TEDGlobal 2010
Gero Miesenboeck: Re-engineering the brain
Gero Miesenboeck tái cấu trúc não bộ.
Filmed:
Readability: 4.7
717,411 views
Trên chặng đường gian lao để lập bản đồ bộ não, rất nhiều nhà khoa học đã cố gắng vượt qua những thử thách vô cùng khó khăn để ghi nhận hoạt động của từng tế bào thần kinh. Đi ngược lại xu hướng này, Gero Miesenboeck thao tác trên những tế bào thần kinh nhất định để tìm hiểu một cách chính xác xem chúng có vai trò gì. Nhà khoa học này cùng với hàng loạt thí nghiệm tinh vi sắc sảo đã làm thay đổi cách ruồi giấm cảm nhận ánh sáng.
Gero Miesenboeck - Optogeneticist
Using light and a little genetic engineering -- optogenetics -- Gero Miesenboeck has developed a way to control how living nerve cells work, and advanced understanding of how the brain controls behavior. Full bio
Using light and a little genetic engineering -- optogenetics -- Gero Miesenboeck has developed a way to control how living nerve cells work, and advanced understanding of how the brain controls behavior. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
I have a doppelganger.
0
0
3000
Tôi có một bản sao ma quái của chính mình!
00:18
(Laughter)
1
3000
3000
(Cười)
00:21
Dr. Gero is a brilliant
2
6000
3000
Tiến sĩ Gero là một nhà khoa học xuất chúng
00:24
but slightly mad scientist
3
9000
2000
nhưng hơi hơi điên
00:26
in the "Dragonball Z: Android Saga."
4
11000
3000
trong viên ngọc rồng Z thuộc "Tiểu thuyết Saga của người máy giả nhân".
00:29
If you look very carefully,
5
14000
2000
Nếu bạn quan sát kĩ càng,
00:31
you see that his skull has been replaced
6
16000
3000
bạn sẽ thấy hộp sọ của ông ta đã bị thay thế
00:34
with a transparent Plexiglas dome
7
19000
2000
với một cái vòm Plexiglas trong suốt
00:36
so that the workings of his brain can be observed
8
21000
3000
nhờ vậy mọi hoạt động của não có thể được quan sát
00:39
and also controlled with light.
9
24000
3000
và điều khiển với án sáng.
00:42
That's exactly what I do --
10
27000
2000
Đó chính xác là điều mà tôi làm -
00:44
optical mind control.
11
29000
2000
kiểm soát suy nghĩ bằng quang học.
00:46
(Laughter)
12
31000
2000
(cười)
00:48
But in contrast to my evil twin
13
33000
2000
Nhưng trái hẳn với kẻ sinh đôi quỷ quái của tôi,
00:50
who lusts after world domination,
14
35000
3000
cái kẻ luôn mơ mộng thống trị thế giới,
00:53
my motives are not sinister.
15
38000
3000
mục tiêu của tôi hoàn toàn trong sáng chứ không tàn bạo hay ác ôn.
00:56
I control the brain
16
41000
2000
Tôi kiểm soát não bộ
00:58
in order to understand how it works.
17
43000
2000
để hiểu cách thức vận hành của nó.
01:00
Now wait a minute, you may say,
18
45000
2000
Hãy đợi một chút nhá, có thể bạn sẽ nói
01:02
how can you go straight to controlling the brain
19
47000
3000
làm sao mà anh chàng này kiểm soát được não
01:05
without understanding it first?
20
50000
2000
khi vẫn chưa hiểu nó?
01:07
Isn't that putting the cart before the horse?
21
52000
3000
Chẳng khác nào dùng xe thồ để kéo ngựa thay vì dùng ngựa kéo xe thồi?
01:11
Many neuroscientists agree with this view
22
56000
3000
Rất nhiều nhà thần kinh học đồng ý với quan điểm này
01:14
and think that understanding will come
23
59000
3000
họ nghĩ rằng sự hiểu biết sẽ đến từ
01:17
from more detailed observation and analysis.
24
62000
3000
các quan sát chi tiết và phân tích tỉ mỉ.
01:20
They say, "If we could record the activity of our neurons,
25
65000
4000
Họ nói, "Nếu như chúng ta có thể ghi nhận lại hoạt động của từng tế bào thần kinh,
01:24
we would understand the brain."
26
69000
3000
chúng ta sẽ hiểu rõ bộ não."
01:27
But think for a moment what that means.
27
72000
3000
Nhưng hãy nghĩ một chút về ý nghĩa của điều này.
01:30
Even if we could measure
28
75000
2000
Cho dù ta có đo đạc được
01:32
what every cell is doing at all times,
29
77000
2000
công việc của từng tế bào tại tất cả thời điểm
01:34
we would still have to make sense
30
79000
2000
chúng ta còn phải giải mã xem
01:36
of the recorded activity patterns,
31
81000
2000
các chuỗi hoạt động đó có ý nghĩa gì,
01:38
and that's so difficult,
32
83000
2000
điều đó là rất khó,
01:40
chances are we'll understand these patterns
33
85000
2000
khả năng là chúng ta sẽ hiểu những chuỗi hoạt động này,
01:42
just as little as the brains that produce them.
34
87000
3000
cũng ít như bộ não đã sản sinh ra chúng.
01:45
Take a look at what brain activity might look like.
35
90000
3000
Hãy thử xem coi hoạt động của não bộ trông như thế nào nhé.
01:48
In this simulation, each black dot
36
93000
2000
Trong lần kích thích này, mỗi điểm đen
01:50
is one nerve cell.
37
95000
2000
là một neuron - tế bào thần kinh.
01:52
The dot is visible
38
97000
2000
Chung ta chỉ nhìn thấy các điểm này
01:54
whenever a cell fires an electrical impulse.
39
99000
2000
khi nào tế bào có lực điện trường đi qua.
01:56
There's 10,000 neurons here.
40
101000
2000
Có khoảng 10 ngàn neuron ở đây.
01:58
So you're looking at roughly one percent
41
103000
2000
Vậy là, bạn chỉ mới quan sát được khoảng 1%
02:00
of the brain of a cockroach.
42
105000
3000
bộ não của một con gián thôi đó!
02:04
Your brains are about 100 million times
43
109000
3000
Não của chính bạn thì phức tạp gấp 100 triệu lần
02:07
more complicated.
44
112000
2000
vâng, 100 triệu lần cỗ máy đơn giản này.
02:09
Somewhere, in a pattern like this,
45
114000
2000
Ở đâu đó, những chuỗi tín hiệu này
02:11
is you,
46
116000
2000
là chính bạn,
02:13
your perceptions,
47
118000
2000
là quan niệm và nhận thức của bạn,
02:15
your emotions, your memories,
48
120000
3000
là cảm xúc, là trí nhớ,
02:18
your plans for the future.
49
123000
2000
là kế hoạch của bạn trong tương lai
02:20
But we don't know where,
50
125000
2000
Nhưng chúng ta không biết ở đâu
02:22
since we don't know how to read the pattern.
51
127000
3000
vì chúng ta không biết cách đọc những chuỗi tín hiệu này.
02:25
We don't understand the code used by the brain.
52
130000
3000
Chúng ta không hiểu thứ ngôn ngữ được não sử dụng.
02:28
To make progress,
53
133000
2000
Đẻ có thể đi xa hơn,
02:30
we need to break the code.
54
135000
2000
chúng ta phải tìm cách phá vỡ các mật mã này.
02:32
But how?
55
137000
2000
Nhưng bằng cách nào đây?
02:35
An experienced code-breaker will tell you
56
140000
2000
Một nhà phá mật mã có kinh nghiệm sẽ nói với bạn rằng
02:37
that in order to figure out what the symbols in a code mean,
57
142000
3000
để tìm hiểu xem kí hiệu trên một mật mã có ý nghĩa gì,
02:40
it's essential to be able to play with them,
58
145000
3000
điều cần thiết là phải có khả năng chơi với chúng,
02:43
to rearrange them at will.
59
148000
2000
sắp xếp chúng theo cách bạn mong muốn.
02:45
So in this situation too,
60
150000
2000
Và trong tình huống này cũng vậy,
02:47
to decode the information
61
152000
2000
để giải mã các thông tin
02:49
contained in patterns like this,
62
154000
2000
bên trong những chuỗi tính hiệu này,
02:51
watching alone won't do.
63
156000
2000
chỉ quan sát thôi thì không đủ.
02:53
We need to rearrange the pattern.
64
158000
2000
Chúng ta cần phải sắp xếp lại chúng.
02:55
In other words,
65
160000
2000
Nói cách khác,
02:57
instead of recording the activity of neurons,
66
162000
2000
thay vì ghi nhận hoạt động của neuron,
02:59
we need to control it.
67
164000
2000
chúng ta phải điều khiến nó.
03:01
It's not essential that we can control
68
166000
2000
Chúng ta không cần thiết phải kiếm soát toàn bộ
03:03
the activity of all neurons in the brain, just some.
69
168000
3000
các neuron bên trong não, chỉ cần một vài neuron là đủ.
03:06
The more targeted our interventions, the better.
70
171000
2000
Sự can thiệp của chúng ta càng đưỡ xác định rõ ràng càng tốt.
03:08
And I'll show you in a moment
71
173000
2000
Tôi sẽ cho bạn thấy trong một khoảng khắc
03:10
how we can achieve the necessary precision.
72
175000
3000
làm cách nào chúng ta đạt được độ chính xác cần thiết.
03:13
And since I'm realistic, rather than grandiose,
73
178000
3000
Và tôi khá là thực tế chứ không hão huyền.
03:16
I don't claim that the ability to control the function of the nervous system
74
181000
3000
Tôi không dám chắc rằng khả năng kiểm soát chức năng của hệ thần kinh
03:19
will at once unravel all its mysteries.
75
184000
3000
có thể ngay lập tức giúp chúng ta khám phá mọi bí ẩn của nó.
03:22
But we'll certainly learn a lot.
76
187000
3000
Nhưng chắc chắn chúng ta sẽ biết được rất nhiều từ đó.
03:27
Now, I'm by no means
77
192000
2000
Và tôi bây giờ không có cách nào
03:29
the first person to realize
78
194000
2000
là người đầu tiên nhận ra
03:31
how powerful a tool intervention is.
79
196000
3000
sức mạnh to lớn của các công cụ can thiệp này.
03:34
The history of attempts
80
199000
2000
Lịch sử của những lần cố gắng
03:36
to tinker with the function of the nervous system
81
201000
2000
để kết nối chức năng của hệ thần kinh
03:38
is long and illustrious.
82
203000
2000
là một lịch sử dài và vinh quang.
03:40
It dates back at least 200 years,
83
205000
3000
Ít nhất nó đã kéo dài hơn 200 năm rồi,
03:43
to Galvani's famous experiments
84
208000
2000
nó bắt đầu từ thời các thí nghiệm nổi tiếng của Galvani
03:45
in the late 18th century and beyond.
85
210000
3000
hồi cuối thế kỉ 18, và thậm chí là xa hơn nữa kia.
03:49
Galvani showed that a frog's legs twitched
86
214000
3000
Galvani chứng minh rằng chân của mấy chú ếch bị co giật
03:52
when he connected the lumbar nerve
87
217000
2000
khi ông nối những dây thần kinh thắt lưng
03:54
to a source of electrical current.
88
219000
3000
với một luồng điện.
03:57
This experiment revealed the first, and perhaps most fundamental,
89
222000
3000
Thí nghiệm này đã làm sáng tỏ một điều đầu tiên, và có lẽ là quan trọng nhất,
04:00
nugget of the neural code:
90
225000
2000
nó là quặng vàng trong mật mã thần kinh:
04:02
that information is written in the form
91
227000
2000
thông tin này đã được viết lại trong hình hài
04:04
of electrical impulses.
92
229000
3000
của các luồng xung điện.
04:08
Galvani's approach
93
233000
2000
Phương thức tiếp cận của Galvani
04:10
of probing the nervous system with electrodes
94
235000
2000
- thử nghiệm hệ thần kinh với các cực điện
04:12
has remained state-of-the-art until today,
95
237000
3000
vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho tới tận ngày nay
04:15
despite a number of drawbacks.
96
240000
3000
mặc dù còn khá nhiều nhược điểm.
04:18
Sticking wires into the brain is obviously rather crude.
97
243000
3000
Dĩ nhiên là việc gắn dây điện vô não khá tàn bạo.
04:21
It's hard to do in animals that run around,
98
246000
2000
Rất khó để thực hiện đối với những con vật di chuyển nhiều,
04:23
and there is a physical limit
99
248000
2000
và có sự hạn chế nhất định về mặt cơ học
04:25
to the number of wires
100
250000
2000
đối với số lượng dây điện
04:27
that can be inserted simultaneously.
101
252000
3000
có thể được gắn cùng lúc.
04:30
So around the turn of the last century,
102
255000
2000
Vì vậy, khoảng cuối thế kỉ vừa rồi,
04:32
I started to think,
103
257000
2000
tôi bắt đầu nghĩ,
04:34
"Wouldn't it be wonderful if one could take this logic
104
259000
3000
chẳng phải là rất tuyệt sao, nếu như một người có thể nắm vững logic này
04:37
and turn it upside down?"
105
262000
2000
và lật ngược lại nó.
04:39
So instead of inserting a wire
106
264000
2000
Thay vì gắn một sợi dây điện
04:41
into one spot of the brain,
107
266000
3000
vào một điểm của bộ não,
04:44
re-engineer the brain itself
108
269000
2000
tôi tái thiết lại bộ não
04:46
so that some of its neural elements
109
271000
3000
để một vài nhân tố thần kinh trong đó
04:49
become responsive to diffusely broadcast signals
110
274000
3000
có khả năng đáp ứng với nhiều tín hiệu thông tin khác nhau
04:52
such as a flash of light.
111
277000
3000
ví dụ như là một chùm ánh sáng chẳng hạn.
04:55
Such an approach would literally, in a flash of light,
112
280000
3000
Phương pháp tiếp cận này sẽ, về mặt lý thuyết, vượt qua được rất nhiều trở ngại
04:58
overcome many of the obstacles to discovery.
113
283000
3000
để chúng ta khám phá bí ẩn của não bộ chỉ trong vòng một ánh chớp.
05:01
First, it's clearly a non-invasive,
114
286000
3000
Trước hết, phương pháp này không gây đau đớn,
05:04
wireless form of communication.
115
289000
3000
đó là một dạng trao đổi tín hiệu không cần tới dây.
05:07
And second, just as in a radio broadcast,
116
292000
2000
Thứ hai, cũng như khi dùng sóng radio,
05:09
you can communicate with many receivers at once.
117
294000
3000
bạn có thể giao tiếp với nhiều người nghe cùng một lúc.
05:12
You don't need to know where these receivers are,
118
297000
3000
Bạn không cần biết những người nghe này đang nằm ở đâu
05:15
and it doesn't matter if these receivers move --
119
300000
2000
và việc họ có di chuyển tới đâu đi chăng nữa cũng không thành vấn đề
05:17
just think of the stereo in your car.
120
302000
3000
cũng giống như âm thanh nổi trong chiếc xe hơi của bạn vậy đó.
05:20
It gets even better,
121
305000
3000
Nó thậm chí còn tốt hơn nữa kìa,
05:23
for it turns out that we can fabricate the receivers
122
308000
3000
vì hóa ra là chúng ta có thể xây dựng nên những "người nghe" này
05:26
out of materials that are encoded in DNA.
123
311000
3000
từ những vật liệu được mã hóa trong DNA.
05:29
So each nerve cell
124
314000
2000
Như vậy, mỗi tế bào thần kinh
05:31
with the right genetic makeup
125
316000
2000
với bộ mã di truyền được chỉnh sửa đúng cách
05:33
will spontaneously produce a receiver
126
318000
3000
có thể cùng lúc tạo ra một "người nghe"
05:36
that allows us to control its function.
127
321000
3000
cho phép chúng ta điều khiển chức năng của chúng.
05:39
I hope you'll appreciate
128
324000
2000
Hi vọng các bạn có thể cảm nhận được
05:41
the beautiful simplicity
129
326000
2000
sự đơn giản đẹp đẽ
05:43
of this concept.
130
328000
2000
trong khái niệm này.
05:45
There's no high-tech gizmos here,
131
330000
2000
Không có bất kì công nghệ hi-tech nào ở đây cả,
05:47
just biology revealed through biology.
132
332000
3000
chỉ có bản chất sinh học được khám phá bằng chính sinh học.
05:51
Now let's take a look at these miraculous receivers up close.
133
336000
3000
Nào bây giờ hãy cùng quan sát kĩ hơn những "người nghe" kì diệu này nhé.
05:54
As we zoom in on one of these purple neurons,
134
339000
3000
Khi chúng ta nhìn kĩ từng cụm tế bào thần kinh màu tím này,
05:57
we see that its outer membrane
135
342000
2000
chúng ta sẽ thấy lớp màng ngoài của chúng
05:59
is studded with microscopic pores.
136
344000
2000
được khảm đầy những lỗ li ti rất nhỏ.
06:01
Pores like these conduct electrical current
137
346000
2000
Những lỗ này sẽ tạo nên các dòng điện
06:03
and are responsible
138
348000
2000
và chính những xung điện này
06:05
for all the communication in the nervous system.
139
350000
2000
tạo nên sự giao tiếp trong hệ thần kinh.
06:07
But these pores here are special.
140
352000
2000
Nhưng các cánh cổng này rất đặc biệt.
06:09
They are coupled to light receptors
141
354000
2000
Chúng được kết nối với những điểm tiếp nhận ánh sáng
06:11
similar to the ones in your eyes.
142
356000
3000
gần giống với các thụ thể trong mắt của bạn.
06:14
Whenever a flash of light hits the receptor,
143
359000
2000
Bất kì khi nào có một luồng ánh sáng chạm vô những thụ thể này,
06:16
the pore opens, an electrical current is switched on,
144
361000
3000
các lỗ sẽ được mở ra và luồng điện được bật,
06:19
and the neuron fires electrical impulses.
145
364000
3000
và các tế bào thần kinh chuyển đi các xung điện.
06:22
Because the light-activated pore is encoded in DNA,
146
367000
3000
Bởi vì những cánh cổng nhạy sáng này được mã hóa trong DNA,
06:25
we can achieve incredible precision.
147
370000
3000
chúng ta có thể đạt được một mức độ chính xác tới khó tin.
06:28
This is because,
148
373000
2000
Đó là bởi vì,
06:30
although each cell in our bodies
149
375000
2000
dù mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta
06:32
contains the same set of genes,
150
377000
2000
chứa cùng một tập hợp gen,
06:34
different mixes of genes get turned on and off
151
379000
2000
nhưng trong mỗi tế bào, những nhóm gen khác nhau
06:36
in different cells.
152
381000
2000
sẽ được đóng mở theo một cách riêng.
06:38
You can exploit this to make sure
153
383000
2000
Bạn có thể lợi dụng điều này
06:40
that only some neurons
154
385000
2000
để đảm bảo rằng chỉ có một số tế bào thần kinh nhất định
06:42
contain our light-activated pore and others don't.
155
387000
3000
chứa những cánh cổng nhạy sáng, còn các tế bào khác thì không.
06:45
So in this cartoon, the bluish white cell
156
390000
2000
Và như vậy, trong bức tranh này, chúng ta sẽ làm cho các tế bào trắng xanh
06:47
in the upper-left corner
157
392000
2000
trong góc trên bên trái
06:49
does not respond to light
158
394000
2000
làm cho chúng không đáp ứng với ánh sáng,
06:51
because it lacks the light-activated pore.
159
396000
3000
vì thiếu những cánh cổng nhạy sáng.
06:54
The approach works so well
160
399000
2000
Cách thức tiếp cận này hoạt động hiệu quả tới mức
06:56
that we can write purely artificial messages
161
401000
2000
chúng ta có thể viết những thông tin hoàn toàn nhân tạo
06:58
directly to the brain.
162
403000
2000
trực tiếp trên bộ não.
07:00
In this example, each electrical impulse,
163
405000
2000
Trong ví dụ này, mỗi luồng xung điện,
07:02
each deflection on the trace,
164
407000
3000
mỗi sự chệch hướng trên đường đi
07:05
is caused by a brief pulse of light.
165
410000
3000
được gây ra bởi một luồng sáng ngắn.
07:08
And the approach, of course, also works
166
413000
2000
Và phương pháp này cũng có thể được sử dụng
07:10
in moving, behaving animals.
167
415000
3000
đối với các động vật đang di chuyển và hoạt động.
07:13
This is the first ever such experiment,
168
418000
2000
Đây có lẽ là một thí nghiệm đầu tiên,
07:15
sort of the optical equivalent of Galvani's.
169
420000
3000
có tương quan với thí nghiệm về điện của Galvani.
07:18
It was done six or seven years ago
170
423000
2000
Nó được thực hiện khoảng sáu hay bảy năm trước
07:20
by my then graduate student, Susana Lima.
171
425000
3000
bởi một nghiên cứu sinh của tôi, Susana Lima.
07:23
Susana had engineered the fruit fly on the left
172
428000
3000
Susana đã kiến tạo lại chú ruồi giấm bên tay trái
07:26
so that just two out of the 200,000 cells in its brain
173
431000
4000
để cho chỉ có hai trong hơn 200 000 tế bào não của nó
07:30
expressed the light-activated pore.
174
435000
3000
có chứa các cánh cổng nhạy sáng.
07:33
You're familiar with these cells
175
438000
2000
Bạn có thể quen với các tế bào này đó,
07:35
because they are the ones that frustrate you
176
440000
2000
vì chính chúng khiến bạn khó chịu
07:37
when you try to swat the fly.
177
442000
2000
khi bạn đuổi ruồi đi.
07:39
They trained the escape reflex that makes the fly jump into the air
178
444000
3000
Chúng khiến cho những con ruồi có khả năng phản xạ chạy thoát, nhảy vào không trung
07:42
and fly away whenever you move your hand in position.
179
447000
3000
và bay đi xa khi bạn có động thái di chuyển tay của mình.
07:46
And you can see here that the flash of light has exactly the same effect.
180
451000
3000
Và bạn có thể thấy ở đây, những chùm sáng cũng gây ra tác động tương tự.
07:49
The animal jumps, it spreads its wings, it vibrates them,
181
454000
3000
Con vật này nhảy, mở cánh rộng ra, và đập cánh
07:52
but it can't actually take off
182
457000
2000
nhưng không thể bay lên được
07:54
because the fly is sandwiched between two glass plates.
183
459000
3000
bởi vì chúng bị kẹp giữa hai tấm kính
07:58
Now to make sure that this was no reaction of the fly
184
463000
2000
Bây giờ khi đã chắc chắn rằng không có phản ứng nào của con ruồi
08:00
to a flash it could see,
185
465000
3000
đối với chùm sáng mà nó thấy được,
08:03
Susana did a simple
186
468000
2000
Susana thực hiện một thí nghiệm
08:05
but brutally effective experiment.
187
470000
2000
đơn giản nhưng cực kì hiệu quả.
08:07
She cut the heads off of her flies.
188
472000
3000
Cô ấy cắt bỏ đầu của những con ruồi.
08:11
These headless bodies can live for about a day,
189
476000
3000
Cơ thể không có đầu kia có thể sống được trong một ngày,
08:14
but they don't do much.
190
479000
2000
nhưng chúng không thể hoạt động được nhiều.
08:16
They just stand around
191
481000
3000
Chúng chỉ có thể đứng ở đó
08:19
and groom excessively.
192
484000
3000
và khua khua, chải chải liên tục.
08:22
So it seems that the only trait that survives decapitation is vanity.
193
487000
3000
Có lẽ tính cách duy nhất còn lại sau khi bị cắt bỏ đi bộ não chính là sự phù phiếm, tự cao tự đại.
08:25
(Laughter)
194
490000
3000
(Cười)
08:30
Anyway, as you'll see in a moment,
195
495000
2000
Dù sao đi nữa, bạn sẽ thấy rằng trong một khoảnh khắc đó,
08:32
Susana was able to turn on the flight motor
196
497000
3000
Susana đã có thể làm cho cỗ máy bay lượn này hoạt động
08:35
of what's the equivalent of the spinal cord of these flies
197
500000
3000
và một thứ gì đó tương đương với xương sống của những con ruồi này
08:38
and get some of the headless bodies
198
503000
2000
khiến cho thân thể không có đầu này
08:40
to actually take off and fly away.
199
505000
3000
cất cánh và bay đi xa.
08:47
They didn't get very far, obviously.
200
512000
2000
Thực ra thì cũng không xa lắm đâu, dĩ nhiên rồi.
08:50
Since we took these first steps,
201
515000
2000
Kể từ khi chúng tôi có tiến đi những bước đầu tiên,
08:52
the field of optogenetics has exploded.
202
517000
3000
lĩnh vực quang di truyền học đã thực sự bùng nổ.
08:55
And there are now hundreds of labs
203
520000
2000
Và tới nay thì có hàng trăm phòng thí nghiệm
08:57
using these approaches.
204
522000
2000
đang sử dụng cách thức này.
08:59
And we've come a long way
205
524000
2000
Và chúng ta đã đi một quãng đường rất xa
09:01
since Galvani's and Susana's first successes
206
526000
3000
kể từ những thành công đầu tiên của Galvani và Susana
09:04
in making animals twitch or jump.
207
529000
2000
trong việc bắt các con vật nhảy hay co giựt.
09:06
We can now actually interfere with their psychology
208
531000
3000
Bây giờ, chúng ta thậm chí có thể tác động lên tâm lý của chúng
09:09
in rather profound ways,
209
534000
2000
bằng những cách rất uyên thâm
09:11
as I'll show you in my last example,
210
536000
2000
giống như cách mà tôi sẽ nói cho các bạn nghe trong ví dụ cuối cùng đây,
09:13
which is directed at a familiar question.
211
538000
3000
nó nhắm tới một câu hỏi rất quen thuộc.
09:16
Life is a string of choices
212
541000
3000
Cuộc sống là một chuỗi những lựa chọn
09:19
creating a constant pressure to decide what to do next.
213
544000
3000
tạo ra một áp lực bất biến bắt chúng ta quyết định hành động nào phải xảy ra tiếp theo.
09:23
We cope with this pressure by having brains,
214
548000
3000
Và chúng ta đối mặt với áp lực này bằng bộ não của chúng ta
09:26
and within our brains, decision-making centers
215
551000
3000
và trong cỗ máy này, có một trung tâm ra quyết định
09:29
that I've called here the "Actor."
216
554000
3000
tôi tạm gọi nó là Actor.
09:33
The Actor implements a policy that takes into account
217
558000
3000
Actor sẽ cung cấp các chính sách dựa trên
09:36
the state of the environment
218
561000
2000
trạng thái môi trường
09:38
and the context in which we operate.
219
563000
3000
và hoàn cảnh mà chúng ta vận hành.
09:41
Our actions change the environment, or context,
220
566000
3000
Hành động của chúng ta thay đổi môi trường, thay đổi hoàn cảnh
09:44
and these changes are then fed back into the decision loop.
221
569000
3000
và sự thay đổi này được phản hồi lại với vòng xoáy quyết định..
09:48
Now to put some neurobiological meat
222
573000
3000
Nào, hãy thử mang lại chút hình hài sinh động,
09:51
on this abstract model,
223
576000
2000
cho mô hình trừu tượng này nhé.,
09:53
we constructed a simple one-dimensional world
224
578000
2000
chúng tôi tạo nên thế giới một chiều đơn giản
09:55
for our favorite subject, fruit flies.
225
580000
3000
để cho đối tượng của chúng ta - những chú ruồi dấm.
09:58
Each chamber in these two vertical stacks
226
583000
2000
Mỗi căn phòng trong gian nhà dựng đứng này
10:00
contains one fly.
227
585000
2000
sẽ chỉ chứa một con ruồi.
10:02
The left and the right halves of the chamber
228
587000
3000
Mảng bên trái và bên phải của phòng
10:05
are filled with two different odors,
229
590000
2000
được tô hai màu khac nhau
10:07
and a security camera watches
230
592000
2000
và có máy quay phim theo dõi.
10:09
as the flies pace up and down between them.
231
594000
3000
Máy giúp quan sát các con ruồi tăng và giảm vận tốc giữa hai bức tường.
10:12
Here's some such CCTV footage.
232
597000
2000
Ở đây có một vài thang đo chiều dài CCTV.
10:14
Whenever a fly reaches the midpoint of the chamber
233
599000
3000
Bất kì lúc nào con ruồi bay đến giữa căn phòng
10:17
where the two odor streams meet,
234
602000
2000
nơi mà hai dòng mùi hương chạm nhau.
10:19
it has to make a decision.
235
604000
2000
nó phải đưa ra một quyết định
10:21
It has to decide whether to turn around
236
606000
2000
Nó phải quyết định quay ngược lại
10:23
and stay in the same odor,
237
608000
2000
và ở trong vùng có vùi hương cũ
10:25
or whether to cross the midline
238
610000
2000
hay là vượt qua đường trung gian đó
10:27
and try something new.
239
612000
2000
và thử một vài điều mới.
10:29
These decisions are clearly a reflection
240
614000
3000
Những quyết định này chắc chắn là phản xạ
10:32
of the Actor's policy.
241
617000
3000
từ các chính sách mà Actor đưa ra.
10:36
Now for an intelligent being like our fly,
242
621000
3000
Đối với những dạn trí thông minh như con ruồi của chúng ta,
10:39
this policy is not written in stone
243
624000
3000
các chính sách này không được viết trên đá, không bất biến
10:42
but rather changes as the animal learns from experience.
244
627000
3000
mà thường thay đổi khi con vật học được một kinh nghiệm mới.
10:45
We can incorporate such an element
245
630000
2000
Chúng ta có thể kết hợp yếu tố đó
10:47
of adaptive intelligence into our model
246
632000
3000
của những trí thông minh có khả năng thích nghi đó, vào với mô hình của chúng ta
10:50
by assuming that the fly's brain
247
635000
2000
bằng cách giả định rằng bộ não của chú ruồi bay
10:52
contains not only an Actor,
248
637000
2000
không chỉ có trung khu Actor
10:54
but a different group of cells,
249
639000
2000
mà còn có những nhóm tế bào khác nữa,
10:56
a "Critic," that provides a running commentary
250
641000
3000
đó là Critic, trung khu này đưa ra những lời nhận định
10:59
on the Actor's choices.
251
644000
2000
đối với các lựa chọn của Actor.
11:01
You can think of this nagging inner voice
252
646000
3000
Bạn có thể hình dung giọng nói này
11:04
as sort of the brain's equivalent
253
649000
2000
giống như là một phần cân bằng trong não bộ
11:06
of the Catholic Church,
254
651000
2000
tương tự như nhà thờ Công giáo
11:08
if you're an Austrian like me,
255
653000
3000
nếu như bạn là người Áo giống tôi,
11:11
or the super-ego, if you're Freudian,
256
656000
3000
hoặc là một thứ siêu ngã, nếu như bạn theo trường phái của Freud,
11:14
or your mother, if you're Jewish.
257
659000
2000
hoặc đó chính là mẹ của bạn, nếu như bạn là người Do Thái,
11:16
(Laughter)
258
661000
4000
(cười)
11:20
Now obviously,
259
665000
2000
Bây giờ rõ ràng là
11:22
the Critic is a key ingredient
260
667000
3000
Critic - sự phàn nàn chính là một nhân tố quan trọng
11:25
in what makes us intelligent.
261
670000
2000
trong trí thông minh của chúng ta
11:27
So we set out to identify
262
672000
2000
Vì vậy chúng tôi quyết định tìm hiểu
11:29
the cells in the fly's brain
263
674000
2000
các tế bào trong bộ não của ruồi
11:31
that played the role of the Critic.
264
676000
2000
đóng vai trò của Critic.
11:33
And the logic of our experiment was simple.
265
678000
3000
Và lý luận của chúng tôi rất đơn giản.
11:36
We thought if we could use our optical remote control
266
681000
3000
Chúng tôi nghĩ rằng, nếu có thể dùng cách điều khiển từ xa của quang học
11:39
to activate the cells of the Critic,
267
684000
3000
để hoạt hóa những tế bào Critic,
11:42
we should be able, artificially, to nag the Actor
268
687000
3000
chúng tôi có thể, theo một cách nhân tạo, rầy rà Actor
11:45
into changing its policy.
269
690000
2000
khiến nó thay đối chính sách.
11:47
In other words,
270
692000
2000
Nói cách khác,
11:49
the fly should learn from mistakes
271
694000
2000
những con ruồi này phải học từ các sai phạm
11:51
that it thought it had made
272
696000
2000
mà nó nghĩa là nó đã trải qua,
11:53
but, in reality, it had not made.
273
698000
3000
nhưng trên thực tế thì nó không hề sai phạm.
11:56
So we bred flies
274
701000
2000
Do vậy, chúng tôi cho lai các con ruồi giấm
11:58
whose brains were more or less randomly peppered
275
703000
3000
với bộ não có phần nào đó nghiêm khắc
12:01
with cells that were light addressable.
276
706000
2000
với những tế bào có khả năng nhận sáng.
12:03
And then we took these flies
277
708000
2000
Sau đó chúng tôi lấy những con ruồi này ra
12:05
and allowed them to make choices.
278
710000
2000
và để cho chúng tiến hành lựa chọn.
12:07
And whenever they made one of the two choices,
279
712000
2000
Bất kì khi nào chúng đưa ra một trong hai quyết định.
12:09
chose one odor,
280
714000
2000
lựa chọn một cách cửa,
12:11
in this case the blue one over the orange one,
281
716000
2000
ví dụ như chọn cánh cửa xanh thay vì cách cửa cam,
12:13
we switched on the lights.
282
718000
2000
chúng tôi sẽ bật sáng lên.
12:15
If the Critic was among the optically activated cells,
283
720000
3000
Nếu như Critic là một trong số những tế bào được kích quang,
12:18
the result of this intervention
284
723000
2000
thì sự can thiệp của chúng tôi sẽ đưa đến két quả là
12:20
should be a change in policy.
285
725000
3000
một thay đổi về chính sách.
12:23
The fly should learn to avoid
286
728000
2000
Và các con ruồi có thể học được cách tránh xa
12:25
the optically reinforced odor.
287
730000
2000
những mùi được quang học làm mạnh lên.
12:27
Here's what happened in two instances:
288
732000
3000
Sẽ có hai trường hợp khác nhau như thế này.
12:30
We're comparing two strains of flies,
289
735000
3000
Chúng tôi so sánh hai dòng ruồi dấm,
12:33
each of them having
290
738000
2000
mỗi nhóm trong chúng
12:35
about 100 light-addressable cells in their brains,
291
740000
2000
có khoảng 100 tế bào nhạy quang trong não
12:37
shown here in green on the left and on the right.
292
742000
3000
được thể hiện bằng màu xanh lá cây ở bên trái và bên phải.
12:40
What's common among these groups of cells
293
745000
3000
Điểm chung giữa các nhóm tế bào này
12:43
is that they all produce the neurotransmitter dopamine.
294
748000
3000
là chúng sản sinh ra chất dẫn truyền thần kinh dopamine.
12:46
But the identities of the individual
295
751000
2000
Nhưng đặc điểm nhận dạng của những tế bào thần kinh
12:48
dopamine-producing neurons
296
753000
2000
tạo ra dopamine
12:50
are clearly largely different on the left and on the right.
297
755000
3000
có sự khác biệt rất lớn ở hai nhóm bên phải và bên trái.
12:53
Optically activating
298
758000
2000
Nếu dùng quang học kích thích
12:55
these hundred or so cells
299
760000
2000
những tế bào này
12:57
into two strains of flies
300
762000
2000
trong hai nhóm ruồi giấm,
12:59
has dramatically different consequences.
301
764000
2000
chúng ta sẽ thu được kết quả khác xa nhau.
13:01
If you look first at the behavior
302
766000
2000
Nếu bạn nhìn nhận trước tiên ở hành vi
13:03
of the fly on the right,
303
768000
2000
của những con ruồi ở bên phải,
13:05
you can see that whenever it reaches the midpoint of the chamber
304
770000
3000
bạn có thể thấy rằng mỗi lần chúng đi tới giữa chừng của căn phòng
13:08
where the two odors meet,
305
773000
2000
nơi hai mùi hương gặp nhau,
13:10
it marches straight through, as it did before.
306
775000
3000
nó sẽ đi thẳng tiếp giống như nó từng làm.
13:13
Its behavior is completely unchanged.
307
778000
2000
Hành vi của nó hoàn toàn không thay đổi.
13:15
But the behavior of the fly on the left is very different.
308
780000
3000
Nhưng nhóm ruồi bên trái thì khác hẳn,
13:18
Whenever it comes up to the midpoint,
309
783000
3000
Mỗi khi nó tới điểm giữa này,
13:21
it pauses,
310
786000
2000
nó dừng lại,
13:23
it carefully scans the odor interface
311
788000
2000
cẩn thận rà soát mùi hương ở vùng giao điểm,
13:25
as if it was sniffing out its environment,
312
790000
2000
giống như là chúng đang khụt khịt hửi môi trường xung quanh,
13:27
and then it turns around.
313
792000
2000
và rồi chúng quay đầu lại.
13:29
This means that the policy that the Actor implements
314
794000
3000
Điều này có nghĩa là những chính sách mà Actor đưa ra
13:32
now includes an instruction to avoid the odor
315
797000
2000
bây giờ bao hàm một chỉ dẫn rằng phải tránh xa mùi hương
13:34
that's in the right half of the chamber.
316
799000
3000
ở bên phải của căn phòng.
13:37
This means that the Critic
317
802000
2000
Chắc chắn là Critic
13:39
must have spoken in that animal,
318
804000
2000
đã lên tiếng bên trong con vật,
13:41
and that the Critic must be contained
319
806000
2000
và Critic nhất định được cấu thành
13:43
among the dopamine-producing neurons on the left,
320
808000
3000
ở giữa những tế bào tạo dopamine ở bên trái,
13:46
but not among the dopamine producing neurons on the right.
321
811000
3000
nhưng không có trong tế bào tạo dopamine ở bên phải.
13:49
Through many such experiments,
322
814000
3000
Thông qua những ví dụ như thế này,
13:52
we were able to narrow down
323
817000
2000
chúng tôi có thể giảm dần phạm vi tìm kiếm,
13:54
the identity of the Critic
324
819000
2000
cho tới mức giới hạn Critic
13:56
to just 12 cells.
325
821000
2000
chỉ trong một nhóm 12 tế bào.
13:58
These 12 cells, as shown here in green,
326
823000
3000
Nhóm tế bào này, được minh họa bằng màu xanh lá cây ở đây,
14:01
send the output to a brain structure
327
826000
2000
chúng sẽ gửi thông điệp tới một bộ phận của não
14:03
called the "mushroom body,"
328
828000
2000
có tên gọi thể nấm,
14:05
which is shown here in gray.
329
830000
2000
được minh họa bằng màu xám.
14:07
We know from our formal model
330
832000
2000
Chúng tôi biết rằng bằng những mô hình này
14:09
that the brain structure
331
834000
2000
chúng tôi có thể biết được cấu trúc não
14:11
at the receiving end of the Critic's commentary is the Actor.
332
836000
3000
ở đầu bên kia nhận lệnh của Critic chính là Actor.
14:14
So this anatomy suggests
333
839000
2000
Cấu trúc này cho thấy
14:16
that the mushroom bodies have something to do
334
841000
3000
những thể nấm này có liên quan gì đó
14:19
with action choice.
335
844000
2000
tới sự hành động, tới các lựa chọn.
14:21
Based on everything we know about the mushroom bodies,
336
846000
2000
Với tất cả những hiểu biết của chúng ta về thể nấm,
14:23
this makes perfect sense.
337
848000
2000
điều này có một ý nghĩa hoàn hảo.
14:25
In fact, it makes so much sense
338
850000
2000
Thưc tế, nó có quá nhiều ý nghĩa trong việc
14:27
that we can construct an electronic toy circuit
339
852000
3000
chúng ta có thể thiết kế nên một dòng điện đồ chơi
14:30
that simulates the behavior of the fly.
340
855000
3000
có khả năng nhái lại hành vi của con ruồi.
14:33
In this electronic toy circuit,
341
858000
3000
Trong dòng điện mô hình này,
14:36
the mushroom body neurons are symbolized
342
861000
2000
những tế bào thần kinh trong thể nấm được tượng trưng
14:38
by the vertical bank of blue LEDs
343
863000
3000
bằng các đèn LED nằm dọc màu xanh
14:41
in the center of the board.
344
866000
3000
ở chính giữa bảng.
14:44
These LED's are wired to sensors
345
869000
2000
Các đèn LED này được nối dây với cảm biến
14:46
that detect the presence of odorous molecules in the air.
346
871000
3000
có khả năng nhận biết sự hiện diện của các phân tử mùi trong không khí.
14:50
Each odor activates a different combination of sensors,
347
875000
3000
Mỗi mùi sẽ kích hoạt một nhóm cảm biến khác nhau,
14:53
which in turn activates
348
878000
2000
và từ đó hoạt hóa
14:55
a different odor detector in the mushroom body.
349
880000
3000
một nhân tố dò mùi ở bên trong thể nấm.
14:58
So the pilot in the cockpit of the fly,
350
883000
2000
Như vậy, phi tiêu trong buồng lái của những chú ruồi này,
15:00
the Actor,
351
885000
2000
Actor,
15:02
can tell which odor is present
352
887000
2000
có thể biết mùi nào đang hiện diện
15:04
simply by looking at which of the blue LEDs lights up.
353
889000
4000
chỉ bằng cách nhìn xem chiếc đèn LED xanh nào đang được thắp sáng.
15:09
What the Actor does with this information
354
894000
2000
Còn việc Actor làm gì với thông tin này
15:11
depends on its policy,
355
896000
2000
thì còn phụ thuộc vào chính sách của nó,
15:13
which is stored in the strengths of the connection,
356
898000
2000
và các quy định này được lưu trữ trong độ mạnh của những liên kết,
15:15
between the odor detectors
357
900000
2000
giữa những chiếc máy dò mùi
15:17
and the motors
358
902000
2000
và những động cơ
15:19
that power the fly's evasive actions.
359
904000
2000
khởi động các hoạt động chạy trốn của con ruồi.
15:22
If the connection is weak, the motors will stay off
360
907000
2000
Nếu liên kết này quá yếu, động cơ này không khởi động được
15:24
and the fly will continue straight on its course.
361
909000
3000
và con ruồi sẽ tiếp tục đi thẳng.
15:27
If the connection is strong, the motors will turn on
362
912000
3000
Còn nếu liên kết đủ mạnh, động cơ sẽ được bật lên
15:30
and the fly will initiate a turn.
363
915000
3000
và chú ruồi sẽ bắt đầu đổi hướng.
15:33
Now consider a situation
364
918000
2000
Hãy xem xét một tình huống
15:35
in which the motors stay off,
365
920000
2000
mà trong đó động cơ này không được bật lên
15:37
the fly continues on its path
366
922000
3000
chú ruồi cứ tiếp tục đi theo con đường đó
15:40
and it suffers some painful consequence
367
925000
2000
và nó gánh chịu một hậu quả đau đớn
15:42
such as getting zapped.
368
927000
2000
chẳng hạn như bị hạ gục chẳng hạn.
15:44
In a situation like this,
369
929000
2000
Và khi đó,
15:46
we would expect the Critic to speak up
370
931000
2000
chúng ta có thể trông đợi Critic lên tiếng
15:48
and to tell the Actor
371
933000
2000
nói với Actor
15:50
to change its policy.
372
935000
2000
để thay đổi chính sách của nó.
15:52
We have created such a situation, artificially,
373
937000
3000
Và chúng tôi đã tạo ra tình huống đó một cách nhân tạo
15:55
by turning on the critic with a flash of light.
374
940000
3000
bằng cách khởi động Critic thông qua một chùng tia sáng.
15:58
That caused a strengthening of the connections
375
943000
3000
Và nó tạo nên một sự gắn kết chặt chẽ hơn
16:01
between the currently active odor detector
376
946000
3000
giữa các máy dò mùi đang hoạt động
16:04
and the motors.
377
949000
2000
với động cơ của chú ruồi.
16:06
So the next time
378
951000
2000
Thế là trong lần tiếp theo,
16:08
the fly finds itself facing the same odor again,
379
953000
3000
nếu như những chú ruồi này cảm thấy mình đang chạm trán với mùi hương cũ,
16:11
the connection is strong enough to turn on the motors
380
956000
3000
kết nối này đã đủ mạnh để khởi động mô tơ
16:14
and to trigger an evasive maneuver.
381
959000
3000
và tạo ra phản ứng chạy trốn.
16:19
I don't know about you,
382
964000
3000
Tôi không biết bạn nghĩ sao,
16:22
but I find it exhilarating to see
383
967000
3000
nhưng tôi cảm thấy rất phấn khích khi hiểu
16:25
how vague psychological notions
384
970000
3000
sự mù mờ trong các nhắc nhở về mặt tâm lý
16:28
evaporate and give rise
385
973000
2000
bằng cách nào mà chúng có thể làm biến mất hay dẫn tới
16:30
to a physical, mechanistic understanding of the mind,
386
975000
3000
những sự thay đổi, những hiểu biết cơ học trong bộ não,
16:33
even if it's the mind of the fly.
387
978000
3000
ngay cả khi đó chỉ là não của một con ruồi.
16:36
This is one piece of good news.
388
981000
3000
Đây là một thông tin rất quan trọng và đầy hứa hẹn.
16:39
The other piece of good news,
389
984000
2000
Một thông tin vui khác nữa
16:41
for a scientist at least,
390
986000
2000
ít nhất là cho các nhà khoa học,
16:43
is that much remains to be discovered.
391
988000
3000
đó là còn rất nhiều điều để chúng ta khám phá.
16:46
In the experiments I told you about,
392
991000
2000
Trong các thí nghiệm tôi kể với bạn,
16:48
we have lifted the identity of the Critic,
393
993000
3000
chúng tôi đã phần nào nhận biết được Critic,
16:51
but we still have no idea
394
996000
2000
nhưng vẫn chưa hiểu
16:53
how the Critic does its job.
395
998000
2000
nhóm tế bào này thực hiện chức năng của chúng ra sao.
16:55
Come to think of it, knowing when you're wrong
396
1000000
2000
Và chúng tôi bắt đầu liên hệ với chuyện khi bạn làm sai điều gì đó
16:57
without a teacher, or your mother, telling you,
397
1002000
3000
mẹ bạn, thầy cô của bạn không ở đó để nhắc nhở bạn nữa,
17:00
is a very hard problem.
398
1005000
2000
thật là khó khăn làm sao.
17:02
There are some ideas in computer science
399
1007000
2000
Có một vài ý tưởng trong ngành khoa học máy tính
17:04
and in artificial intelligence
400
1009000
2000
và trí thông mình nhân tạo
17:06
as to how this might be done,
401
1011000
2000
để giúp ta hiểu được cơ chế của những việc này
17:08
but we still haven't solved
402
1013000
2000
nhưng chúng ta vẫn còn một ví dụ
17:10
a single example
403
1015000
2000
chưa giải quyết được
17:12
of how intelligent behavior
404
1017000
3000
đó là bằng cách nào những hành vi thông minh
17:15
springs from the physical interactions
405
1020000
2000
được nảy sinh từ các tương tác cơ học
17:17
in living matter.
406
1022000
2000
bên trong vật chất sống.
17:19
I think we'll get there in the not too distant future.
407
1024000
3000
Tôi nghĩ chúng ta sẽ sớm đi tới đó thôi, trong một tương lai gần.
17:22
Thank you.
408
1027000
2000
Cảm ơn các bạn!
17:24
(Applause)
409
1029000
4000
(Vỗ tay).
ABOUT THE SPEAKER
Gero Miesenboeck - OptogeneticistUsing light and a little genetic engineering -- optogenetics -- Gero Miesenboeck has developed a way to control how living nerve cells work, and advanced understanding of how the brain controls behavior.
Why you should listen
Gero Miesenboeck is pioneering the field of optogenetics: genetically modifying nerve cells to respond to light. By flashing light at a modified neuron in a living nervous system, Miesenboeck and his collaborators can mimic a brain impulse -- and then study what happens next. Optogenetics will allow ever more precise experiments on living brains, allowing us to gather better evidence on how electrical impulses on tissue translate into actual behavior and thoughts.
In one experiment, done at Yale, he and his team engineered fruit flies to be light-sensitive in the neural area responsible for escape response. Then the flies were beheaded; fruit flies can live for a day without their heads, but they don't move. When the modified cells were flashed with light, though, the headless flies flew. Miesenboeck had successfully simulated an order from a brain that wasn't even there anymore.
Miesenboeck's current research at Oxford's growing department of neurobiology focuses on the nerve cell networks that underpin what animals perceive, remember and do. In one recent experiment, he used optogenetics to implant an unpleasant memory in a fruit fly, causing it to "remember" to avoid a certain odor as it traveled around. He and his team were able, in fact, to find the fly's specific 12-neuron brain circuit that govern memory formation.
Gero Miesenboeck | Speaker | TED.com