Michael Dickinson: How a fly flies

313,613 views ・ 2013-02-22

TED


يرجى النقر نقرًا مزدوجًا فوق الترجمة الإنجليزية أدناه لتشغيل الفيديو.

00:00
Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast
0
0
7000
المترجم: Lama AlKhathlan المدقّق: Mira Kraïmia
00:15
I grew up watching Star Trek. I love Star Trek.
1
15805
3532
لقد نشأت وأنا أشاهد ستار تريك. أنا أحب ستار تريك
00:19
Star Trek made me want to see alien creatures,
2
19337
4462
جعلني ستار تريك أريد مشاهدة المخلوقات الفضائية
00:23
creatures from a far-distant world.
3
23799
2303
مخلوقات من عالم بعيد
00:26
But basically, I figured out that I could find
4
26102
2787
ولكني اكتشفت أنني أستطيع إيجاد
00:28
those alien creatures right on Earth.
5
28889
2977
هذه المخلوقات الفضائية على الأرض.
00:31
And what I do is I study insects.
6
31866
2653
ما أقوم به هو دراسة الحشرات.
00:34
I'm obsessed with insects, particularly insect flight.
7
34519
3256
أنا مهووس بالحشرات وخاصةً طريقة طيرانها.
00:37
I think the evolution of insect flight is perhaps
8
37775
3141
وأعتقد أن تطور طيران الحشرات ربما يكون
00:40
one of the most important events in the history of life.
9
40916
2742
أحد أهم الأحداث في تاريخ الحياة.
00:43
Without insects, there'd be no flowering plants.
10
43658
2237
فمن دون الحشرات، لن تزهر النباتات.
00:45
Without flowering plants, there would be no
11
45895
1916
ومن دون ازدهار النباتات، لن تكون هناك
00:47
clever, fruit-eating primates giving TED Talks.
12
47811
3137
رئيسات ذكية آكلة للفواكة تقدّم محادثات TED.
00:50
(Laughter)
13
50948
2300
(ضحك)
00:53
Now,
14
53248
1987
والآن،
00:55
David and Hidehiko and Ketaki
15
55235
3039
دايفيد وهيدهيكو وكيتاكي
00:58
gave a very compelling story about
16
58274
3445
أخبروا قصة مؤثرة جداً عن
01:01
the similarities between fruit flies and humans,
17
61719
2805
أوجه التشابة بين ذباب الفواكه والإنسان،
01:04
and there are many similarities,
18
64524
1489
وهناك العديد من أوجه التشابه
01:06
and so you might think that if humans are similar to fruit flies,
19
66013
3002
وقد تفكّر أنهّ إذا كان الإنسان يشبه الذباب،
01:09
the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --
20
69015
3797
قد يكون التصرف المفضل لذباب الحشرات مثل هذا على سبيل المثال
01:12
(Laughter)
21
72812
2282
(ضحك)
01:15
but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities
22
75094
3191
ولكن في محادثتي، لا أريد التركيز على أوجه التشابه
01:18
between humans and fruit flies, but rather the differences,
23
78285
3067
بين الإنسان والذباب بل على أوجه الاختلاف،
01:21
and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.
24
81352
5287
والتركيز على التصرفات التي أعتقد أن ذباب الفواكة يتقن فعلها.
01:26
And so I want to show you a high-speed video sequence
25
86639
2856
ولذلك أريد أن أريكم فيديو عالي السرعة
01:29
of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,
26
89495
3935
لذبابة صوّرت بسرعة 7000 لقطة في الثانية في ضوء بالأشعة تحت الحمراء،
01:33
and to the right, off-screen, is an electronic looming predator
27
93430
4210
وفي الشاشة اليمنى يوجد مفترس الكتروني
01:37
that is going to go at the fly.
28
97640
1435
والذي سيهاجم الذبابة.
01:39
The fly is going to sense this predator.
29
99075
1838
وستستشعر الذبابة هذا المفترس
01:40
It is going to extend its legs out.
30
100913
2455
وستمد ساقيها
01:43
It's going to sashay away
31
103368
1613
وستنطلق بعيداً
01:44
to live to fly another day.
32
104981
2565
لتعيش يوماً آخر.
01:47
Now I have carefully cropped this sequence
33
107546
2362
وقد قطعت هذه السلسلة بعناية
01:49
to be exactly the duration of a human eye blink,
34
109908
3160
لكي تزامن رمشة عين الإنسان بالضبط
01:53
so in the time that it would take you to blink your eye,
35
113068
2834
في الوقت الذي سترمش فيه
01:55
the fly has seen this looming predator,
36
115902
3265
ستكون الذبابة قد رأت المفترس
01:59
estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,
37
119167
6168
وتوقعت مكانه واستخدمت نمط طيران للفرار منه
02:05
beating its wings at 220 times a second as it does so.
38
125335
4464
ضاربة أجنحتها 220 مرة في الثانية كما وُضِح في الصورة.
02:09
I think this is a fascinating behavior
39
129799
1973
وأعتقد أن هذا التصرف رائع
02:11
that shows how fast the fly's brain can process information.
40
131772
3921
والذي يوضح مدى سرعة دماغ الذبابة في معالجة المعلومات
02:15
Now, flight -- what does it take to fly?
41
135693
2842
والآن، الطيران-- ماذا يتطلب الطيران؟
02:18
Well, in order to fly, just as in a human aircraft,
42
138535
2864
لكي تطير الذبابة، كما هو الحال في طائرة صنعها الإنسان
02:21
you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,
43
141399
2735
تحتاج إلى أجنحة قادرة على توليد قوى هوائية كافية
02:24
you need an engine sufficient to generate the power required for flight,
44
144134
3546
تحتاج إلى محرك قادر على توليد القوة المطلوبة للطيران
02:27
and you need a controller,
45
147680
1709
وتحتاج إلى جهاز تحكم،
02:29
and in the first human aircraft, the controller was basically
46
149389
2626
وفي أول طائرة صنعها الإنسان، كان جهاز التحكم
02:32
the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.
47
152015
4312
هو دماغي أورفيل وويلبر الجالسين في غرفة القيادة.
02:36
Now, how does this compare to a fly?
48
156327
2753
والآن، كيف نقارن ذلك بالذبابة؟
02:39
Well, I spent a lot of my early career trying to figure out
49
159080
3251
حسناً، قضيت معظم وقتي في بداية حياتي المهنية في محاولة معرفة
02:42
how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.
50
162331
4336
كيف تقوم أجنحة الحشرات بتوليد قوة كافية لإبقاء الذباب في الهواء.
02:46
And you might have heard how engineers proved
51
166667
1610
وربما قد سمعت كيف أثبت المهندسون
02:48
that bumblebees couldn't fly.
52
168277
2634
أن النحل الطنان لا يستطيع الطيران.
02:50
Well, the problem was in thinking that the insect wings
53
170911
2620
حسناً، كانت المشكلة في التفكير أن أجنحة الحشرات
02:53
function in the way that aircraft wings work. But they don't.
54
173531
3119
تعمل بنفس طريقة أجنحة الطائرات و هذا ليس صحيحاً
02:56
And we tackle this problem by building giant,
55
176650
2854
وعالجنا هذه المشكلة عن طريق بناء
02:59
dynamically scaled model robot insects
56
179504
3432
نموذج حشرة آلي عملاق مصمم بشكل ديناميكي
03:02
that would flap in giant pools of mineral oil
57
182936
3336
يمكنه أن يرفرف في أحواض ضخمة من الزيت المعدني
03:06
where we could study the aerodynamic forces.
58
186272
2274
حيث نستطيع دراسة القوى الهوائية.
03:08
And it turns out that the insects flap their wings
59
188546
2158
واتضح أن الحشرات ترفرف أجنحنها
03:10
in a very clever way, at a very high angle of attack
60
190704
2592
بطريقة ذكية جداً وبزاوية عالية جداً للهجوم
03:13
that creates a structure at the leading edge of the wing,
61
193296
3121
والذي يخلق هيكلا للحافة الأمامية للجناح،
03:16
a little tornado-like structure called a leading edge vortex,
62
196417
3199
وهناك هيكل صغير يشبه الإعصار يسمـى دوامة الحافة الأمامية،
03:19
and it's that vortex that actually enables the wings
63
199616
2954
وهذه الدوامة تتيح للأجنحة
03:22
to make enough force for the animal to stay in the air.
64
202570
3359
إنشاء قوة كافية ليبقى الحيوان في الجو.
03:25
But the thing that's actually most -- so, what's fascinating
65
205929
2428
والأمر في الواقع الأكثر -- الرائع حول هذا الأمر
03:28
is not so much that the wing has some interesting morphology.
66
208357
2975
هو ليس أن الجناح لديه علم تشكل (مورفولوجيا) مثير للاهنتمام فحسب.
03:31
What's clever is the way the fly flaps it,
67
211332
3645
بل الشيء الذكي هو طريقة رفرفة الآجنحة
03:34
which of course ultimately is controlled by the nervous system,
68
214977
3136
و الذي بالطبع يتحكم به الجهاز العصبي،
03:38
and this is what enables flies to perform
69
218113
2647
وهذا يتيح للذباب لأداء
03:40
these remarkable aerial maneuvers.
70
220760
2807
حركات جوية رائعة.
03:43
Now, what about the engine?
71
223567
2097
والآن، ماذا بشأن المحرك؟
03:45
The engine of the fly is absolutely fascinating.
72
225664
2492
محرك الذباب رائع جداً.
03:48
They have two types of flight muscle:
73
228156
1898
لديها نوعان من عضلات الطيران:
03:50
so-called power muscle, which is stretch-activated,
74
230054
2985
ما يسمى بعضلات القوة، والتي تنشط بالامتداد،
03:53
which means that it activates itself and does not need to be controlled
75
233039
3726
وهذا يعني أنها تنشط نفسها ولا تحتاج إلى التحكم
03:56
on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.
76
236765
3339
بواسطة قواعد الانكماش من قبل الجهاز العصبي.
04:00
It's specialized to generate the enormous power required for flight,
77
240104
4609
فهو مخصص لتوليد طاقة هائلة لازمة للطيران،
04:04
and it fills the middle portion of the fly,
78
244713
2079
وملء الجزء الأوسط من الذبابة
04:06
so when a fly hits your windshield,
79
246792
1547
لذا عندما تضرب الذبابة في الزجاج لأمامي لسيارتك
04:08
it's basically the power muscle that you're looking at.
80
248339
2406
فالذي رأيته هو في الأساس عضلة القوة.
04:10
But attached to the base of the wing
81
250745
2146
ولكن يتصل بقاعدة الجناح
04:12
is a set of little, tiny control muscles
82
252891
2638
عضلات تحكم صفيرة جداً
04:15
that are not very powerful at all, but they're very fast,
83
255529
3301
ليست قوية أبداً ولكنها سريعة جداً،
04:18
and they're able to reconfigure the hinge of the wing
84
258830
3206
وقادرة على إعادة تكوين مفصل الجناح
04:22
on a stroke-by-stroke basis,
85
262036
1762
بواسطة قواعد الضربات
04:23
and this is what enables the fly to change its wing
86
263798
3142
وهذا ما يتيح الذبابة لتغيير جناحها
04:26
and generate the changes in aerodynamic forces
87
266940
2971
وتوليد التغييرات في القوى الهوائية
04:29
which change its flight trajectory.
88
269911
2573
مما يؤدي إلى تغيير مسار طيرانها.
04:32
And of course, the role of the nervous system is to control all this.
89
272484
3563
وبالطبع دور الجهاز العصبي التحكم بكل هذا.
04:36
So let's look at the controller.
90
276047
1512
لننظر إلى جهاز التحكم.
04:37
Now flies excel in the sorts of sensors
91
277559
2647
يتميز الذباب بأجهزة الاستشعار
04:40
that they carry to this problem.
92
280206
2284
والتي يحملونها لهذه المشكلة.
04:42
They have antennae that sense odors and detect wind detection.
93
282490
4127
لديهم قرون استشعار والتي تستشعر الروائح وتكشف التيارات الهوائية.
04:46
They have a sophisticated eye which is
94
286617
1675
عينها متطورة وتعتبر
04:48
the fastest visual system on the planet.
95
288292
2456
أسرع جهاز بصري في العالم.
04:50
They have another set of eyes on the top of their head.
96
290748
2036
ولديها عيون أخرى في أعلى رأسها.
04:52
We have no idea what they do.
97
292784
2052
لا نعلم ما وظيفتها.
04:54
They have sensors on their wing.
98
294836
2954
ولديها أجهزة استشعار على أجنحتها.
04:57
Their wing is covered with sensors, including sensors
99
297790
3760
وأجنحتها مغطاة بأجهزة استشعار، بما في ذلك أجهزة استشعار
05:01
that sense deformation of the wing.
100
301550
2046
والتي تستشعر تشوه الجناح.
05:03
They can even taste with their wings.
101
303596
2109
وبإمكانها أيضاً التذوق بواسطة جناحها.
05:05
One of the most sophisticated sensors a fly has
102
305705
2555
وأحد أجهزة استشعار الذباب المتطورة للغاية
05:08
is a structure called the halteres.
103
308260
1807
هو هيكل يسمى "الهالتيرس".
05:10
The halteres are actually gyroscopes.
104
310067
1879
وهي عبارة عن أجهزة توجيه.
05:11
These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,
105
311946
4449
هذه الأجهزة تنبض أثناء الطيران ذهاباً و إياباً بمعدل 200 هرتز
05:16
and the animal can use them to sense its body rotation
106
316395
2673
ويمكن أن تستخدمها الحيوانات لاستشعار دوران جسمها
05:19
and initiate very, very fast corrective maneuvers.
107
319068
3968
واتخاذ حركات تصحيحة سريعة جداً.
05:23
But all of this sensory information has to be processed
108
323036
2329
ولكن جميع هذه المعلومات الاستشعارية يجب أن تعالج
05:25
by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,
109
325365
3720
بواسطة الدماغ، ونعم في الواقع، الذباب لديه دماغ
05:29
a brain of about 100,000 neurons.
110
329085
3159
دماغ يحتوي على 100,000 خلاية عصبية
05:32
Now several people at this conference
111
332244
2193
وحالياً، العديد من الناس في هذا المؤتمر
05:34
have already suggested that fruit flies could serve neuroscience
112
334437
4808
اقترحوا مسبقاً أن ذباب الفواكة قد تخدم علم الأعصاب
05:39
because they're a simple model of brain function.
113
339245
3247
لأنهم يمثلون نموذجا مبسطا من وظائف الدماغ
05:42
And the basic punchline of my talk is,
114
342492
2077
والغرض من محادثتي هو
05:44
I'd like to turn that over on its head.
115
344569
2658
أود قلب هذا رأساً على عقب.
05:47
I don't think they're a simple model of anything.
116
347227
2628
لا أظن أنها نموذج مبسط لأي شيء.
05:49
And I think that flies are a great model.
117
349855
2477
بل أظن أن الذباب نموذج رائع.
05:52
They're a great model for flies.
118
352332
2516
نموذج رائع للذباب.
05:54
(Laughter)
119
354848
2481
(ضحك)
05:57
And let's explore this notion of simplicity.
120
357329
3003
و لنستكشف نموذج البساطة هذا.
06:00
So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,
121
360332
2431
أعتقد، للأسف، أن العديد من علماء الأعصاب
06:02
we're all somewhat narcissistic.
122
362763
1832
نرجسيون قليلاً.
06:04
When we think of brain, we of course imagine our own brain.
123
364595
3433
عندما نفكر في الدماغ، نتخيل بالطبع دماغنا.
06:08
But remember that this kind of brain,
124
368028
1960
ولكن تذكر أن هذا النوع من الدماغ
06:09
which is much, much smaller
125
369988
1768
أصغر بكثير
06:11
— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —
126
371756
2678
فبدلاً من وجود 100 مليار خلية عصبية لديها فقط 100,000 خلية عصبية
06:14
but this is the most common form of brain on the planet
127
374434
2882
ولكنه من أكثر أشكال الدماغ شيوعاً في الأرض
06:17
and has been for 400 million years.
128
377316
2904
ولازال كذلك منذ 400 مليون سنة.
06:20
And is it fair to say that it's simple?
129
380220
2288
وهل من العدل أن نقول أنه بسيط؟
06:22
Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,
130
382508
2095
حسناً، بساطته تكمن في أنه يحتوي على خلايا عصبية أقل
06:24
but is that a fair metric?
131
384603
1754
لكن هل هذا قياس عادل؟
06:26
And I would propose it's not a fair metric.
132
386357
2276
أود أن أقترح أن هذا ليس قياسا عادلا.
06:28
So let's sort of think about this. I think we have to compare --
133
388633
3100
لنفكر قليلاً حول هذا. أعتقد أننا نجب أن نقارن بين --
06:31
(Laughter) —
134
391733
1559
(ضحك)
06:33
we have to compare the size of the brain
135
393292
5121
يحب أن نقارن بين حجم الدماغ
06:38
with what the brain can do.
136
398413
2030
مع قدراته
06:40
So I propose we have a Trump number,
137
400443
2881
لذا أقترح أن يكون لدينا عدد ترامب
06:43
and the Trump number is the ratio of this man's
138
403324
2865
وعدد ترامب يمثل نسبة
06:46
behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.
139
406189
3679
سلوك هذا الرجل مقارنة بعدد الخلايا العصبية في دماغه
06:49
We'll calculate the Trump number for the fruit fly.
140
409868
2668
سنقوم بحساب عدد ترامب للذباب
06:52
Now, how many people here think the Trump number
141
412536
2684
وحالياً، كم شخص حاضر يعتقد أن عدد ترامب
06:55
is higher for the fruit fly?
142
415220
2489
أعلى لدى الذبابة؟
06:57
(Applause)
143
417709
2431
(تصفيق)
07:00
It's a very smart, smart audience.
144
420140
3428
الجمهور ذكي جداً.
07:03
Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.
145
423568
3327
نعم، هناك عدم مساواة في هذا الاتجاه.
07:06
Now I realize that it is a little bit absurd
146
426895
2382
وأنا أدرك الآن أنه سخيف قليلاً
07:09
to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.
147
429277
3558
مقارنة سلوك إنسان بسلوك ذبابة.
07:12
But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.
148
432835
4143
ولنأخذ حيواناً آخر كمثال. هذه فأرة
07:16
A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.
149
436978
4305
الخلايا العصبية للفأرة أكثر بـ 1,000 مرة من الذبابة
07:21
I used to study mice. When I studied mice,
150
441283
2027
كنت أدرس الفئران من قبل. وعندما كنت أدرسها
07:23
I used to talk really slowly.
151
443310
2837
كنت أتكلم ببطء شديد.
07:26
And then something happened when I started to work on flies.
152
446147
2576
وحدث شيء ما عندما بدأت بالعمل على الذباب.
07:28
(Laughter)
153
448723
2412
(ضحك)
07:31
And I think if you compare the natural history of flies and mice,
154
451135
3460
وأعتقد إذا قارنت التاريخ الطبيعي للفئران و الذباب،
07:34
it's really comparable. They have to forage for food.
155
454595
3313
فستجد أنه يتشابة. كلاهما يسعون للبحث عن الطعام.
07:37
They have to engage in courtship.
156
457908
2447
وينخرطون في المغازلة.
07:40
They have sex. They hide from predators.
157
460355
3471
ويمارسون الجنس. ويختبؤن من الحيوانات المفترسة
07:43
They do a lot of the similar things.
158
463826
1980
يقومون بالكثير من الأمور المماثلة
07:45
But I would argue that flies do more.
159
465806
1718
ولكني أزعم بأن الذباب يفعل أكثر من ذلك
07:47
So for example, I'm going to show you a sequence,
160
467524
3378
فعلى سبيل المثال، سأعرض لكم سلسلة
07:50
and I have to say, some of my funding comes from the military,
161
470902
4205
وأود أن أقول بأن بعض من تمويلي يأتي من الجيش
07:55
so I'm showing this classified sequence
162
475107
2072
لذا سأعرض لكم هذه السلسلة المصنفة
07:57
and you cannot discuss it outside of this room. Okay?
163
477179
4093
ولا يمكنم مناقشتها خارج هذه الغرفة، حسناً؟
08:01
So I want you to look at the payload
164
481272
1908
أريدكم أن تنظروا إلى الحمولة
08:03
at the tail of the fruit fly.
165
483180
3026
في ذنب ذبابة الفاكهة.
08:06
Watch it very closely,
166
486206
2101
راقبوها عن كثب.
08:08
and you'll see why my six-year-old son
167
488307
4297
وسترون لماذا ابني ذو الست سنوات
08:12
now wants to be a neuroscientist.
168
492604
4729
يريد أن يصبح عالم أعصاب.
08:17
Wait for it.
169
497333
1179
انتظروا.
08:18
Pshhew.
170
498512
1569
بشيو.
08:20
So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,
171
500081
3084
على الأقل ستعترفون بأنه إذا كان الذباب ليس ذكياً كالفئران
08:23
they're at least as clever as pigeons. (Laughter)
172
503165
4916
فهم على الأقل ذكيون كالحمام. (ضحك)
08:28
Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers
173
508081
3967
والآن أريد أن أوضح لكم بأن الأمر ليس متعلقا بالأرقام فقط
08:32
but also the challenge for a fly to compute
174
512048
2598
بل هو أيضاً تحدي للذبابة لحساب
08:34
everything its brain has to compute with such tiny neurons.
175
514646
2849
كل شيء، يقوم دماغها بالحساب باستخدام خلايا عصبية صغيرة
08:37
So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse
176
517495
2988
هذه صورة جميلة لعصبون بصري متوسط لفأرة
08:40
that came from Jeff Lichtman's lab,
177
520483
2768
أحضرت من مختبر جيف ليشتمان
08:43
and you can see the wonderful images of brains
178
523251
3247
ويمكنكم أن تروا صورة جميلة للدماغ
08:46
that he showed in his talk.
179
526498
3193
والتي عرضها في محادثته.
08:49
But up in the corner, in the right corner, you'll see,
180
529691
2368
وفي الزاوية اليمنى سترون
08:52
at the same scale, a visual interneuron from a fly.
181
532059
4112
بنفس النطاق، سترون عصبونا بصريا متوسطا لذبابة
08:56
And I'll expand this up.
182
536171
1841
سأكبر هذه الصورة
08:58
And it's a beautifully complex neuron.
183
538012
2170
هذه خلايا عصبية معقدة بشكل جميل.
09:00
It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges
184
540182
3485
ولكنها صغيرة جداً وتحتوي على الكثير من التحديات الفيزيائية الحيوية
09:03
with trying to compute information with tiny, tiny neurons.
185
543667
3623
تحاول أن تحسب المعلومات بخلايا عصبية صغيرة جداً.
09:07
How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.
186
547290
3537
ما مدى صغر الخلايا العصبية؟ حسناً، انظروا إلى هذه الحشرة المثيرة للاهتمام.
09:10
It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,
187
550827
2212
تشبة الذبابة. لديها أجنحة و عينان
09:13
it has antennae, its legs, complicated life history,
188
553039
2799
و لديها قرون استشعار وساقان وتاريخ حياة معقد
09:15
it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars
189
555838
3096
إنها طفيلية. يجب أن تطير و تبحث عن اليرقات
09:18
to parasatize,
190
558934
1382
لتقتات عليها.
09:20
but not only is its brain the size of a salt grain,
191
560316
4115
ولكن ليس فقط لأن حجم دماغها يساوي حجم حبة الملح
09:24
which is comparable for a fruit fly,
192
564431
1969
الأمر الذي يشابه ذبابة الفاكهة،
09:26
it is the size of a salt grain.
193
566400
2926
هو بحجم حبة ملح.
09:29
So here's some other organisms at the similar scale.
194
569326
3635
وهنا بعض الكائنات الحية الأخرى بنفس الحجم.
09:32
This animal is the size of a paramecium and an amoeba,
195
572961
4130
حجم هذا الحيوان مثل حجم البراميسيوم والأمبيا
09:37
and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --
196
577091
3880
ودماغه يحتوي على 7,000 خلية عصبية وهذا صغير جداً --
09:40
you know these things called cell bodies you've been hearing about,
197
580971
2456
وتسمى هذا الأشياء خلايا الجسم والتي قد سمعتم عنها
09:43
where the nucleus of the neuron is?
198
583427
1651
أين نواة الخلية العصبية؟
09:45
This animal gets rid of them because they take up too much space.
199
585078
3460
يتخلص منها هذا الحيوان لأنها تشغل مساحة كبيرة.
09:48
So this is a session on frontiers in neuroscience.
200
588538
2473
هذه دورة عن حدود علم الأعصاب
09:51
I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.
201
591011
5360
وأود أن أقول أن أحد حدود عمل الأعصاب هو اكتشاف كيف يعمل دماغ هذا الشيء
09:56
But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?
202
596371
5633
لكن دعونا نفكر حول هذا. كيف يمكنك جعل عدد صغير من الخلايا العصبية تقوم بالكثير؟
10:02
And I think, from an engineering perspective,
203
602004
2522
وأعتقد، من وجهة نظر هندسية،
10:04
you think of multiplexing.
204
604526
1729
قد تفكر في التضاعف.
10:06
You can take a hardware and have that hardware
205
606255
2703
يمكنك أن تأخذ جهاز وتجعل هذا الجهاز
10:08
do different things at different times,
206
608958
1613
يقوم بأشياء مختلفة في أوقات مختلفة
10:10
or have different parts of the hardware doing different things.
207
610571
2995
أو تجعل أجزاء مختلفة من الجهاز تقوم بأشياء مختلفة
10:13
And these are the two concepts I'd like to explore.
208
613566
3271
وهذين المفهومين أريد أن استكشفهما.
10:16
And they're not concepts that I've come up with,
209
616837
1658
وهي ليست مفاهيم قمت باقتراحها
10:18
but concepts that have been proposed by others in the past.
210
618495
4545
ولكنها مفاهيم اقترحها آخرون من قبل.
10:23
And one idea comes from lessons from chewing crabs.
211
623040
3075
وأتت إحدى الأفكار من دروس مضغ السراطين
10:26
And I don't mean chewing the crabs.
212
626115
1867
ولا أقصد مضغك للسراطين.
10:27
I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.
213
627982
3599
ترعرت في بالتيمور، وأمضغ السراطين بشكل جيد جداً.
10:31
But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.
214
631581
2857
ولكنني أقصد السراطين هي التي تقوم فعلاً بالمضغ.
10:34
Crab chewing is actually really fascinating.
215
634438
2030
مضغ السراطين شيء رائع جداً.
10:36
Crabs have this complicated structure under their carapace
216
636468
3259
لدى السراطين بنية معقدة تحت درعها
10:39
called the gastric mill
217
639727
1310
تسمى بالطاحونة المعوية
10:41
that grinds their food in a variety of different ways.
218
641037
2430
والتي تطحن الطعام بطرق مختلفة.
10:43
And here's an endoscopic movie of this structure.
219
643467
5259
وهذا فلم بالمنظار الداخلي لهذه البنية
10:48
The amazing thing about this is that it's controlled
220
648726
2560
والرائع حول هذا الأمر هو أنه يتحكم به
10:51
by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons
221
651286
3432
خلايا عصبية صغيرة جداً يبلغ عددها حوالي 24 خلية عصبية
10:54
that can produce a vast variety of different motor patterns,
222
654718
4963
والتي تنتج مجموعة متنوعة من أنماط الحركة
10:59
and the reason it can do this is that this little tiny ganglion
223
659681
4347
وتستطيع القيام بذلك بسبب أن هذه الكتلة العصبية الصغيرة
11:04
in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.
224
664028
4184
في السرطان مملوءة بمعدلات عصبية.
11:08
You heard about neuromodulators earlier.
225
668212
2141
وقد سمعتم بالمعدلات العصبية مسبقاً.
11:10
There are more neuromodulators
226
670353
2225
ويوجد المزيد من المعدلات العصبية
11:12
that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,
227
672578
5485
التي تغير وتزود هذه البنية بالأعصاب أكثر مما تقوم به الخلايا العصبية الموجودة في البنية
11:18
and they're able to generate a complicated set of patterns.
228
678063
4242
وهي قادرة على إنشاء مجموعة معقدة من الأنماط.
11:22
And this is the work by Eve Marder and her many colleagues
229
682305
3441
وهذا عمل إيف ماردر و العديد من زملائها
11:25
who've been studying this fascinating system
230
685746
2295
الذين قاموا بدراسة هذا النظام الرائع
11:28
that show how a smaller cluster of neurons
231
688041
2152
الذي يوضح كيف يمكن لأصغر عنقود من الخلايا العصبية
11:30
can do many, many, many things
232
690193
1825
القيام بالعديد من الأمور
11:32
because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.
233
692018
4856
بسبب عمليات التعديل العصبية التي تحدث في أي لحظة.
11:36
So this is basically multiplexing in time.
234
696874
2439
وهذه ستتضاعف مع الوقت
11:39
Imagine a network of neurons with one neuromodulator.
235
699313
2785
تخيل شبكة خلايا عصبية بمعدل عصبي واحد.
11:42
You select one set of cells to perform one sort of behavior,
236
702098
3478
تختار مجموعة واحدة من الخلايا لأداء نوع واحد من السلوك
11:45
another neuromodulator, another set of cells,
237
705576
2618
ومعدل عصببي آخر، ومجموعة خلايا أخرى
11:48
a different pattern, and you can imagine
238
708194
1713
ونمط مختلف، و يمكنك أن تتخيل
11:49
you could extrapolate to a very, very complicated system.
239
709907
3878
أنك تعمل على نظام معقد للغاية.
11:53
Is there any evidence that flies do this?
240
713785
2094
هل هناك أي دليل على أن الذباب يقوم بفعل هذا؟
11:55
Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,
241
715879
3375
حسناً، كنا لسنوات عدة في مختبري و المختبرات الأخرى في العالم
11:59
we've been studying fly behaviors in little flight simulators.
242
719254
2648
ندرس سلوكيات الذباب في أجهزة محاكاة الطيران الصغيرة.
12:01
You can tether a fly to a little stick.
243
721902
1706
يمكنك ربط الذبابة على عصا صغيرة.
12:03
You can measure the aerodynamic forces it's creating.
244
723608
2501
و يمكنك قياس القوى الهوائية التي تنشأها.
12:06
You can let the fly play a little video game
245
726109
2546
ويمكنك ترك الذبابة لتلعب لعبة فيديو صغيرة
12:08
by letting it fly around in a visual display.
246
728655
3878
عن طريق تركها لتطير في جهاز عرض مرئي
12:12
So let me show you a little tiny sequence of this.
247
732533
2337
دعوني أعرض لكم سلسلة صغيرة من هذا.
12:14
Here's a fly
248
734870
1227
هذه ذبابة
12:16
and a large infrared view of the fly in the flight simulator,
249
736097
3437
وعرض كبير بالأشعة تحت الحمراء للذبابة في جهاز محاكاة الطيران،
12:19
and this is a game the flies love to play.
250
739534
1955
وهذه لعبة يحب الذباب أن يلعبها.
12:21
You allow them to steer towards the little stripe,
251
741489
2437
تدعهم ليطيروا باتجاه الخطوط الصغيرة
12:23
and they'll just steer towards that stripe forever.
252
743926
2825
وسيطيروا باتجاهها للأبد
12:26
It's part of their visual guidance system.
253
746751
3558
هذا جزء من نظام التوجيه البصري لديهم.
12:30
But very, very recently, it's been possible
254
750309
2345
ولكن في الآونة الأخيرة، كان من الممكن
12:32
to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.
255
752654
4940
تعديل هذه الأشكال من المجالات السلوكية لعلم وظائف الأعضاء
12:37
So this is the preparation that one of my former post-docs,
256
757594
2488
هذا إعداد لباحث سابق لدي، في مرحلة ما بعد الدكتوراه
12:40
Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,
257
760082
2443
جابي ميامون، والذي يعمل حالياً في روكيفيلير، قام بتطوير
12:42
and it's basically a flight simulator
258
762525
1686
جهاز محاكاة الطيران
12:44
but under conditions where you actually can stick an electrode
259
764211
3075
ولكن في الحالات التي تستطيع فيها إلصاق قطب كهربائي
12:47
in the brain of the fly and record
260
767286
2264
في دماغ الذبابة وتسجيل
12:49
from a genetically identified neuron in the fly's brain.
261
769550
3656
الخلية العصبية المعدلة وراثياً في دماغ الذبابة.
12:53
And this is what one of these experiments looks like.
262
773206
2298
وهذا ما تبدو عليه إحدى التجارب.
12:55
It was a sequence taken from another post-doc in the lab,
263
775504
2971
كانت سلسلة مأخوذة من باحثة أخرى في المختبر في مرحلة ما بعد الدكتوراه
12:58
Bettina Schnell.
264
778475
1199
بيتينا شنيل.
12:59
The green trace at the bottom is the membrane potential
265
779674
3392
البقايا الخضراء في الأسفل هي الغشاء المحتمل
13:03
of a neuron in the fly's brain,
266
783066
2030
للخلية العصبية في دماغ الذبابة
13:05
and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually
267
785096
2942
وسترى أن الذبابة تبدأ بالطيران والذبابة في الواقع
13:08
controlling the rotation of that visual pattern itself
268
788038
3279
تتحكم بدوران النمط البصري نفسه
13:11
by its own wing motion,
269
791317
1479
عن طريق حركة جناحها
13:12
and you can see this visual interneuron
270
792796
2110
وتستطيع أن ترى العصبون البصري
13:14
respond to the pattern of wing motion as the fly flies.
271
794906
3908
يستجيب لنمط الجناح أثناء طيران الذبابة.
13:18
So for the first time we've actually been able to record
272
798814
2376
ولأول مرة استطعنا أن نسجل
13:21
from neurons in the fly's brain while the fly
273
801190
2908
الخلايا العصبية في دماغ الذبابة أثناء
13:24
is performing sophisticated behaviors such as flight.
274
804098
4468
أداء الذبابة لتصرفات متطورة كالطيران
13:28
And one of the lessons we've been learning
275
808566
1855
وأحد الدروس التي نتعلمها
13:30
is that the physiology of cells that we've been studying
276
810421
2420
هي فيزيولوجيا الخلايا التي كنا ندرسها
13:32
for many years in quiescent flies
277
812841
2421
لسنوات عدة في الذباب الهادئ
13:35
is not the same as the physiology of those cells
278
815262
2648
وهي لا تماثل فزيولوجيا الخلايا
13:37
when the flies actually engage in active behaviors
279
817910
2736
عنما ينخرط الذباب في تصرفات نشطة
13:40
like flying and walking and so forth.
280
820646
2539
مثل الطيران و المشي وغيرها.
13:43
And why is the physiology different?
281
823185
2925
ولماذا تختلف الفزيولوجيا؟
13:46
Well it turns out it's these neuromodulators,
282
826110
2057
يتيبين أن هذه المعدلات العصبية
13:48
just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.
283
828167
3951
تشبه المعدلات العصبية في الكتلة العصبية الموجودة في السراطين
13:52
So here's a picture of the octopamine system.
284
832118
2550
وهذه صورة لجهاز الأكتوبامين.
13:54
Octopamine is a neuromodulator
285
834668
1754
الأكتوبامين هو معدل عصبي
13:56
that seems to play an important role in flight and other behaviors.
286
836422
4336
والذي ببدو أنه يلعب دوراً مهماً في الطيران والتصرفات الأخرى.
14:00
But this is just one of many neuromodulators
287
840758
2472
ولكنه مجرد واحد من المعدلات العصبية
14:03
that's in the fly's brain.
288
843230
1071
الموجودة في دماغ الذبابة.
14:04
So I really think that, as we learn more,
289
844301
2666
ولهذا أعتقد حقاً، بقدر تعلمنا أكثر،
14:06
it's going to turn out that the whole fly brain
290
846967
2527
سيبدو أن دماغ الذبابة بأكمله
14:09
is just like a large version of this stomatogastric ganglion,
291
849494
3089
يشابه نسخة كبيرة للكتلة العصبية المعدية الفمية
14:12
and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.
292
852583
4360
وهذا أحد أسباب قدرته على فعل الكثير بعدد قليل من الخلايا العصبية.
14:16
Now, another idea, another way of multiplexing
293
856943
2787
والآن، فكرة أخرى، طريقة أخرى للمضاعفة
14:19
is multiplexing in space,
294
859730
1656
هي المضاعفة في الحيز
14:21
having different parts of a neuron
295
861386
1694
أي جعل أجزاء مختلفة في الخلية العصبية
14:23
do different things at the same time.
296
863080
2122
تقوم بأشياء مخنلفة في نفس الوقت.
14:25
So here's two sort of canonical neurons
297
865202
1833
وهنا نوعان من الخلايا العصبية تقليدية
14:27
from a vertebrate and an invertebrate,
298
867035
2285
من حيوانات فقرية و لافقرية،
14:29
a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,
299
869320
3250
ومن خلايا عصبية هرمية من رامون كاهال،
14:32
and another cell to the right, a non-spiking interneuron,
300
872570
4003
وفي اليمين خلية أخرى، عصبون غير شوكي
14:36
and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,
301
876573
4147
وهذا عمل ألان واتسون ومالكوم بوروس منذ سنوات عدة،
14:40
and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea
302
880720
3075
وقد اقترح مالكوم بوروس فكرة مثيرة للاهتمام
14:43
based on the fact that this neuron from a locust
303
883795
2882
بناءً على حقيقة أن الخلية العصبية للجراد
14:46
does not fire action potentials.
304
886677
1959
لا تطلق جهد الفعل.
14:48
It's a non-spiking cell.
305
888636
1748
فهي خلية شوكية
14:50
So a typical cell, like the neurons in our brain,
306
890384
2780
لذا، الخلية النموذجية، مثل الخلايا العصبية في دماغنا
14:53
has a region called the dendrites that receives input,
307
893164
2752
تحتوي علـي منطقة تسمى التغصنات وهي تستقبل المدخلات
14:55
and that input sums together
308
895916
2589
وهذه المدخلات تجتمع
14:58
and will produce action potentials
309
898505
2296
وتنتج جهد الفعل
15:00
that run down the axon and then activate
310
900801
2331
والتي تنزل إلى المحور العصبي وتفعّل
15:03
all the output regions of the neuron.
311
903132
2296
جميع مناطق المخرجات في الخلية العصبية.
15:05
But non-spiking neurons are actually quite complicated
312
905428
2876
ولكن الخلايا العصبية غير الشوكية معقدة إلى حد ما
15:08
because they can have input synapses and output synapses
313
908304
3112
لأن تستطيع الحصول على مدخلات وصلات عصبية ومخرجات وصلات عصبية
15:11
all interdigitated, and there's no single action potential
314
911416
3663
وجميعها تتشابك، ولا يوجد أي جهد فعل
15:15
that drives all the outputs at the same time.
315
915079
3126
والتي تدفع جميع المخرجات في نفس الوقت.
15:18
So there's a possibility that you have computational compartments
316
918205
3907
وهناك احتمالية بأن يكون لديك أجزاء حسابية
15:22
that allow the different parts of the neuron
317
922112
3978
تتيح لأجزاء مختلفة من الخلية العصبية
15:26
to do different things at the same time.
318
926090
2560
عمل أمور مختلفة في نفس الوقت.
15:28
So these basic concepts of multitasking in time
319
928650
4671
وهذه المفاهيم الأساسية للمضاعفة في الوقت
15:33
and multitasking in space,
320
933321
2361
والمضاعفة في الحيز،
15:35
I think these are things that are true in our brains as well,
321
935682
2832
وأعتقد أن هذه الأمور حقيقية في دماغنا أيضاً،
15:38
but I think the insects are the true masters of this.
322
938514
2577
ولكن أعتقد أن المتقن الحقيقي لهذا هو الحشرات.
15:41
So I hope you think of insects a little bit differently next time,
323
941091
3116
وأتمنى أن تغيروا من تفكيركم حول الحشرات مستقبلا،
15:44
and as I say up here, please think before you swat.
324
944207
2935
وكما أقول هنا، فكروا قبل أن تضربوا الذباب.
15:47
(Applause)
325
947142
2953
(تصفيق)
حول هذا الموقع

سيقدم لك هذا الموقع مقاطع فيديو YouTube المفيدة لتعلم اللغة الإنجليزية. سترى دروس اللغة الإنجليزية التي يتم تدريسها من قبل مدرسين من الدرجة الأولى من جميع أنحاء العالم. انقر نقرًا مزدوجًا فوق الترجمة الإنجليزية المعروضة على كل صفحة فيديو لتشغيل الفيديو من هناك. يتم تمرير الترجمات بالتزامن مع تشغيل الفيديو. إذا كان لديك أي تعليقات أو طلبات ، يرجى الاتصال بنا باستخدام نموذج الاتصال هذا.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7