TEDxCaltech
Michael Dickinson: How a fly flies
Michael Dickinson: Michael Dickinson: Làm thế nào một con ruồi bay lên được
Filmed:
Readability: 4.2
1,787,704 views
Năng lực bay lên của một con côn trùng có lẽ là một trong những kì công vĩ đại nhất của sự tiến hóa. Michael Dickinson quan sát sách mà một con ruồi nhà bay lên chỉ với đôi cánh mỏng manh yếu ớt. Điều đó là nhờ chuyển động đập cánh khéo léo và những hệ cơ bay mạnh mẽ ,lanh lẹ. Nhưng thành phần bí mật chính đó là: bộ não phi thường của ruồi.
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
Tôi lớn lên cùng với bộ phim Stat Trek. Tôi
yêu Star Trek.
yêu Star Trek.
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
1
4077
4462
Star Trek khiến tôi muốn nhìn thấy những sinh vật lạ
00:24
creatures from a far-distant world.
2
8539
2303
những sinh vật ngoài thế giới xa xôi kia.
00:26
But basically, I figured out that I could find
3
10842
2787
Nhưng về cơ bản, tôi nhận ra mình có thể tìm thấy
00:29
those alien creatures right on Earth.
4
13629
2977
những sinh vật ngoài hành tinh ngay trên Trái Đất.
00:32
And what I do is I study insects.
5
16606
2653
và điều mà tôi làm là nghiên cứu côn trùng.
00:35
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
6
19259
3256
tôi bị ám ảnh bởi côn trùng đặc biệt là loài biết bay
00:38
I think the evolution of insect flight is perhaps
7
22515
3141
tôi cho rằng sự tiến hoá của loài côn trùng bay có lẽ là
00:41
one of the most important events in the history of life.
8
25656
2742
một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sự của sự sống
00:44
Without insects, there'd be no flowering plants.
9
28398
2237
Không có côn trùng thì sẽ chẳng có cây nở hoa
00:46
Without flowering plants, there would be no
10
30635
1916
không có cây nở hoa thì
00:48
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
11
32551
3137
sẽ chẳng có những động vật linh trưởng ăn trái cây tài giỏi phát biểu tại TED
00:51
(Laughter)
12
35688
2300
(Cười)
00:53
Now,
13
37988
1987
David
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
14
39975
3039
Hidehiko và Ketaki
00:58
gave a very compelling story about
15
43014
3445
đã mang tới một câu chuyện rất lôi cuốn về
01:02
the similarities between fruit flies and humans,
16
46459
2805
sự tương đồng giữa loài ruồi ăn trái cây và con người,
01:05
and there are many similarities,
17
49264
1489
có rất nhiều sự tương đồng
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
18
50753
3002
và bạn có thể nghĩ rằng nếu con người giống như loài ruồi hoa quả
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
19
53755
3797
thì hành vi ưa thích của chú ruồi ăn hoa quả này có lẽ giống thế này chẳng hạn
01:13
(Laughter)
20
57552
2282
( Cười)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
21
59834
3191
nhưng trong bài nói chuyện của mình, tôi không muốn nhấn mạnh vào những chỗ tương đồng
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
22
63025
3067
giữa người và loài ruồi ăn hoa quả, mà là vào sự khác biệt
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
23
66092
5287
và tập trung vào những hành vi mà tôi cho là loài ruồi thật thành thạo
01:27
And so I want to show you a high-speed video sequence
24
71379
2856
tôi muốn cho các bạn xem một đoạn phim tốc độ cao
01:30
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
25
74235
3935
về một chú ruồi với 7000 khung ảnh một giây qua ánh sáng hồng ngoại
01:34
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
26
78170
4210
phía bên phải , không có trong khung hình, là bóng điện tử của kẻ săn mồi
01:38
that is going to go at the fly.
27
82380
1435
đang chuẩn bị tấn công con ruồi
01:39
The fly is going to sense this predator.
28
83815
1838
Con ruồi cảm nhận được kẻ săn mồi này.
01:41
It is going to extend its legs out.
29
85653
2455
nó sẽ trải chân dài ra
01:44
It's going to sashay away
30
88108
1613
và khệnh khạng bay đi
01:45
to live to fly another day.
31
89721
2565
sống sót và được bay thêm ngày nữa,
01:48
Now I have carefully cropped this sequence
32
92286
2362
Giờ tôi sẽ cẩn thận cắt chuỗi phim này
01:50
to be exactly the duration of a human eye blink,
33
94648
3160
thành một đoạn đúng bằng một cái chớp mắt của con người
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
34
97808
2834
trong một cái chớp mắt của bạn
01:56
the fly has seen this looming predator,
35
100642
3265
con ruồi đó đã thấy kẻ săn mồi rình mò này
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
36
103907
6168
ước định vị trí kẻ săn mồi và khởi động hành vi vận động để bay đi
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
37
110075
4464
đập cánh 220 lấn/giây
02:10
I think this is a fascinating behavior
38
114539
1973
tôi cho rằng đây là một hành vi thật thú vị
02:12
that shows how fast the fly's brain can process information.
39
116512
3921
nó cho ta thấy não của con ruồi xử lý thông tin nhanh như thế nào
02:16
Now, flight -- what does it take to fly?
40
120433
2842
Vậy còn điều gì đã khiến cho những chuyến bay cất cánh?
02:19
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
41
123275
2864
Để bay, giống như máy bay con người tạo ra
02:22
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
42
126139
2735
bạn cần có cánh có thể tạo ra đủ khí động lực
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
43
128874
3546
bạn cần một bộ máy tạo đủ năng lượng để bay
02:28
and you need a controller,
44
132420
1709
và bạn cần một bộ điều khiển
02:30
and in the first human aircraft, the controller was basically
45
134129
2626
trong chiếc máy bay đầu tiên của con người, bộ điều khiển đơn giản là
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
46
136755
4312
bộ não của Orville và Wilbur ngồi trong buồng lái
02:36
Now, how does this compare to a fly?
47
141067
2753
Vậy so sánh với con ruồi thì thế nào?
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
48
143820
3251
Tôi đã dành phần nhiều trong buổi đầu sự nghiệp của mình cố tìm ra
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
49
147071
4336
làm thế nào mà cánh của côn trùng có thể tạo ra đủ lực để giữ con ruồi trên không
02:47
And you might have heard how engineers proved
50
151407
1610
bạn có lẽ từng nghe các nhà kĩ sư đã chứng minh
02:48
that bumblebees couldn't fly.
51
153017
2634
rằng ong nghệ không thể bay
02:51
Well, the problem was in thinking that the insect wings
52
155651
2620
Vấn đề là việc cho rằng cánh của côn trùng
02:54
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
53
158271
3119
hoạt động theo cách mà máy bay hoạt động. Nhưng không phải
02:57
And we tackle this problem by building giant,
54
161390
2854
Chúng tôi khắc phục vấn đề này bằng cách tạo ra những
03:00
dynamically scaled model robot insects
55
164244
3432
mẫu robot côn trùng sống động với quy mô lớn
03:03
that would flap in giant pools of mineral oil
56
167676
3336
mà sẽ bay vào những hồ dầu khoáng
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
57
171012
2274
nới chúng ta có thể nghiên cứu các lực khí động học.
03:09
And it turns out that the insects flap their wings
58
173286
2158
Hoá ra là côn trùng đập cánh
03:11
in a very clever way, at a very high angle of attack
59
175444
2592
khi bị dồn vào thế tấn công theo cách rất thông minh
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
60
178036
3121
khi đó sẽ tạo ra một cấu trúc ở đầu mép cánh chính
03:17
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
61
181157
3199
một cấu trúc có dạng lốc xoáy gọi là lốc xoáy đầu mép
03:20
and it's that vortex that actually enables the wings
62
184356
2954
chính lốc xoáy đó đã khiến cho cánh
03:23
to make enough force for the animal to stay in the air.
63
187310
3359
tạo ra đủ lực để giữ cho chúng bay trên không.
03:26
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
64
190669
2428
Nhưng điều thực sự thú vị hơn hết
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
65
193097
2975
không phải là hình thái học thú vị của cánh
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
66
196072
3645
mà là cách con ruồi đập cánh
03:35
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
67
199717
3136
Điều mà hiển nhiên là được kiểm soát bởi hệ thống thần kinh
03:38
and this is what enables flies to perform
68
202853
2647
đây chính là điều khiến ruồi có thể thực hiện
03:41
these remarkable aerial maneuvers.
69
205500
2807
những sự vận động trên không đáng kinh ngạc này
03:44
Now, what about the engine?
70
208307
2097
Vậy cơ cấu của ruồi như thế nào?
03:46
The engine of the fly is absolutely fascinating.
71
210404
2492
Cơ cấu của nó rất thú vị
03:48
They have two types of flight muscle:
72
212896
1898
Chúng có hai loại hệ cơ để bay:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
73
214794
2985
cái gọi là cơ lực có chức năng duỗi ra
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
74
217779
3726
có nghĩa là nó tự hoạt động mà không cần điều khiển
03:57
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
75
221505
3339
dựa vào sự co thắt bởi hệ thần kinh
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
76
224844
4609
Nó đựơc chuyên hóa để tạo ra lượng lực khổng lồ để bay
04:05
and it fills the middle portion of the fly,
77
229453
2079
và tập trung ở phần thân giữa của ruồi
04:07
so when a fly hits your windshield,
78
231532
1547
Vậy nên khi một con ruồi va vào kính xe của bạn
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
79
233079
2406
cơ bản là bạn đang nhìn vào hệ cơ lực
04:11
But attached to the base of the wing
80
235485
2146
Nhưng tại phần gốc của cánh
04:13
is a set of little, tiny control muscles
81
237631
2638
có một loại cơ điều khiển nhỏ bé
04:16
that are not very powerful at all, but they're very fast,
82
240269
3301
không mạnh nhưng rất nhanh
04:19
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
83
243570
3206
chúng có thể tái cấu trúc phần bản lề của cánh
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
84
246776
1762
qua từng cú đập
04:24
and this is what enables the fly to change its wing
85
248538
3142
Đây là điều khiến cho ruồi có thể thay cách đập cánh
04:27
and generate the changes in aerodynamic forces
86
251680
2971
và tạo ra những thay đổi về khí động lực
04:30
which change its flight trajectory.
87
254651
2573
và giúp nó thay đổi quỹ đạo bay
04:33
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
88
257224
3563
Tất nhiên,vai trò của hệ thần kinh là kiểm soát những điều này
04:36
So let's look at the controller.
89
260787
1512
Vậy hãy quan sát trung khu điều khiển
04:38
Now flies excel in the sorts of sensors
90
262299
2647
Ruồi cảm ứng rất giỏi theo cách nào đó
04:40
that they carry to this problem.
91
264946
2284
mà chúng tạo rắc rối này
04:43
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
92
267230
4127
Chúng có những ăng ten cảm ứng mùi và dò hướng gío
04:47
They have a sophisticated eye which is
93
271357
1675
Chúng có con mắt tinh tế
04:48
the fastest visual system on the planet.
94
273032
2456
với năng lực quan sát chớp nhoáng nhất trên hành tinh
04:51
They have another set of eyes on the top of their head.
95
275488
2036
Chúng có một bộ mắt khác trên đỉnh đầu
04:53
We have no idea what they do.
96
277524
2052
Chúng ta không biết công dụng của bộ mắt này là gì
04:55
They have sensors on their wing.
97
279576
2954
Chúng có bộ cảm ứng trên cánh
04:58
Their wing is covered with sensors, including sensors
98
282530
3760
Cánh của chúng được bao phủ bởi hay có chứa các dây thần kinh cảm ứng
05:02
that sense deformation of the wing.
99
286290
2046
cảm nhận sự biến dạng của cánh
05:04
They can even taste with their wings.
100
288336
2109
Chúng có thể nếm bằng cánh
05:06
One of the most sophisticated sensors a fly has
101
290445
2555
Một trong những cảm ứng phức tạp nhất mà con ruồi có
05:08
is a structure called the halteres.
102
293000
1807
là một cấu trúc được gọi là các dây cương
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
103
294807
1879
Những dây cương này thực sự là các con quay hồi chuyển
05:12
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
104
296686
4449
Những thiết bị này đập về trước và sau khoảng 200 hec khi bay
05:17
and the animal can use them to sense its body rotation
105
301135
2673
và con ruồi có thể dùng chúng để cảm nhận chuyển động quay của cơ thể
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
106
303808
3968
và khởi động nhanh chóng việc điều chỉnh chuyển động
05:23
But all of this sensory information has to be processed
107
307776
2329
Nhưng toàn bộ những thông tin cảm ứng này phải được xử lí
05:26
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
108
310105
3720
bởi bộ não và ruồi thực sự có não
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
109
313825
3159
một bộ não bao gồm 100,000 tế bào thần kinh
05:32
Now several people at this conference
110
316984
2193
Một vài người trong hội phòng này
05:35
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
111
319177
4808
đã cho rằng loài ruồi trái cây có thể phục vụ cho khoa học thần kinh
05:39
because they're a simple model of brain function.
112
323985
3247
chúng là một mô hình chức năng não đơn giản
05:43
And the basic punchline of my talk is,
113
327232
2077
Điểm cơ bản chính của bài nói chuyện của tôi là
05:45
I'd like to turn that over on its head.
114
329309
2658
quay trở lại nói về cái đầu của ruồi
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
115
331967
2628
Tôi không nghĩ chúng là những mô hình đơn giản của bất cứ thứ gì
05:50
And I think that flies are a great model.
116
334595
2477
Tôi nghĩ rằng loài ruồi là những mô hình tuyệt vời
05:52
They're a great model for flies.
117
337072
2516
của chính chúng
05:55
(Laughter)
118
339588
2481
(Cười)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
119
342069
3003
Hãy khám phá khái niệm của sự đơn giản này
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
120
345072
2431
Tôi nghĩ rằng thật không may, rất nhiều nhà khoa học thần kinh
06:03
we're all somewhat narcissistic.
121
347503
1832
Chúng tôi đều theo cách nào đó quá yêu bản thân
06:05
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
122
349335
3433
Khi chúng tôi nghĩ về não bộ, chúng tôi đều hiển nhiên nghĩ đến não bộ của chính mình
06:08
But remember that this kind of brain,
123
352768
1960
Nhưng hãy nhớ dạng não như thế này
06:10
which is much, much smaller
124
354728
1768
dạng nhỏ hơn rất nhiều
06:12
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
125
356496
2678
thay vì có một trăm tỉ tế bào thần kinh, nó chỉ có một trăm ngàn thôi
06:15
but this is the most common form of brain on the planet
126
359174
2882
nhưng đây lại là dạng não phổ biến nhất trên hành tinh
06:17
and has been for 400 million years.
127
362056
2904
và đã tồn tại như thế qua 400 triệu năm
06:20
And is it fair to say that it's simple?
128
364960
2288
Vậy có công bằng không khi nói rằng nó đơn giản
06:23
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
129
367248
2095
Nó đơn giản khi bị so sánh về số lượng tế bào thần kinh khiêm tốn
06:25
but is that a fair metric?
130
369343
1754
nhưng đó có phải là một hệ đo lường công bằng?
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
131
371097
2276
Tôi cho rằng nó không phải là hệ đo công bằng
06:29
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
132
373373
3100
Vậy nên hãy suy nghĩ chút ít về điều này. Tôi nghĩ chúng ta phải so sánh--
06:32
(Laughter) —
133
376473
1559
Cười
06:33
we have to compare the size of the brain
134
378032
5121
kích thước của não bộ
06:39
with what the brain can do.
135
383153
2030
với điều mà chúng có thể làm
06:41
So I propose we have a Trump number,
136
385183
2881
Vậy nên tôi lấy ví dụ so sánh là số hiệu của Ông Trump
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
137
388064
2865
và là tỉ lệ của danh mục hành vi
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
138
390929
3679
của người đàn ông này so với con số tế bào thần kinh trong não của ông ấy
06:50
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
139
394608
2668
Chúng ta sẽ tính toán so sánh bằng hiệu số của ông Trump với loài ruồi ăn hoa quả
06:53
Now, how many people here think the Trump number
140
397276
2684
Bao nhiêu người trong số các bạn ở đây nghĩ rằng hiệu số của ông Trump
06:55
is higher for the fruit fly?
141
399960
2489
cao hơn loài ruồi hoa quả này
06:58
(Applause)
142
402449
2431
Vỗ tay
07:00
It's a very smart, smart audience.
143
404880
3428
Khán giả thông minh thật
07:04
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
144
408308
3327
Vâng, sự không cân bằng xảy ra theo hướng này, hoặc là tôi đặt để nó như thế
07:07
Now I realize that it is a little bit absurd
145
411635
2382
Tôi nhận ra rằng có chút vô lí
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
146
414017
3558
khi so sánh hiệu số danh mục hành vi của người với một con ruồi
07:13
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
147
417575
4143
Hãy lấy một thí dụ từ con vật khác. Con chuột vậy
07:17
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
148
421718
4305
MỘt con chuột có nhiều hơn gấp 1,000 lần các tế bào thần kinh so với con ruồi
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
149
426023
2027
Tôi từng nghiên cứu về chuột. KHi tôi nghiên cứu chuột
07:23
I used to talk really slowly.
150
428050
2837
Tôi từng nói chậm.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
151
430887
2576
Sau đó thì có gì đó tự nhiên xảy ra khi tôi nghiên cứu ruồi
07:29
(Laughter)
152
433463
2412
Cười
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
153
435875
3460
Tôi nghĩ nếu bạn so sánh lịch sử tự nhiên của giữa ruồi và chuột
07:35
it's really comparable. They have to forage for food.
154
439335
3313
điều này có thể sánh được. Chúng phải lùng sục tìm thức ăn
07:38
They have to engage in courtship.
155
442648
2447
Chúng phải tán tỉnh
07:40
They have sex. They hide from predators.
156
445095
3471
Giao phối. Lẩn trốn khỏi những kẻ săn mồi
07:44
They do a lot of the similar things.
157
448566
1980
Chúng làm rất nhiều thứ tương tự nhau
07:46
But I would argue that flies do more.
158
450546
1718
Nhưng tôi muốn lập lụân rằng ruồi làm nhiều hơn
07:48
So for example, I'm going to show you a sequence,
159
452264
3378
Ví dụ, tôi sẽ cho bạn xem một cảnh phim
07:51
and I have to say, some of my funding comes from the military,
160
455642
4205
nhưng tôi phải nói rằng, một trong những quỹ tài trợ của tôi có được từ quân đội
07:55
so I'm showing this classified sequence
161
459847
2072
Vậy nên tôi sẽ cho các bạn xem cảnh phim tuyệt mật này
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
162
461919
4093
và bạn đừng thảo luận nó ngoài khán phòng này nhé?
08:01
So I want you to look at the payload
163
466012
1908
Tôi múôn bạn quan sát phần lượng tải
08:03
at the tail of the fruit fly.
164
467920
3026
tại đuôi con ruồi hoa quả
08:06
Watch it very closely,
165
470946
2101
Quan sát kỹ
08:08
and you'll see why my six-year-old son
166
473047
4297
bạn sẽ thấy tại sao thằng con 6 tuổi của tôi
08:13
now wants to be a neuroscientist.
167
477344
4729
lại muốn thành nhà khoa học thần kinh.
08:17
Wait for it.
168
482073
1179
Chờ chút
08:19
Pshhew.
169
483252
1569
Bùm
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
170
484821
3084
Vậy nếu chỉ ít bạn thừa nhận rằng loài ruồi hoa quả không thông minh bằng loài chuột
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
171
487905
4916
thì chúng chỉ ít cũng thông minh bằng chim bồ câu. Cười
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
172
492821
3967
Giờ đây tôi muốn ám chỉ rằng ở đây không chỉ là vấn đề về số lượng
08:32
but also the challenge for a fly to compute
173
496788
2598
mà còn là thách thức cho một con ruồi phải tính toán mọi thứ
08:35
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
174
499386
2849
bộ não của chúng phải tính toán bằng những tế bào thần kinh bé tí tẹo
08:38
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
175
502235
2988
Đây là một hình ảnh tuyệt đẹp về một tế bào thần kinh thị giác trung gian của một con chuột
08:41
that came from Jeff Lichtman's lab,
176
505223
2768
lấy từ phòng thí nghiệm của Jeff Lichtman
08:43
and you can see the wonderful images of brains
177
507991
3247
bạn có thể thấy những hình ảnh tuyệt đẹp của các bộ não
08:47
that he showed in his talk.
178
511238
3193
mà ông ấy đã chiếu trong bài nói chuyện của mình
08:50
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
179
514431
2368
Nhưng quan sát đến phần góc phải phía trên bạn sẽ thấy
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
180
516799
4112
với cùng một quy mô, một tế bào thị giác trung gian của con ruồi
08:56
And I'll expand this up.
181
520911
1841
Tôi sẽ phóng rộng phần này lên
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
182
522752
2170
Đây là một khu phức hợp tế bào thần kinh tuyệt đẹp
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
183
524922
3485
Nó rất nhỏ bé, và chứa rất nhiều những thách thức về vật lí sinh học
09:04
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
184
528407
3623
trong việc cố gắng tính toán xử lí thông tin với những tế bào thần kinh nhỏ bé
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
185
532030
3537
Những tế bào này có thể thu nhỏ đến mức nào? Quan sát con côn trùng nhỉ bé thú vị này
09:11
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
186
535567
2212
Trông nó giống một con ruồi. Nó có cánh, mắt
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
187
537779
2799
ăng ten, chân, và lịch sử cuộc đời phức tạp
09:16
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
188
540578
3096
nó là một dạng kí sinh, nó phải bay tứ tung tìm kiếm sâu bướm
09:19
to parasatize,
189
543674
1382
để kí sinh trên chúng
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
190
545056
4115
Nhưng không chỉ có não của chúng là nhỏ như hạt muối
09:25
which is comparable for a fruit fly,
191
549171
1969
bằng với loài ruồi hoa quả
09:27
it is the size of a salt grain.
192
551140
2926
cũng chỉ nhỏ như hạt múôi
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
193
554066
3635
Đây là một vài cơ quan khác với tỉ lệ kích thước tương tự
09:33
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
194
557701
4130
Loài này chỉ bằng kích thước một con trùng đế giầy và một trùng amip
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
195
561831
3880
bộ não chúng chỉ chứa 7,000 tế bào thần kinh. rất nhỏ thôi
09:41
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
196
565711
2456
bạn đã nghe biết những thứ gọi là thân tế bào này
09:44
where the nucleus of the neuron is?
197
568167
1651
Vậy nhân tế bào của tế bào thần kinh ở đâu?
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
198
569818
3460
Loài sinh vật này tự loại bỏ nhân tế bào vì nó chiếm nhiều diện tích quá
09:49
So this is a session on frontiers in neuroscience.
199
573278
2473
Đây là một sự giao thoa giữa những biên giới của khoa học thần kinh
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
200
575751
5360
TÔi muốn đặt để rằng nó là một biên giới trong lĩnh vực khoa học thần kinh tìm hiểu bộ não hoạt động như thế nào.
09:57
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
201
581111
5633
Nhưng hãy nghĩ về điều này. bạn làm thế nào để khiến một lượng nhỏ tế bào thần kinh làm được nhiều việc?
10:02
And I think, from an engineering perspective,
202
586744
2522
Trên quan điểm của một kỹ sư tôi nghĩ rằng
10:05
you think of multiplexing.
203
589266
1729
bạn nghĩ đó là sự đa hợp
10:06
You can take a hardware and have that hardware
204
590995
2703
Bạn có thể lấy một phần cứng và khiến nó
10:09
do different things at different times,
205
593698
1613
làm nhiều việc khác nhau tại những thời điểm khác nhau,
10:11
or have different parts of the hardware doing different things.
206
595311
2995
hay sử dụng những phần khác nhau của phần cứng đó thực hiện những công việc khác nhau
10:14
And these are the two concepts I'd like to explore.
207
598306
3271
Đây là hai khái niệm tôi múôn khám phá
10:17
And they're not concepts that I've come up with,
208
601577
1658
hai khái niệm này không phải tôi nghĩ ra
10:19
but concepts that have been proposed by others in the past.
209
603235
4545
nhưng được đưa ra bởi những người trong quá khứ
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
210
607780
3075
Một trong những ý tưởng đó được đề xuất qua bài học về hành động nhai của con cua
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
211
610855
1867
Tôi không có ý định nhai những con cua này
10:28
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
212
612722
3599
Tôi lớn lên tại Baltimore. Tôi nhai cua rất giỏi nhé
10:32
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
213
616321
2857
Nhưng tôi múôn nói tới con cua đang nhai
10:35
Crab chewing is actually really fascinating.
214
619178
2030
Cua đang nhai thực sự rất thú vị
10:37
Crabs have this complicated structure under their carapace
215
621208
3259
Cua có một cấu trúc phức tạp dưới mai
10:40
called the gastric mill
216
624467
1310
gọi là dạ giày nghiền thức ăn
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
217
625777
2430
giúp nghiền thức ăn theo nhiều cách khác nhau
10:44
And here's an endoscopic movie of this structure.
218
628207
5259
đây là một đoạn phim nội soi của cấu trúc này
10:49
The amazing thing about this is that it's controlled
219
633466
2560
Điều đáng kinh ngạc về bộ phận này là nó được điều khiển bởi
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
220
636026
3432
một bộ các tế bào thần kinh rất nhỏ, khoảng 24 tế bào thần kinh
10:55
that can produce a vast variety of different motor patterns,
221
639458
4963
thứ có thể sản sinh ra những kiểu mẫu vận động đa dạng khác nhau
11:00
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
222
644421
4347
và lí do mà chúng có thể làm được điều này là do cái hạch nhỏ này
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
223
648768
4184
trong con cua nó thực sự tràn ngập các tác nhân điều biến
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
224
652952
2141
bạn đã nghe đến tác nhân điều biến trứơc đây
11:10
There are more neuromodulators
225
655093
2225
Còn rất nhiều các tác nhân điều biến
11:13
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
226
657318
5485
mà thay đổi, kích thích cấu trúc này hơn là bản thân các tế bào thần kinh
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
227
662803
4242
chúng có thể tạo ra một bộ những mô hình phức tạp
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
228
667045
3441
Đây là công trình của Eve Marder và đồng nghiệp của cô ấy
11:26
who've been studying this fascinating system
229
670486
2295
những người đã đang nghiên cứu cái hệ thống thú vị này
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
230
672781
2152
cái cho ta thấy làm thế nào một chụm nhỏ các tế bào thần kinh
11:30
can do many, many, many things
231
674933
1825
lại có thể làm nhiều thứ như vậy
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
232
676758
4856
bời vì sự điều biến tế bào thần kinh chỉ xảy ra trong phút chốc,
11:37
So this is basically multiplexing in time.
233
681614
2439
Vậy đây cơ bản là sự đa hợp theo thời gian
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
234
684053
2785
Hãy tưởng tượng một mạng lưới tế bào thần kinh với một tác nhân điều biến thần kinh
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
235
686838
3478
bạn chọn một bộ tế bào để thực hiện một hành vi
11:46
another neuromodulator, another set of cells,
236
690316
2618
tác nhân điều biến tế bào thần kinh khác, một bộ tế bào khác,
11:48
a different pattern, and you can imagine
237
692934
1713
với kiểu mẫu khác, hãy tưởng tượng
11:50
you could extrapolate to a very, very complicated system.
238
694647
3878
bạn có thể loại suy nó thành hệ thống rất phức tạp
11:54
Is there any evidence that flies do this?
239
698525
2094
Có chứng cứ nào chứng minh ruồi làm đựơc thế này không?
11:56
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
240
700619
3375
Qua nhiều năm trong phòng thí nghiệm của mình và những phòng thí nghiệm khác trên thế giới
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
241
703994
2648
Chúng tôi đã nghiên cứu hành vi của ruồi trong những thiết bị mô phỏng bay nhỏ bé
12:02
You can tether a fly to a little stick.
242
706642
1706
bạn có thể gắn một con ruồi vào một cái que nhỏ
12:04
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
243
708348
2501
bạn có thể đo lực khí động học mà nó tạo ra
12:06
You can let the fly play a little video game
244
710849
2546
bạn có thể để cho con ruồi chơi một chút trò chơi điện tử
12:09
by letting it fly around in a visual display.
245
713395
3878
bằng cách để nó bay xung quanh một màn hình
12:13
So let me show you a little tiny sequence of this.
246
717273
2337
Đề tôi cho bạn xem một đoạn phim nhỏ về điều này
12:15
Here's a fly
247
719610
1227
Đây là con ruồi
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
248
720837
3437
và một hình ảnh quan sát rộng lớn qua ánh sáng hồng ngoại trong thiết bị mô phỏng bay
12:20
and this is a game the flies love to play.
249
724274
1955
đây là trò chơi con ruồi khoái chơi
12:22
You allow them to steer towards the little stripe,
250
726229
2437
Bạn để chúng bay về phía giải hình nhỏ kia
12:24
and they'll just steer towards that stripe forever.
251
728666
2825
và chúng sẽ chỉ lái về hướng giải hình đó luôn mãi
12:27
It's part of their visual guidance system.
252
731491
3558
Nó là một phần trong hệ thống hướng dẫn thị giác
12:30
But very, very recently, it's been possible
253
735049
2345
Những gần đây, chúng ta đã có thể
12:33
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
254
737394
4940
sửa đổi những dạng phạm vi hành vi này phục vụ cho sinh lý học
12:38
So this is the preparation that one of my former post-docs,
255
742334
2488
Đây là một sự chuẩn bị mà một trong những vị nghiên cứu sinh tiến sĩ trước đây của tôi
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
256
744822
2443
Gaby Maimon, người hiện tại đang làm việc cho tập đoàn Rockefeller phát triển
12:43
and it's basically a flight simulator
257
747265
1686
Nó cơ bản là một mô hình mô phỏng bay
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
258
748951
3075
có những điều kiện mà bạn có thể gắn một điện cực
12:47
in the brain of the fly and record
259
752026
2264
vào não của con ruồi để ghi dữ liệu
12:50
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
260
754290
3656
từ một tế bào thần kinh với dạng gien xác định
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
261
757946
2298
Đây là hình ảnh của một trong những thí nghiệm đó
12:56
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
262
760244
2971
Một đoạn phim được chụp từ một vị nghiên cứu sinh tiến sĩ khác trong phòng thí nghiệm
12:59
Bettina Schnell.
263
763215
1199
Bettina Schnell.
13:00
The green trace at the bottom is the membrane potential
264
764414
3392
Phần màu xanh lá cây ở dưới là lớp hiệu thế màng
13:03
of a neuron in the fly's brain,
265
767806
2030
của một tế bào thần kinh trong não ruồi
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
266
769836
2942
và bạn sẽ thấy con ruồi bắt đầu bay, và chính con ruồi thực sự
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
267
772778
3279
đang kiểm soát giao động quay của mẫu thị giác
13:11
by its own wing motion,
268
776057
1479
bằng chuyển động của cánh
13:13
and you can see this visual interneuron
269
777536
2110
Bạn có thể thấy những tế bào thần kinh thị giác trung gian
13:15
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
270
779646
3908
đáp ứng lại với kiểu chuyển động của cánh khi ruồi bay
13:19
So for the first time we've actually been able to record
271
783554
2376
Đây là lần đầu tiên chúng tôi đã có thể ghi dữ liệu
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
272
785930
2908
từ những tế bào thần kinh trong não ruồi khi chúng
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
273
788838
4468
thực hiện những hành vi phức tạp như khi bay chẳng hạn
13:29
And one of the lessons we've been learning
274
793306
1855
MỘt trong những bài học mà chúng tôi đang tìm hiểu
13:31
is that the physiology of cells that we've been studying
275
795161
2420
đó là các tế bào sinh lý học mà chúng tôi đang nghiên cứu
13:33
for many years in quiescent flies
276
797581
2421
trong nhiều năm trên ruồi khi chúng ở trạng thái tĩnh
13:35
is not the same as the physiology of those cells
277
800002
2648
khác với tế bào sinh lý khi
13:38
when the flies actually engage in active behaviors
278
802650
2736
chúng đang thực hiện những hành vi hành động
13:41
like flying and walking and so forth.
279
805386
2539
như bay hay di chuyển..vv...
13:43
And why is the physiology different?
280
807925
2925
Vây tại sao sinh lí học lại khác nhau
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
281
810850
2057
Hoá ra là do những tác nhân thần kinh điều biến này
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
282
812907
3951
giống như tác nhân thần kinh điều biến có trong những con cua bé nhỏ.
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
283
816858
2550
Đây là hình ảnh về hệ thống phân tử truyền dẫn thần kinh
13:55
Octopamine is a neuromodulator
284
819408
1754
Nó là một tác nhân thần kinh điều biến
13:57
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
285
821162
4336
Có vẻ như nó đóng vai trò quan trọng trong khi bay và trong những hành vi khác
14:01
But this is just one of many neuromodulators
286
825498
2472
Nhưng đây chỉ là một trong số rất nhiều tác nhân thần kinh điều biến
14:03
that's in the fly's brain.
287
827970
1071
trong não ruồi
14:04
So I really think that, as we learn more,
288
829041
2666
Vậy nên tôi thực sự nghĩ rằng, khi chúng ta tìm hiểu nhiều hơn
14:07
it's going to turn out that the whole fly brain
289
831707
2527
hoá ra toàn bộ bộ não ruồi
14:10
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
290
834234
3089
cũng giống như một dạng phóng to của hạch dạ giày này
14:13
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
291
837323
4360
Đó là một trong những lí so tại sao nó có thể làm nhiều điều chỉ với rất ít các tế bào thần kinh
14:17
Now, another idea, another way of multiplexing
292
841683
2787
MỘt ý tưởng khác đó là, đa hợp theo cách khác
14:20
is multiplexing in space,
293
844470
1656
như đa hợp về không gian
14:22
having different parts of a neuron
294
846126
1694
sử dụng những phần khác của tế bào thần kinh
14:23
do different things at the same time.
295
847820
2122
làm những việc khác nhau tại cùng thời điểm
14:25
So here's two sort of canonical neurons
296
849942
1833
Đây là hai dạng mẫu kinh điển của tế bào thần kinh
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
297
851775
2285
từ một loài vật có xương sống và không xương sống
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
298
854060
3250
một tế bào hình chóp của người từ Ramon y Cajal,
14:33
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
299
857310
4003
và tế bào khác bên phải, một tế bào thần kinh trung gian không thẳng đứng
14:37
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
300
861313
4147
đây là công trình của Alan Watson và Malcolm Burrows từ nhiều năm trước
14:41
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
301
865460
3075
Malcolm Burrows nảy ra ý tưởng rất thú vị
14:44
based on the fact that this neuron from a locust
302
868535
2882
dựa trên thực tế từ tế bào thần kinh của một con châu chấu
14:47
does not fire action potentials.
303
871417
1959
là nó không tạo ra được những tiềm năng hành động
14:49
It's a non-spiking cell.
304
873376
1748
Vì nó là một tế bào không thẳng đứng
14:51
So a typical cell, like the neurons in our brain,
305
875124
2780
Vậy một tế bào điển hình giống như những tế bào thần kinh trong não chúng ta
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
306
877904
2752
có một vùng gọi là những nhánh sợi nhận tín hiệu cung cấp
14:56
and that input sums together
307
880656
2589
những tín hiệu cung cấp này gộp lại
14:59
and will produce action potentials
308
883245
2296
và sản sinh ra những tiềm năng hành động
15:01
that run down the axon and then activate
309
885541
2331
chạy xuống từ sợi trục thần kinh và kích hoạt
15:03
all the output regions of the neuron.
310
887872
2296
những vùng thông tin kết quả của tế bào thần kinh
15:06
But non-spiking neurons are actually quite complicated
311
890168
2876
Nhưng những tế bào thần kinh không thẳng đứng thực sự rất phức tạp
15:08
because they can have input synapses and output synapses
312
893044
3112
vì chúng có thể chứa những khớp thần kinh tiếp nhận và khớp thần kinh kết quả
15:12
all interdigitated, and there's no single action potential
313
896156
3663
tât cả được hợp ngón và không có một tiềm năng hoạt động nào
15:15
that drives all the outputs at the same time.
314
899819
3126
sai khiến mọi kết quả trong cùng một thời điểm
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
315
902945
3907
Vậy nên có khả năng bạn có những ngăn tính toán
15:22
that allow the different parts of the neuron
316
906852
3978
cho phép những phần khác nhau của tế bào thần kinh
15:26
to do different things at the same time.
317
910830
2560
làm những việc khác nhau tại cùng thời điểm
15:29
So these basic concepts of multitasking in time
318
913390
4671
Và những khái niệm cơ bản về đa khả năng trong thời gian
15:33
and multitasking in space,
319
918061
2361
và không gian
15:36
I think these are things that are true in our brains as well,
320
920422
2832
Tôi nghĩ những điều này cũng có thật trong não của chúng ta
15:39
but I think the insects are the true masters of this.
321
923254
2577
Nhưng tôi nghĩ côn trùng thật sự là bậc thầy về điều này
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
322
925831
3116
Vậy nên tôi hy vọng bạn sẽ nghĩ về côn trùng chút ít khác biệt hơn từ nay
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
323
928947
2935
Và khi tôi nói trên này, xin hãy suy nghĩ trứơc khi đập chúng
15:47
(Applause)
324
931882
2953
Vỗ tay
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