TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
Michael Dickinson: Bagaimana seekor lalat dapat terbang?
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
Kemampuan seekor serangga untuk terbang mungkin merupakan capaian terbesar dalam evolusi. Michael Dickinson mempelajari bagaimana lalat rumah dapat terbang dengan sayap yang sangat lembut, berkat kepakan sayap yang pintar dan otot terbang yang kuat dan tangkas. Resep rahasianya adalah: otak lalat yang luar biasa hebat. (Difilmkan di 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
Saya tumbuh dewasa menonton Star Trek. Saya suka sekali film Star Trek.
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
Star Trek membuat saya ingin melihat makhluk asing,
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
dari dunia yang jauh.
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
Tapi saya tahu bahwa saya dapat menemukan
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
makhluk asing itu di bumi.
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
Untuk itu saya mempelajari serangga.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
Saya terobsesi dengan serangga, terutama bagaimana serangga bisa terbang.
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
Saya kira peristiwa evolusi terbangnya serangga
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
mungkin adalah salah satu peristiwa yang paling penting dalam sejarah kehidupan.
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
Tanpa serangga, tidak ada tumbuhan berbunga.
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
Tanpa tumbuhan berbunga, tidak akan ada
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
primata cerdik pemakan buah, yang berbicara di TED
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(Tawa)
00:53
Now,
13
37988
1987
Sekarang,
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
David, Hidehiko, dan Ketaki
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
memberikan cerita menarik tentang
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
kesamaan antara lalat buah dengan manusia,
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
ada banyak kesamaan,
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
sehingga Anda akan berpikir bahwa manusia mirip dengan lalat buah,
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
sebagai contoh mungkin inilah perilaku favorit lalat buah
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
(Tawa)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
dalam uraian ini, saya tidak ingin terfokus pada kesamaan
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
antara manusia dan lalat buah, namun lebih pada perbedaannya,
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
terutama pada perilaku yang menurut saya merupakan keahlian lalat buah.
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
Saya ingin memperlihatkan sebuah rangkaian video berkecepatan tinggi
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
tentang lalat buah yang direkam dengan 7000 frame per detik menggunakan pencahayaan infra merah,
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
di sebelah kanan, di luar layar, ada pemangsa elektronik menakutkan
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
yang akan menuju ke arah lalat.
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
Si lalat akan merasakan kehadiran pemangsa.
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
Dia akan menjulurkan kakinya keluar.
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
Dia akan menjauh
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
untuk bertahan hidup.
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
Saya sudah memotong sekuen ini dengan hati-hati
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
sehingga persis sama dengan durasi kedipan mata manusia,
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
jadi waktu yang dibutuhkan untuk mengedipkan mata Anda,
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
sama dengan waktu si lalat melihat pemangsa menakutkan ini,
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
memperkirakan posisinya, memulai pola gerakan terbang menjauh,
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
lalu mengepakkan sayapnya 220 kali per detik.
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
Saya kira ini adalah perilaku yang mengagumkan
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
yang memperlihatkan seberapa cepat otak lalat mengolah informasi.
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
Soal terbang -- apa yang dibutuhkan untuk terbang?
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
Untuk bisa terbang, sebagaimana pada pesawat udara buatan manusia,
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
dibutuhkan sayap yang dapat menghasilkan daya aerodinamik,
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
diperlukan juga sebuah mesin yang dapat menghasilkan tenaga untuk terbang,
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
dan sebuah pengontrol,
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
pada pesawat pertama ciptaan manusia, pengontrolnya adalah
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
otak Orville dan Wilbur yang duduk di kokpit.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
Sekarang bagaimana jika dibandkingkan dengan lalat?
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
Saya menghabiskan sebagian besar waktu di awal karir saya untuk menemukan
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
bagaimana sayap lalat menghasilkan daya yang cukup untuk terbang di udara.
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
Anda mungkin sudah mendengar bagaimana para insinyur membuktikan
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
bahwa lebah (bumblebee) tidak dapat terbang.
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
Masalahnya, awalnya sayap serangga diperkirakan
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
berfungsi sama seperti sayap pesawat udara. Ternyata tidak.
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
Untuk mengatasi masalah ini, kami membuat
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
model robot serangga raksasa dinamik
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
yang akan mengepakkan sayapnya dalam kolam minyak mineral raksasa
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
sehingga kita dapat mempelajari daya aerodinamiknya.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
Dan ternyata serangga mengepakkan sayapnya
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
dengan cara yang sangat cerdik, pada sudut yang sangat tinggi
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
dan menciptakan struktur pada bagian ujung sayap,
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
struktur kecil seperti tornado yang disebut vorteks tepi,
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
dan vorteks inilah yang memungkinkan sayap
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
untuk menghasilkan daya yang cukup untuk tetap berada di udara.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
Tapi hal yang paling menarik adalah
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
bahwa sayap ini memiliki bentuk yang unik
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
Hal yang paling cerdik adalah cara lalat mengepakkannya,
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
yang tentunya dikontrol oleh sistem saraf,
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
yang memungkinkan lalat untuk melakukan
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
manuver udara yang luar biasa.
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
Sekarang, bagaimana dengan mesinnya?
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
Mesin lalat sangat mengagumkan.
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
Lalat memiliki dua jenis otot terbang:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
yang disebut otot tenaga, yang diaktifkan dengan peregangan,
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
yang berarti bahwa otot itu mengaktifkan dirinya sendiri dan tidak perlu dikontrol
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
dengan prinsip kerja kontraksi oleh kontraksi pada sistem saraf.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
Otot ini dikhususkan untuk menghasilkan tenaga yang besar yang dibutuhkan untuk terbang,
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
dan otot inimengisi bagian tengah tubuh lalat,
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
jadi saat seekor lalat menghantam kaca mobil Anda,
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
Anda sebenarnya melihat otot tenaga lalat.
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
Dan yang menempel pada bagian dasar sayap
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
adalah sekumpulan otot mini yang teratur
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
yang sama sekali tidak kuat, tetapi sangat cepat
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
dan dapat mengkonfigurasi ulang engsel sayap
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
berdasarkan kepakan demi kepakan,
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
dan memungkinkan lalat untuk mengubah sayapnya
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
dan menghasilkan perubahan tenaga aerodinamik
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
untuk mengubah lintasan terbangnya.
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
Dan tentunya, ada sistem saraf yang berfungsi mengontrol semua ini.
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
Jadi mari kita lihat pengontrolnya.
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
Sekarang si lalat unggul dalam hal sensor
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
yang digunakan untuk mengatasi masalah ini.
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
Lalat memiliki antena yang merasakan bau dan mendeteksi angin,
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
memiliki mata yang canggih
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
yang merupakan sistem visual yang paling cepat di bumi.
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
Lalat memiliki sekumpulan mata pada bagian atas kepalanya.
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
Kami belum mengetahui apa fungsinya.
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
Lalat memiliki sensor pada sayapnya.
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
Sayapnya dipenuhi sensor, termasuk sensor
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
yang dapat merasakan perubahan bentuk sayap.
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
Mereka bahkan dapat merasakan dengan sayapnya.
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
Salah satu sensor tercanggih yag dimiliki lalat adalah
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
sebuah struktur yang disebut halter.
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
Halter ini sebenarnya adalah giroskop (alat penentu orientasi)
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
Alat ini bergetar bolak balik pada frekuensi 200 hertz selama terbang,
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
dan hewan ini dapat menggunakannya untuk merasakan putaran tubuhnya
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
dan memulai manuver perbaikan yang sangat cepat.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
Namun semua informasi sensori ini harus diproses
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
oleh otak, dan lalat memang memiliki otak,
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
otak dengan 100.000 neuron
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
Beberapa orang dalam konferensi ini
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
sudah mengungkapkan bahwa lalat buah dapat menjadi alat untuk mempelajari saraf
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
karena lalat adalah model sederhana dari fungsi otak.
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
Dan penekanan dari pembicaraan saya adalah,
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
saya ingin mengarahkannya pada kepala si lalat.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
Menurut saya ini bukan hanya model sederhana.
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
Saya kira lalat adalah model yang hebat.
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
Model yang hebat untuk terbang.
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(Tawa)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
Mari kita jelajahi pendapat tentang kesederhanaan ini.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
Sayangnya, saya kira banyak ahli saraf
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
dan kita semua agak narsis.
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
Saat kita berpikir tentang otak, tentunya kita akan membayangkan otak kita sendiri.
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
Tapi ingatlah, otak jenis ini,
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
yang jauh lebih kecil
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
-- yang hanya memiliki 100.000 neuron, bukan 100 juta neuron --
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
adalah jenis otak paling banyak ditemukan di bumi
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
selama 400 juta tahun.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
Jadi apakah adil untuk menyebutnya sederhana?
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
Mungkin sederhana dari segi memiliki lebih sedikit neuron,
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
namun apakah ini juga adil?
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
Saya menyatakan bahwa ini bukan ukuran yang adil.
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
Mari kita pilah-pilah. Saya kira kita harus membandingkan --
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
(Tawa)
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
kita harus membandingkan antara ukuran otak
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
dengan apa yang bisa dilakukan otak.
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
Jadi saya usulkan kita memiliki angka Trump,
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
angka Trump itu adalah perbandingan antara
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
perilaku manusia dengan jumlah neuron di otaknya.
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
Kita hitung angka Trump untuk lalat buah.
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
Sekarang, barapa banyak hadirin yang setuju bahwa angka Trump
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
lalat buah lebih tinggi?
06:58
(Applause)
142
402449
2431
(Tepuk tangan)
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
Hadirin yang ada di sini sangat cerdas.
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
Ya, ketidakadilan menuju kearah ini, dan saya ingin mengungkapkannya.
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
Saya tahu ini kurang masuk akal
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
untuk membandingkan kebiasaan manusia dengan lalat.
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
Mari kita ambil contoh hewan lain saja. Seekor tikus
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
Seekor tikus memiliki neuron 1.000 kali lebih banyak daripada seekor lalat.
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
Saya biasa mempelajari tikus. Pada saat mengamati tikus
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
Saya biasanya berbicara sangat pelan.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
Lalu sesuatu terjadi saat saya mulai mengamati lalat.
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
(Tawa)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
Jika Anda membandingkan penelitian tentang lalat dan tikus,
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
ini sangat bisa dibandingkan. Mereka sama-sama harus mencari makan.
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
Sama-sama harus bercumbu,
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
melakukan hubungan seks, bersembunyi dari pemangsa.
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
Mereka melakukan banyak hal yang sama.
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
Tapi menurut saya lalat melakukan lebih banyak hal.
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
Sebagai contoh, saya akan memperlihatkan sebuah rangkaian video,
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
sebagai selingan, beberapa bagian riset saya dibiayai oleh militer,
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
jadi harap jangan bocorkan rangkaian rahasia
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
yang saya perlihatkan pada Anda, ya?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
Jadi silahkan lihat ke muatan
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
di bagian ekor lalat buah.
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
Amati dengan baik,
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
dan Anda akan faham mengapa anak saya yang berusia enam tahun
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
sekarang bercita-cita menjadi ahli saraf.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
Tunggu sebentar.
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
Pshhew.
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
Anda harus mengakui bahwa meski lalat buah tidak sepintar tikus,
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
setidaknya mereka sepintar burung dara. (Tawa)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
Sekarang saya ingin menerangkan bahwa ini tidak hanya sekedar angka
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
tapi juga tantangan bagi seekor lalat untuk menghitung
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
apa saja yang harus diperkirakan oleh neuron sekecil itu.
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
Ini adalah gambar visual interneuron dari seekor tikus
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
dari lab milik Jeff Lichtman,
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
Anda bisa melihat gambar otak yang indah
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
yang diperlihatkannya dalam uraiannya.
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
Di pojok kanan atas, Anda dapat melihat,
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
visualisasi interneuron seekor lalat pada skala yang sama,
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
Saya akan memperbesarnya.
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
Ini adalah neuron kompleks yang cantik.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
Sangat kecil, sehingga tantangan biofisikanya sangat besar
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
untuk bisa menghitung informasi dari neuron super kecil ini.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
Seberapa kecil sebuah neuron itu? Mari kita lihat serangga yang menarik ini.
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
Mirip dengan seekor lalat. Dia memiliki sayap dan mata,
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
Dia juga memiliki antena, kaki, dan siklus hidup yang kompleks,
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
dia adalah seekor parasit, yang harus terbang kemana-mana untuk menemukan ulat
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
untuk menumpang,
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
tapi bukan hanya otaknya yang seukuran butiran garam itu
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
yang bisa dibandingkan dengan otak lalat buah,
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
ya, ukurannya sama dengan sebutir garam.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
Jadi disini ada beberapa organisme yang memiliki ukuran yang sama.
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
Hewan ini sebesar paramesium dan amuba,
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
dan memiliki otak sangat kecil dengan 7.000 neuron --
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
benda-benda ini disebut dengan badan sel seperti yang sudah sering Anda dengar,
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
di mana inti sel neuron berada?
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
Hewan ini tidak memilikinya karena terlalu banyak memakan tempat..
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
Ini adalah sesi tentang ilmu saraf tepi.
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
Saya akan menempatkan saraf tepi ini dalam ilmu saraf untuk menemukan bagaimana otaknya bekerja.
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
Mari kita berpikir bagaimanasejumlah kecil saraf dapat melakukan banyak pekerjaan?
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
Dari sudut pandang insinyur,
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
ini dapat disebut multiplexing.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
Anda memiliki sebuah perangkat keras dan perangkat tersebut
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
melakukan hal-hal yang berbeda pada saat yang berbeda,
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
atau bagian yang berbeda dari perangkat keras itu melakukan hal yang berbeda.
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
Dua konsep ini yang ingin saya pelajari.
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
Ini bukan konsep saya,
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
tapi konsep yang dulu telah diajukan oleh orang lain
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
Salah satu konsep itu berasal dari kepiting pengunyah.
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
Maksud saya bukan mengunyah kepiting.
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
Saya besar di Baltimore, dan saya sangat ahli dalam mengunyah kepiting.
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
Tapi yang saya bicarakan adalah kepiting yang benar-benar mengunyah.
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
Bagaimana kepiting mengunyah sebenarnya sangat menarik.
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
Kepiting memiliki struktur yang kompleks di bawah cangkangnya
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
yang disebut lambung penggiling
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
yang menggiling makanannya dengan berbagai cara berbeda.
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
Ini adalah film endoskopik mengenai struktur ini.
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
Yang mengagumkan adalah benda ini dikendalikan
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
oleh satu set neuron yang sangat kecil, sekitar dua lusin neuron
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
yang dapat menghasilkan beragam pola motor berbeda,
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
dan alasan mengapa neuron ini dapat melakukannya adalah karena ganglion kecil
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
yang berada di dalam tubuh kepiting ini sebenarnya dipenuhi oleh banyak sekali neuromodulator.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
Anda sudah mendengar tentang neuromodulator sebelumnya.
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
Ada banyak neuromodulator
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
yang mempengaruhi, dan memasoki neuron ke struktur ini, bukan hanya sekedar neuron
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
karena sanggup menghasilkan sejumlah pola kompleks.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
Ini adalah hasil karya Eve Marder dan kolega-koleganya
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
yang telah mempelajari sistem yang mengagumkan ini,
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
yang memperlihatkan sekumpulan kecil neuron
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
dapat melakukan banyak hal
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
karena neuromodulasi yang dapat terjadi pada saat-saat tertentu.
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
Jadi pada dasarnya sistem ini adalah multiplexing dalam hal waktu.
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
Bayangkan sebuah jaringan neuron dengan satu neuromodulator.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
Lalu kita pilih satu set sel untuk melakukan hal tertentu,
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
neuromodulator lain dan satu set sel lainnya,
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
dengan pola yang berbeda, dan Anda bisa bayangkan
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
bahwa Anda dapat mengembangkannya pada sistem yang sangat-sangat kompleks.
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
Apakah ada bukti bahwa lalat dapat melakukan hal ini?
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
Bertahun-tahun saya dan para ahli lainnya bekerja di laboratorium di seluruh dunia,
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
kami mempelajari perilaku terbang lalat dalam simulator terbang kecil.
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
Lalat dapat ditambatkan pada sepotong kayu.
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
Kemudian Anda dapat mengukur daya aerodinamis yang dihasilkannya.
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
Anda juga dapat memanipulasi lalat untuk memainkan game video sederhana
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
dengan cara membiarkannya terbang pada pertunjukkan visual.
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
Mari saya perlihatkan sebuah rangkaian video singkat ini.
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
Ini adalah seekor lalat
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
dan sebuah pemindai lalat berinfra merah dalam simulator terbang,
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
dan si lalat menyukai permainan ini.
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
Kita membiarkan mereka terbang melewati garis ini,
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
maka mereka akan selalu terbang menuju garis ini.
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
Karena ini adalah bagian dari sistem pemandu visual mereka.
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
Baru-baru ini, kami dapat
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
memodifikasi arena perilaku ini untuk penelitian fisiologi.
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
Jadi alat ini disiapkan oleh salah satu post doktoral saya
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
bernama Gaby Maimon, yang sekarang bekerja di Rockefeller, yang mengembangkan,
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
simulator terbang ini
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
sehingga Anda dapat menancapkan sebuah elektroda
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
ke otak lalat dan merekamnya
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
dari sebuah neuron di dalam otak lalat yang sudah diidentifikasi secara genetik
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
Inilah salah satu bentuk percobaan yang kami lakukan.
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
Sebuah rangkaian video dari post doktoral yang lain di laboratorium,
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
Bettina Schnell.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
Jejak hijau dibagian bawah adalah potensial membran
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
dari sebuah neuron di otak lalat,
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
Anda akan lihat si lalat mulai terbang, dan dia benar-benar
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
mengontrol perputaran pola visualnya sendiri
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
melalui gerakan sayapnya,
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
Anda bisa melihat interneuron visual ini
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
bereaksi terhadap pola gerakan sayap saat lalat terbang.
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
Jadi untuk pertama kami mampu merekam
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
dari neuron di dalam otak lalat
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
saat melakukan perilaku rumit seperti terbang.
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
Salah satu pelajaran yang kami peroleh adalah
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
fisiologi sel yang sedang kami pelajari
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
bertahun-tahun pada lalat yang tidak aktif
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
tidaklah sama dengan fisiologi sel tersebut
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
saat si lalat benar-benar dalam perilaku aktif
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
seperti terbang, berjalan, dan sebagainya.
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
Mengapa berbeda secara fisiologi?
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
Ternyata neuromodulator ini,
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
sama seperti neuromodulator mini dalam ganglion kepiting.
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
Ini adalah gambar sistem oktopamin.
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
Oktopamin adalah sebuah neuromodulator
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
yang tampak memiliki peran penting saat terbang atau pada aktifitas lainnya
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
Tapi ini hanya salah satu dari banyak neuromodulator
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
di dalam otak lalat.
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
Saya rasa semakin kita mempelajarinya,
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
ternyata seluruh otak lalat
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
hanyalah sebuah bentuk besar dari ganglion stomogastrik,
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
karena itulah otak lalat dapat melakukan begitu banyak hal hanya dengan sedikit ganglion.
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
Ide lain dari multiplexing
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
adalah multiplexing dalam ruang,
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
yakni memiliki bagian neuron
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
yang melakukan hal berbeda di saat yang sama.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
Disini ada dua set neuron kanonikal
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
dari hewan bertulang belakang dan tidak bertulang belakang,
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
sebuah neuron piramid manusia dari Raimon y Cajal,
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
dan sebuah sel lagi yang di sebelah kanan, interneuron non-spiking
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
ini adalah hasil penelitian Alan Watson dan Malcolm Burrows beberapa tahun yang lalu,
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
Malcolm Burrows memiliki ide menarik
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
berdasarkan fakta bahwa neuron dari belalang ini
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
tidak menghasilkan potensial aksi.
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
Jadi ini merupakan sel non-spiking.
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
Selnya khas seperti neuron di otak kita,
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
memiliki bagian yang disebut dendrit yang menerima rangsang,
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
dan mengumpulkannya
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
serta menghasilkan potensial aksi
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
yang menuju ke arah akson dan mengaktifkan
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
semua daerah penghasil reaksi di neuron.
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
Tapi sebenarnya neuron non-spiking agak sedikit kompleks
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
karena memperoleh masukan dan keluaran sinaps
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
saling tumpang tindih, tanpa adanya sebuah potensial aksi
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
yang akan menghasilkan reaksi pada saat yang sama.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
Jadi kemungkinan ada pemisahan penghitungan
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
yang memungkinkan bagian neuron yang berbeda
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
melakukan hal yang sama pada saat yang sama.
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
Jadi konsep dasarnya adalah multitasking dalam satu waktu
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
dan multitasking dalam ruang,
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
Sama halnya dengan otak kita,
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
tapi saya kira serangga adalah ahli yang sebenarnya.
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
Jadi saya berharap Anda akan mengubah cara pandang Anda tentang serangga nantinya,
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
jadi berpikirlah dulu sebelum Anda memukul serangga.
15:47
(Applause)
324
931882
2953
(Tepuk tangan)
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