
حالا می خواد یه متخصص اعصاب بشه.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
یه لحظه صبر کنید.
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
صبرکنید.
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
بنابر این حداقل تصدیق می‌کنید که اگرچه مگسهای میوه به اندازه موشها باهوش نیستند،
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
ولی هرچی باشه از کبوترها که باهوش ترند.(خنده)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
حال، من می خواهم بفهمم که این موضوع فقط بحث اعداد نیست
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
بلکه چالشی است برای مگسها برای محاسبه
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
هر چیزی که مغز اونها باید با سلولهای عصبی بسیار کوچیک محاسبه کنه.
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
خب این یه عکس قشنگ از سلولهای عصبی داخل مغز یه موشه
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
که از آزمایشگاه جف لیکمن تهیه شده،
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
شما می تونید عکسهای شگفت انگیزی از این مغزها رو ببینید
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
که اون در این بحث اونا رو به شما نشون میده.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
اما در گوشه بالا، در گوشه سمت راست، تصویری
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
با همان مقیاس، از سلولهای داخلی مغز مگس رو می بینید.
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
و من میخواهم بحث رو بازش کنم.
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
و اون یک سلول عصبی زیبای پیچیده ست.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
بسیار بسیار کوچک، و چالش های بیوفیزیکی بسیاری وجود داره
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
برای محاسبه اطلاعات با این سلول عصبی بسیار بسیار کوچک.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
چه مقدار کمی سلولهای عصبی می تونن دریافت کنن؟ خب، به این حشره جالب نگاه کنید.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
تا حدی شبیه مگسه. بال داره، چشم داره،
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
شاخک داره، پا داره، تاریخچه حیات پیچیده،
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
اون یک انگل، اون می پره تا کرم ابریشم پیدا کنه
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
و بعد انگل زایی کنه،
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
اما نه تنها مغزش هم اندازه دونه نمک،
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
که در مقایسه با مغز مگس میوه،
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
هم اندازه دونه نمک است.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
در اینجا موجودات زنده دیگری با همین مقیاس وجود داره.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
این حیوان به اندازه یک پارامیسیوم و یه جانور تک سلولی،
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
و مغزش دارای هفت هزار سلول عصبی که بسیار کوچک است--
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
شما میدونید اینها به عنوان سلولهای بدنی شناخته می شن تا حالا شنیده بودید،
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
هسته مرکزی سلولهای عصب اونها کجاست؟
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
این حیوون اونا رو از بین می بره چون جای زیادی رو اشغال می کنن.
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
خُب این درسی از خطوط مقدم علوم اعصاب است.
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
از نظر من یکی از خطوط مقدم علم اعصاب اینه که بفهمیم که چطور مغز اونا کار میکنه
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
اما بگذارید در این باره فکر کنیم. چطور میتونیم با مقدار کمی ازسلول های عصبی کارهای زیادی انجام بدیم؟
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
به نظرم، از دید یه مهندس،
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
این موضوع دارای چند بخشه.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
شما می تونید یه سخت افزار داشته باشید واز اون سخت افزار
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
برای چیزهای مختلف در زمان های مختلف استفاده کنید،
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
و یا بخش های مختلفی از یه سخت افزار داشته باشید که کارهای مختلفی انجام بده.
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
و اینها دو مفهومی هستن که می خوام دربارشون تحقیق کنم.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
اما این مفاهیمی که میخوام بگم مفاهیمی نیستند که من دنبالشون می گردم،
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
اما مفاهیمی اند که در گذشته ارائه شدن.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
یکی از این ایده ها از نوع جویدن خرچنگ ها برداشت شده.
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
البته منظورم جویدن خوده خرچنگ نیست.
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
من در بالتیمور بزرگ شدم و خیلی خوب خرچنگ می جوم.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
اما من دارم درباره عمل جویدن خود خرچنگ ها صحبت می کنم.
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
نوع جویدن خرچنگها بسیار جذاب است.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
خرچنگها این ساختارپیچیده رو زیر لاکشون دارن
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
که به اسم آسیاب معده شناخته میشه
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
غذا ها رو به روشهای مختلف خرد میکنه.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
و این فیلم آندوسکوپی این ساختار را نشان می‌دهد.
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
نکته جالب اینه که این بخش
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
به وسیله مجموعه ای از سلولهای بسیار ریز کنترل میشه
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
و می تونه مجموعه گسترده ای از الگوهای متفاوت حرکتی رو تولید کنه،
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
و دلیل اینکه می تونه این کارو بکنه اینه که این مجموعه سلولهای عصبی کوچک
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
در خرچنگ درواقع مملو از تعداد بسیار بسیار زیادی متغیرهای سلولهای عصبی ست.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
شما قبلا هم درباره متغیرهای سلولهای عصبی چیزهایی شنیده بودید.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
متغیرهای سلولهای عصبی بیشتری هم وجود داره
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
که تغییر ایجاد میکنند،که در این ساختار بیشتر از رشته های عصبی استفاده میشه تا سلولهای عصبی،
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
و اونها میتونن مجموعه الگوهای پیچیده تری رو ایجاد کنند.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
و این سیستم شگفت انگیز ایو ماردر و تعداد کثیری از همکارانش
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
مورد بررسی قرار دادن
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
که نشون میده چطور خوشه های کوچک ترسلولهای عصبی
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
می تونه کارهای بسیار بسیار بسیار زیادی انجام بده
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
بخاطر متغیرهای عصبی که می تونه به صورت لحظه به لحظه رخ بده.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
بنا براین در زمان به چند بخش تقسیم میشه.
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
شبکه سلولهای عصبی رو تصور کنید که تنها یک متغیر عصبی داره.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
شما یه مجموعه از سلولها رو انتخاب می کنید که یک نوع رفتار انجام میده،
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
یه متغیر عصبی دیگه، و یه مجموعه سلولهای دیگه
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
یه الگوهای متفاوت، ومیتونید تصور کنید که
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
شما میتونید یه سیستم بسیار بسیار پیچیده رو ملاک قرار بدید.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
مدرکی وجود داره که مگسها این کارو انجام میدن؟
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
خب، برای سالها در آزمیشگاه من و دیگر آزمایشگاه های سراسر جهان
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
ما رفتار مگس رو در محیط شبیه سازی پرواز مورد بررسی قرار دادیم.
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
شما می تونید مگس ببندینش به یه چیز چسبناک.
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
شما می تونید نیروی آیرودینامیکی که ایجاد می کنه رو بسنجید.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
شما می تونید بذارید مگس در یه صفحه نمایش پرواز کنه
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
ویه بازی ودیویی کوچیک انجام بده.
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
خب اجازه بدید یه سکانس کوچکی از اینو بهتون نشون بدم.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
این یه مگس
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
نمای بزرگی ازمگس زیر نور مادون قرمز ودر محیط شبیه سازی پرواز
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
و این بازی که مگس دوست داره انجام بده.
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
شما اجازه می دید که با یه بند کوچیک هدایت بشه،
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
و اونها تا همیشه با این بند کوچیک هدایت میشن.
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
این بخشی از سیستم هدایت بصری اونهاست.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
اما بسیار، بسیار به تازگی،
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
تغییر این نوع از عرصه رفتار فیزیواوژیکی میسر شده.
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
پس این مقدمه‌ای برای یکی ا شاگردان ز فوق دکترای سابق من به اسم
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
گبی میمن که اکنون در راکفلر، در بخش پیشبرد کار میکنه،
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
و این در واقع یه شبیه ساز پرواز
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
اما تحت شرایطی که شما واقعا بتونید یه الکترود
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
به مغز مگس بچسبونید
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
و سلول های عصبی شناخته شده ژنی رو در مغز مگس ثبت کنید.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
و این همان چیزی است که در یکی از این آزمایشات به نظر می‌رسه.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
و این یه سکانس از یکی دیگه از آزمایشگاه های فوق دکترا
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
بتینا اشنل.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
اثر سبز در قسمت پایین، نشانگر پتانسیل غشایی
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
سلولهای عصبی مغز مگس،
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
و شما می بینید که مگس شروع میکنه به پرواز، و مگس در واقع
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
چرخش الگوی بصری خودشو
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
بوسیله حرکت بالهاش کنترل می کنه،
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
و شما می تونید ببینید که این سلولهای عصبی داخلی
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
بهنگام پرواز مگسها به الگوی حرکتی بالها واکنش نشون میده.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
در واقع ما برای اولین بار تونستیم
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
سلول های عصبی مغز مگس در حین
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
اجرای رفتار های پیچیده مثل پرواز ثبت کنیم.
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
و یکی از درسهایی که ما یاد گرفتیم
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
این بود که فیزیولوژی سلولهایی که ما
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
سالهای متمادی در باره مگس های غیر فعال بررسی کردیم
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
شباهتی بین فیزیولوژی سلولهای
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
مگسهایی که در گیر رفتارهای فعالی
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
مانند پرواز کردن، راه رفتن و مانند اینهاست وجود نداره.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
و چرا فیزیولوژی شون فرق داره؟
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
خب، معلوم شد که متغیرهای سلولهای عصبی شون
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
درست مثل متغیرهای سلوهای عصبی در مجموعه سلولهای عصبی بسیار کوچک خرچنگ
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
این یه عکس از سیستم آکتوپومین.
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
آکتوپومین یه متغییر سلول عصبی
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
که به نظر میاد نقش مهمی در پرواز ودیگر رفتارها انجام میده.
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
اما این تنها یکی ازچندین متغیرهای سلولهای عصبی
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
موجود درمغز مگس
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
همینطوری که ما یاد می گیریم، من واقعا فکر میکنم،
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
تمام مغز مگس
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
مثل یه گونه بزرگی ازمجموعه سلولهای ستوماتیگاسریک stomatogastric از کار در بیاد
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
و این یکی ازدلایلی که با سلولهای عصبی بسیار کم می تونه کارهای زیادی انجام بده
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
حالا، ایده بعدی، راه دیگری برای چند بخشی کردن
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
چند بخشی کردن در فضا،
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
داشتن بخشهای مختلفی از سلولهای عصبی که
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
همزمان چیزهای مختلفی انجام بده.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
خب، در این جا دو نوع سلولهای عصبی متعارف وجود داره
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
از مهره دارها و بی مهره ها
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
یه سلول عصبی هرمی از رامونی کا خال،
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
سلولهای دیگر در سمت راست سلوهای عصبی داخلی غیر افزایشی‌اند،
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
و این کار آلن واتسون و مالکوم باروز در سالها پیش،
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
و مالکوم باروز به یه ایده جالب رسید
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
که بر این اساس این سلول های عصبی از ملخ ها
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
دارای پتانسیل فعالیت آتشین نیست.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
اون یه سلول غیر افزایشی.
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
بنابر این یه سلول معمولی، مثل سلولهای عصبی مغز ما
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
ناحیه ای داره به نام دندریت ها که ورودی رو دریافت،
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
و اون ورودی روی هم انباشته میشه
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
و پتانسیل فعالیت تولید می کنه
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
که به پائین اکسون میره و فعال میشه
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
تمامی خروجی بخش سلول عصبی رو فعال میکنه.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
اما سلول های غیر افزایشی در واقع کمی پیچیده هستند
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
چون اونها می تونن هم سیناپس های ورودی داشته باشن وهم سیناپس های خروجی
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
که همشون به هم پیوستن و هیچ پتانسیل عمل واحدی وجود نداره
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
که هم زمان همه خروجی ها رو هدایت کنه.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
پس این امکان وجود دارد که شما محفظه محاسباتی داشته باشید
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
که اجازه بده بخش های مختلف سلول عصبی
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
همزمان کارهای مختلفی انجام بده
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
پس این مفاهیم اولیه از چند کار کردی بودن در زمان
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
و چند کارکردی بودن در فضا،
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
که فکرم می کنم که این چیزها در مغز ما هم صدق می کنه،
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
اما دراین مورد فکر می کنم که حشرات حرف اول می زنن
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
پس امیدوارم دفعات بعد نظر تون به حشرات تغییر بدین،
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
من از این بالا می خوام بگم، خواهش میکنم قبل از اینکه اونارو بکشید کمی دربارش فکر کنید.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(تشویق)
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