Michael Dickinson: How a fly flies

مایکل دیکنسون: مگس‌ها چگونه پرواز می‌کنند؟

Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast

Translator: Ehsan Allahverdi Reviewer: soheila Jafari

I grew up watching Star Trek. I love Star Trek.

من با برنامه پیشتازان فضا - Star Trek بزرگ شدم. ( سریال تلوزیونی در دهه شصت میلادی)، من عاشق پیشتازان فضا هستم.

Star Trek made me want to see alien creatures,

برنامه پیشتازان فضا من رو تشویق به دیدن موجودات عجیب کرد،

creatures from a far-distant world.

موجوداتی از سرزمینهای دور

But basically, I figured out that I could find

اما اساسا، من متوجه شدم که میتونم

those alien creatures right on Earth.

اون موجودات عجیب رو روی زمین پیدا کنم.

And what I do is I study insects.

و کاری که من میکنم مطالعه حشرات

I'm obsessed with insects, particularly insect flight.

تمام فکرو ذهنم من را حشرات، مخصوصا حشرات پرنده گرفته است.

I think the evolution of insect flight is perhaps

من فکر میکنم، تکامل پرواز حشرات شاید

one of the most important events in the history of life.

یکی از مهمترین رویدادهای تاریخ حیات باشه.

Without insects, there'd be no flowering plants.

بدون حشرات، گیاهان گلدار بوجود نمی آمدند.

Without flowering plants, there would be no

بدون گیاهان گلدار، هیچ

clever, fruit-eating primates giving TED Talks.

پستاندارمیوه خور باهوشی نبود که بیاد توی TED صحبت کنه

(Laughter)

(خنده)

Now,

حالا

David and Hidehiko and Ketaki

دیوید، هیدهیکو و کتاکی

gave a very compelling story about

داستان جالبی در مورد

the similarities between fruit flies and humans,

شباهتهای بین مگس میوه و انسان ارائه کردند،

and there are many similarities,

و شباهتهای بسیاری وجود داره،

and so you might think that if humans are similar to fruit flies,

و بنابر این ممکن فکر کنید که اگر انسانها شبیه به پشه های میوه باشند،

the favorite behavior of a fruit fly might be this, for example --

رفتار مورد علاقه یک پشه میوه یه چیزی مثل این باشه---

(Laughter)

(خنده)

but in my talk, I don't want to emphasize on the similarities

اما من در بحثم نمیخوام به شباهتهای

between humans and fruit flies, but rather the differences,

بین انسان و مگس میوه تاکید کنم، بلکه میخوام در مورد تفاوت هاشون صحبت کنم،

and focus on the behaviors that I think fruit flies excel at doing.

و روی رفتاریهای تاکید کنم که مگس میوه تخصص زیادی در انجامش داره.

And so I want to show you a high-speed video sequence

و من میخوام یک ویدئو با سرعت پخش بالا رو بهتون نشون بدم

of a fly shot at 7,000 frames per second in infrared lighting,

که از یک مگس با سرعت ۷٫۰۰۰ فریم در ثانیه بوسیله نور مادون قرمز تصویر گرفته شده،

and to the right, off-screen, is an electronic looming predator

و در سمت راست، بیرون صفحه، یک شبه مهاجم الکترونیکی وجود داره

that is going to go at the fly.

که میخواد به سمت مگس بره.

The fly is going to sense this predator.

مگس مهاجم رو حس میکنه.

It is going to extend its legs out.

و داره سعی میکنه که پاهاش رو به سمت بیرون باز کنه.

It's going to sashay away

و سعی میکنه با آرامش و حفظ تعادل خودشو به عقب بکشه

to live to fly another day.

تا بتونه جون خودشه حفظ کنه.

Now I have carefully cropped this sequence

حالا من به دقت این سکانس تصویر رو قطع کردم

to be exactly the duration of a human eye blink,

تا دقیقا به اندازه پلک زدن چشم انسان باشه،

so in the time that it would take you to blink your eye,

پس هنگامی که شما پلکتون به هم می‌زنید،

the fly has seen this looming predator,

مگس شبه مهاجم رو میبینه،

estimated its position, initiated a motor pattern to fly it away,

موقعیت خودشو تخمین میزنه، و یک الگوی حرکتی رو آغاز میکنه تا بتونه فرار کنه،

beating its wings at 220 times a second as it does so.

۲۲۰ بار در ثانیه بال میزنه تا فرار کنه.

I think this is a fascinating behavior

من فکر میکنم که این یک رفتار شگفت انگیزه

that shows how fast the fly's brain can process information.

که نشون میده که مغز مگس چقدر سریع میتونه اطلاعات رو پردازش کنه.

Now, flight -- what does it take to fly?

حالا، پرواز- چطور پرواز میکنه؟

Well, in order to fly, just as in a human aircraft,

خوب، برای اینکه پرواز کنه، مثل هواپیمای آدما،

you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,

شما به بالهایی نیاز دارید که بتونه نیروی آیرودینامیک کافی تولید کنه،

you need an engine sufficient to generate the power required for flight,

شما به یک موتور احتیاج دارید که قدرت مورد نیاز برای پرواز رو تامین کنه،

and you need a controller,

و به یک کنترل کننده احتیاج دارید،

and in the first human aircraft, the controller was basically

در اولین هواپیمای ساخت بشر، کنترل کننده در واقع

the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.

همون مغز اورویل و ویلبر ( کسانی ک اولین هواپیما را ساختند) در داخل کابین خلبان .

Now, how does this compare to a fly?

حالا، این چه شباهتی به پرواز داره؟

Well, I spent a lot of my early career trying to figure out

من زمان زیادی رو در آغاز کارم برای این گذروندم که بفهمم

how insect wings generate enough force to keep the flies in the air.

که چطور بال های مگس میتونه نیروی لازم برای پرواز در هوا رو فراهم کنه.

And you might have heard how engineers proved

وممکنه شنیده باشید که مهندسین ثابت کردند که چطور

that bumblebees couldn't fly.

زنبورهای گاوی(زنبورهای بزرگ) نمیتونند پرواز کنن.

Well, the problem was in thinking that the insect wings

مشکل در اینجا بود که تصور میشد که بالهای حشره

function in the way that aircraft wings work. But they don't.

دقیقا شبیه بالهای هواپیما کار میکنند. اما اینطور نیست.

And we tackle this problem by building giant,

و ما با ساختن مدلهای ایرودینامیکی عظیمی،

dynamically scaled model robot insects

از حشرات ربوتیکی

that would flap in giant pools of mineral oil

و شبیه سازی بال زدن اونها در استخرهای روغن معدنی این مشکل رومرتفع کردیم

where we could study the aerodynamic forces.

جایی که میتونستیم نیروی آیرودینامیکی رو بررسی کنیم.

And it turns out that the insects flap their wings

و مشخص شد که حشرات بالهای خود را

in a very clever way, at a very high angle of attack

بسیار زیرکانه به حرکت درمیارند، با یک زاویه بسیار بالایی از (حالت) حمله

that creates a structure at the leading edge of the wing,

یک ساختار در لبه بال ایجاد میکنن،

a little tornado-like structure called a leading edge vortex,

یک ساختار شبیه به تورنادو بنام لبه جلویی گرداب،

and it's that vortex that actually enables the wings

و این همون نیروی حلقوی هست که باعث میشه بالها

to make enough force for the animal to stay in the air.

نیروی کافی رو تولید کنند که حیوان بتونه در هوا بمونه.

But the thing that's actually most -- so, what's fascinating

اما چیزی که واقعا خیلی جذاب به نظر می رسه

is not so much that the wing has some interesting morphology.

این نیست که بالها دارای ساختار جذابیست.

What's clever is the way the fly flaps it,

نکته هوشمندانه اینه که اونها چطور بالهای خودشونو به حرکت در میارن،

which of course ultimately is controlled by the nervous system,

که البته در نهایت توسط سیستم عصبی کنترل میشه،

and this is what enables flies to perform

و این همان چیزی است که مگس ها را قادر می سازه تا

these remarkable aerial maneuvers.

مانورهای هوایی چشمگیری انجام بدن.

Now, what about the engine?

حالا، موتور پرواز چی میشه؟

The engine of the fly is absolutely fascinating.

موتور پرواز مگس ها بسیار جالب.

They have two types of flight muscle:

اونها دو نوع عضله پروازی دارند:

so-called power muscle, which is stretch-activated,

به اصطلاح عضله قدرتی، که با کشش فعال میشه،

which means that it activates itself and does not need to be controlled

به این معنی که خود را فعال میکنه و نیازی به کنترل نداره

on a contraction-by-contraction basis by the nervous system.

بر اساس سیستم عصبی انقباض در انقباض.

It's specialized to generate the enormous power required for flight,

این توانایی برای تولید قدرت عظیم مورد نیاز برای پروازبوجود میاد،

and it fills the middle portion of the fly,

و بخش مرکزی مگس رو پر میکنه،

so when a fly hits your windshield,

بنابراین، وقتی که یک مگس با شیشه جلوی ماشینتون برخورد میکنه،

it's basically the power muscle that you're looking at.

چیزی که می بینید در واقع توان عضلانی.

But attached to the base of the wing

اما به پایه بال

is a set of little, tiny control muscles

مجموعه ای از عضلات کنترلی کوچک متصل شده

that are not very powerful at all, but they're very fast,

که اصلا قدرتمند نیستند بلکه بسیار سریع اند،

and they're able to reconfigure the hinge of the wing

و می تونند لولای بال رو

on a stroke-by-stroke basis,

بر اساس هر ضربه مجددا تنظیم کنه،

and this is what enables the fly to change its wing

و این همان چیزی که مگس رو قادر میکنه تا بال خودشو تغییر بده

and generate the changes in aerodynamic forces

ودرنیروهای آیرودینامیکی تغییر ایجاد کنه

which change its flight trajectory.

و مسیر پرواز خود شو تغییر بده.

And of course, the role of the nervous system is to control all this.

و البته، نقش سیستم عصبی، کنترل همه اینهاست.

So let's look at the controller.

بنابراین بگذارید نگاهی به کنترل کننده ها بیندازیم.

Now flies excel in the sorts of sensors

مگسها در انواع حسگرها سرآمدند

that they carry to this problem.

که باعث مشکل تر شدن اوضاع میشه.

They have antennae that sense odors and detect wind detection.

اونها شاخکهایی دارند که باهاش بو حس می کنن و(جهت) باد تشخیص میدن.

They have a sophisticated eye which is

اونها چشم های پیچیدهای دارند که

the fastest visual system on the planet.

سریعترین سیستم بینایی توی دنیاست.

They have another set of eyes on the top of their head.

اونها چشمهای دیگری هم در بالای سرشون دارن.

We have no idea what they do.

ما نمیدونیم که کار اونها چیه.

They have sensors on their wing.

اونها روی بالهاشون حسگر دارن.

Their wing is covered with sensors, including sensors

بالهاشون از حسگرها پوشیده شده، از جمله حسگرهایی

that sense deformation of the wing.

که تغییر شکل بال رو حس میکنه.

They can even taste with their wings.

اونها حتی میتونن با بالهاشون مزه ها رو بچشند.

One of the most sophisticated sensors a fly has

یکی از پیچیده ترین حسگرهایی که یه مگس داره

is a structure called the halteres.

یه ساختاری به اسم هالتر(افسار).

The halteres are actually gyroscopes.

هالترها در واقع نوعی ژیروسکوپ اند.

These devices beat back and forth about 200 hertz during flight,

این دستگاه ها حدود ۲۰۰ هرتز در طول پرواز به جلو و عقب، ضربه وارد میکنه،

and the animal can use them to sense its body rotation

و حیوان می تونه از اونها برای حس کردن چرخش بدنش استفاده کنه

and initiate very, very fast corrective maneuvers.

و مانورهای دقیق وخیلی خیلی سریعی رو شروع کنه.

But all of this sensory information has to be processed

اما همه این اطلاعات حسی لازمه که

by a brain, and yes, indeed, flies have a brain,

بوسیله مغز پردازش بشه، وبله، قطعا مگسها مغز دارند،

a brain of about 100,000 neurons.

مغزی با در حدود ۱۰۰٫۰۰۰ سلول عصبی.

Now several people at this conference

اکنون افراد بسیاری در این کنفرانس

have already suggested that fruit flies could serve neuroscience

هنوز هیچی نشده پشنهاد میدن که مگس های میوه می تونن در خدمت علوم اعصاب باشن

because they're a simple model of brain function.

چونکه اونها یک مدل ساده از عملکرد مغز هستند.

And the basic punchline of my talk is,

و مطلب اصلی بحثم اینه که،

I'd like to turn that over on its head.

من می خوام دوباره به سر (این حشره) برگردم.

I don't think they're a simple model of anything.

فکر نمی کنم مدل ساده ای از هرچیزی باشه.

And I think that flies are a great model.

به نظرم این مگسها یک مدل فوق العاده اند.

They're a great model for flies.

و اونها هستن که یه مدل فوق العاده برای مگس ها به حساب میان.

(Laughter)

(خنده)

And let's explore this notion of simplicity.

بذارید مفهوم این سادگی رو بررسی کنیم.

So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,

خب من فکر می کنم، متاسفانه، بسیاری از متخصصین اعصاب،

we're all somewhat narcissistic.

و همه ما تا حدودی خود شیفته هستیم.

When we think of brain, we of course imagine our own brain.

وقتی ما درباره مغز صحبت می کنیم، طبیعتا مغز خودمونو تصور می کنیم.

But remember that this kind of brain,

اما به یاد داشته باشید این نوع از مغز،

which is much, much smaller

که بسیار بسیار کوچک ترن

— instead of 100 billion neurons, it has 100,000 neurons —

به جای ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی، از ۱۰۰٫۰۰۰ سلول عصبی تشکیل شدن--

but this is the most common form of brain on the planet

اما این رایج ترین شکل مغز بر روی زمینه

and has been for 400 million years.

و ۴۰۰ میلیون سال قدمت داره.

And is it fair to say that it's simple?

و انصاف که بگیم که ساده ست؟

Well, it's simple in the sense that it has fewer neurons,

خب، از این لحاظ که داری سلولهای کمتری سادست،

but is that a fair metric?

اما آیا این معیار سنجش درسته؟

And I would propose it's not a fair metric.

وبه نظر من این معیار سنجش درستی نیست.

So let's sort of think about this. I think we have to compare --

خب بگذارید کمی دربارش فکر کنیم. من فکر میکنم می بایست مقایسه کنیم--

(Laughter) —

(خنده)--

we have to compare the size of the brain

می بایست اندازه مغز رو

with what the brain can do.

با توجه به توانایی هاش مقایسه کنیم.

So I propose we have a Trump number,

خب بنظرم ما یه برگ برنده داریم،

and the Trump number is the ratio of this man's

و برگ برنده ما نسبت

behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.

کارنامه اخلاقی این مرد با سلولهای عصبی مغزش.

We'll calculate the Trump number for the fruit fly.

ما می خواهیم تعداد برگ برنده های مگس میوه رو محاسبه کنیم.

Now, how many people here think the Trump number

حالا کیا اینجا فکر میکنن برگ برنده های

is higher for the fruit fly?

مگس میوه بیشتر؟

(Applause)

(تشویق)

It's a very smart, smart audience.

حضار خیلی باهوشی داریم.

Yes, the inequality goes in this direction, or I would posit it.

بله، نابرابری همینه که من اون بدیهی فرض کردم.

Now I realize that it is a little bit absurd

من متوجه شدم که این موضوع کمی مضحک

to compare the behavioral repertoire of a human to a fly.

که بخوایم کارنامه اخلاقی آدمها رو با مگس مقایسه کنیم.

But let's take another animal just as an example. Here's a mouse.

اما اجازه بدید یه حیوان دیگه روبراتون مثال بزنم مثلا موش.

A mouse has about 1,000 times as many neurons as a fly.

یه موش ۱٫۰۰۰ برابر بیشتر از مگس سلول عصبی داره.

I used to study mice. When I studied mice,

من درباره موشها مطالعه داشتم، وقتی درباره موشها مطالعه میکردم،

I used to talk really slowly.

به آرومی صحبت می کردم.

And then something happened when I started to work on flies.

یدفعه یه موضوعی باعث شد تا روی مگس ها کار کنم.

(Laughter)

(خنده)

And I think if you compare the natural history of flies and mice,

من فکر می کنم اگر تاریخ طبیعی مگسها وموشها رو مقایسه کنید،

it's really comparable. They have to forage for food.

واقعا قابل مقایسه ست. اونها باید دنبال غذا بگردن.

They have to engage in courtship.

اونها در گیر رابطه عاشقانه میشن.

They have sex. They hide from predators.

اونها رابطه جنسی دارن. اونها خودشونو از شکارچی ها پنهان می کنن.

They do a lot of the similar things.

اونها خیلی چیزهای مشابه انجام می دن.

But I would argue that flies do more.

اما من استدلالم اینه که مگسها کارهای بیشتری انجام می دن.

So for example, I'm going to show you a sequence,

برای مثال ، یه سکانسی رو بهتون نشون میدهم.

and I have to say, some of my funding comes from the military,

و باید بگم که بخشی از بودجه کاریم رو ازارتش گرفتم،

so I'm showing this classified sequence

و حالا می خوام این سکانس محرمانه رو بهتون نشون بدم

and you cannot discuss it outside of this room. Okay?

و نباید این موضوع رو با کسی خارج از این اتاق مطرح کنید، باشه؟

So I want you to look at the payload

من ازتون می خوام که به ظرفیت بار

at the tail of the fruit fly.

انتهای دم مگس نگاه کنید.

Watch it very closely,

با دقت نگاش کنید،

and you'll see why my six-year-old son

و متوجه می شید که چرا پسر شش ساله من

now wants to be a neuroscientist.

حالا می خواد یه متخصص اعصاب بشه.

Wait for it.

یه لحظه صبر کنید.

Pshhew.

صبرکنید.

So at least you'll admit that if fruit flies are not as clever as mice,

بنابر این حداقل تصدیق می‌کنید که اگرچه مگسهای میوه به اندازه موشها باهوش نیستند،

they're at least as clever as pigeons. (Laughter)

ولی هرچی باشه از کبوترها که باهوش ترند.(خنده)

Now, I want to get across that it's not just a matter of numbers

حال، من می خواهم بفهمم که این موضوع فقط بحث اعداد نیست

but also the challenge for a fly to compute

بلکه چالشی است برای مگسها برای محاسبه

everything its brain has to compute with such tiny neurons.

هر چیزی که مغز اونها باید با سلولهای عصبی بسیار کوچیک محاسبه کنه.

So this is a beautiful image of a visual interneuron from a mouse

خب این یه عکس قشنگ از سلول‌های عصبی داخل مغز یه موشه

that came from Jeff Lichtman's lab,

که از آزمایشگاه جف لیکمن تهیه شده،

and you can see the wonderful images of brains

شما می تونید عکسهای شگفت انگیزی از این مغزها رو ببینید

that he showed in his talk.

که اون در این بحث اونا رو به شما نشون میده.

But up in the corner, in the right corner, you'll see,

اما در گوشه بالا، در گوشه سمت راست، تصویری

at the same scale, a visual interneuron from a fly.

با همان مقیاس، از سلولهای داخلی مغز مگس رو می بینید.

And I'll expand this up.

و من میخواهم بحث رو بازش کنم.

And it's a beautifully complex neuron.

و اون یک سلول عصبی زیبای پیچیده ست.

It's just very, very tiny, and there's lots of biophysical challenges

بسیار بسیار کوچک، و چالش های بیوفیزیکی بسیاری وجود داره

with trying to compute information with tiny, tiny neurons.

برای محاسبه اطلاعات با این سلول عصبی بسیار بسیار کوچک.

How small can neurons get? Well, look at this interesting insect.

چه مقدار کمی سلولهای عصبی می تونن دریافت کنن؟ خب، به این حشره جالب نگاه کنید.

It looks sort of like a fly. It has wings, it has eyes,

تا حدی شبیه مگسه. بال داره، چشم داره،

it has antennae, its legs, complicated life history,

شاخک داره، پا داره، تاریخچه حیات پیچیده،

it's a parasite, it has to fly around and find caterpillars

اون یک انگل، اون می پره تا کرم ابریشم پیدا کنه

to parasatize,

و بعد انگل زایی کنه،

but not only is its brain the size of a salt grain,

اما نه تنها مغزش هم اندازه دونه نمک،

which is comparable for a fruit fly,

که در مقایسه با مغز مگس میوه،

it is the size of a salt grain.

هم اندازه دونه نمک است.

So here's some other organisms at the similar scale.

در اینجا موجودات زنده دیگری با همین مقیاس وجود داره.

This animal is the size of a paramecium and an amoeba,

این حیوان به اندازه یک پارامیسیوم و یه جانور تک سلولی،

and it has a brain of 7,000 neurons that's so small --

و مغزش دارای هفت هزار سلول عصبی که بسیار کوچک است--

you know these things called cell bodies you've been hearing about,

شما میدونید اینها به عنوان سلولهای بدنی شناخته می شن تا حالا شنیده بودید،

where the nucleus of the neuron is?

هسته مرکزی سلولهای عصب اونها کجاست؟

This animal gets rid of them because they take up too much space.

این حیوون اونا رو از بین می بره چون جای زیادی رو اشغال می کنن.

So this is a session on frontiers in neuroscience.

خُب این درسی از خطوط مقدم علوم اعصاب است.

I would posit that one frontier in neuroscience is to figure out how the brain of that thing works.

از نظر من یکی از خطوط مقدم علم اعصاب اینه که بفهمیم که چطور مغز اونا کار میکنه

But let's think about this. How can you make a small number of neurons do a lot?

اما بگذارید در این باره فکر کنیم. چطور میتونیم با مقدار کمی ازسلول های عصبی کارهای زیادی انجام بدیم؟

And I think, from an engineering perspective,

به نظرم، از دید یه مهندس،

you think of multiplexing.

این موضوع دارای چند بخشه.

You can take a hardware and have that hardware

شما می تونید یه سخت افزار داشته باشید واز اون سخت افزار

do different things at different times,

برای چیزهای مختلف در زمان های مختلف استفاده کنید،

or have different parts of the hardware doing different things.

و یا بخش های مختلفی از یه سخت افزار داشته باشید که کارهای مختلفی انجام بده.

And these are the two concepts I'd like to explore.

و اینها دو مفهومی هستن که می خوام دربارشون تحقیق کنم.

And they're not concepts that I've come up with,

اما این مفاهیمی که میخوام بگم مفاهیمی نیستند که من دنبالشون می گردم،

but concepts that have been proposed by others in the past.

اما مفاهیمی اند که در گذشته ارائه شدن.

And one idea comes from lessons from chewing crabs.

یکی از این ایده ها از نوع جویدن خرچنگ ها برداشت شده.

And I don't mean chewing the crabs.

البته منظورم جویدن خوده خرچنگ نیست.

I grew up in Baltimore, and I chew crabs very, very well.

من در بالتیمور بزرگ شدم و خیلی خوب خرچنگ می جوم.

But I'm talking about the crabs actually doing the chewing.

اما من دارم درباره عمل جویدن خود خرچنگ ها صحبت می کنم.

Crab chewing is actually really fascinating.

نوع جویدن خرچنگها بسیار جذاب است.

Crabs have this complicated structure under their carapace

خرچنگها این ساختارپیچیده رو زیر لاکشون دارن

called the gastric mill

که به اسم آسیاب معده شناخته میشه

that grinds their food in a variety of different ways.

غذا ها رو به روشهای مختلف خرد میکنه.

And here's an endoscopic movie of this structure.

و این فیلم آندوسکوپی این ساختار را نشان می‌دهد.

The amazing thing about this is that it's controlled

نکته جالب اینه که این بخش

by a really tiny set of neurons, about two dozen neurons

به وسیله مجموعه ای از سلولهای بسیار ریز کنترل میشه

that can produce a vast variety of different motor patterns,

و می تونه مجموعه گسترده ای از الگوهای متفاوت حرکتی رو تولید کنه،

and the reason it can do this is that this little tiny ganglion

و دلیل اینکه می تونه این کارو بکنه اینه که این مجموعه سلولهای عصبی کوچک

in the crab is actually inundated by many, many neuromodulators.

در خرچنگ درواقع مملو از تعداد بسیار بسیار زیادی متغیرهای سلولهای عصبی ست.

You heard about neuromodulators earlier.

شما قبلا هم درباره متغیرهای سلولهای عصبی چیزهایی شنیده بودید.

There are more neuromodulators

متغیرهای سلولهای عصبی بیشتری هم وجود داره

that alter, that innervate this structure than actually neurons in the structure,

که تغییر ایجاد می‌کنند،که در این ساختار بیشتر از رشته های عصبی استفاده میشه تا سلولهای عصبی،

and they're able to generate a complicated set of patterns.

و اونها میتونن مجموعه الگوهای پیچیده تری رو ایجاد کنند.

And this is the work by Eve Marder and her many colleagues

و این سیستم شگفت انگیز ایو ماردر و تعداد کثیری از همکارانش

who've been studying this fascinating system

مورد بررسی قرار دادن

that show how a smaller cluster of neurons

که نشون میده چطور خوشه های کوچک ترسلولهای عصبی

can do many, many, many things

می تونه کارهای بسیار بسیار بسیار زیادی انجام بده

because of neuromodulation that can take place on a moment-by-moment basis.

بخاطر متغیرهای عصبی که می تونه به صورت لحظه به لحظه رخ بده.

So this is basically multiplexing in time.

بنا براین در زمان به چند بخش تقسیم میشه.

Imagine a network of neurons with one neuromodulator.

شبکه سلولهای عصبی رو تصور کنید که تنها یک متغیر عصبی داره.

You select one set of cells to perform one sort of behavior,

شما یه مجموعه از سلولها رو انتخاب می کنید که یک نوع رفتار انجام میده،

another neuromodulator, another set of cells,

یه متغیر عصبی دیگه، و یه مجموعه سلولهای دیگه

a different pattern, and you can imagine

یه الگوهای متفاوت، ومیتونید تصور کنید که

you could extrapolate to a very, very complicated system.

شما میتونید یه سیستم بسیار بسیار پیچیده رو ملاک قرار بدید.

Is there any evidence that flies do this?

مدرکی وجود داره که مگسها این کارو انجام میدن؟

Well, for many years in my laboratory and other laboratories around the world,

خب، برای سالها در آزمیشگاه من و دیگر آزمایشگاه های سراسر جهان

we've been studying fly behaviors in little flight simulators.

ما رفتار مگس رو در محیط شبیه سازی پرواز مورد بررسی قرار دادیم.

You can tether a fly to a little stick.

شما می تونید مگس ببندینش به یه چیز چسبناک.

You can measure the aerodynamic forces it's creating.

شما می تونید نیروی آیرودینامیکی که ایجاد می کنه رو بسنجید.

You can let the fly play a little video game

شما می تونید بذارید مگس در یه صفحه نمایش پرواز کنه

by letting it fly around in a visual display.

ویه بازی ودیویی کوچیک انجام بده.

So let me show you a little tiny sequence of this.

خب اجازه بدید یه سکانس کوچکی از اینو بهتون نشون بدم.

Here's a fly

این یه مگس

and a large infrared view of the fly in the flight simulator,

نمای بزرگی ازمگس زیر نور مادون قرمز ودر محیط شبیه سازی پرواز

and this is a game the flies love to play.

و این بازی که مگس دوست داره انجام بده.

You allow them to steer towards the little stripe,

شما اجازه می دید که با یه بند کوچیک هدایت بشه،

and they'll just steer towards that stripe forever.

و اونها تا همیشه با این بند کوچیک هدایت میشن.

It's part of their visual guidance system.

این بخشی از سیستم هدایت بصری اونهاست.

But very, very recently, it's been possible

اما بسیار، بسیار به تازگی،

to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.

تغییر این نوع از عرصه رفتار فیزیواوژیکی میسر شده.

So this is the preparation that one of my former post-docs,

پس این مقدمه‌ای برای یکی ا شاگردان ز فوق دکترای سابق من به اسم

Gaby Maimon, who's now at Rockefeller, developed,

گبی میمن که اکنون در راکفلر، در بخش پیشبرد کار میکنه،

and it's basically a flight simulator

و این در واقع یه شبیه ساز پرواز

but under conditions where you actually can stick an electrode

اما تحت شرایطی که شما واقعا بتونید یه الکترود

in the brain of the fly and record

به مغز مگس بچسبونید

from a genetically identified neuron in the fly's brain.

و سلول های عصبی شناخته شده ژنی رو در مغز مگس ثبت کنید.

And this is what one of these experiments looks like.

و این همان چیزی است که در یکی از این آزمایشات به نظر می‌رسه.

It was a sequence taken from another post-doc in the lab,

و این یه سکانس از یکی دیگه از آزمایشگاه های فوق دکترا

Bettina Schnell.

بتینا اشنل.

The green trace at the bottom is the membrane potential

اثر سبز در قسمت پایین، نشانگر پتانسیل غشایی

of a neuron in the fly's brain,

سلولهای عصبی مغز مگس،

and you'll see the fly start to fly, and the fly is actually

و شما می بینید که مگس شروع میکنه به پرواز، و مگس در واقع

controlling the rotation of that visual pattern itself

چرخش الگوی بصری خودشو

by its own wing motion,

بوسیله حرکت بالهاش کنترل می کنه،

and you can see this visual interneuron

و شما می تونید ببینید که این سلولهای عصبی داخلی

respond to the pattern of wing motion as the fly flies.

بهنگام پرواز مگسها به الگوی حرکتی بالها واکنش نشون میده.

So for the first time we've actually been able to record

در واقع ما برای اولین بار تونستیم

from neurons in the fly's brain while the fly

سلول های عصبی مغز مگس در حین

is performing sophisticated behaviors such as flight.

اجرای رفتار های پیچیده مثل پرواز ثبت کنیم.

And one of the lessons we've been learning

و یکی از درسهایی که ما یاد گرفتیم

is that the physiology of cells that we've been studying

این بود که فیزیولوژی سلولهایی که ما

for many years in quiescent flies

سالهای متمادی در باره مگس های غیر فعال بررسی کردیم

is not the same as the physiology of those cells

شباهتی بین فیزیولوژی سلولهای

when the flies actually engage in active behaviors

مگسهایی که در گیر رفتارهای فعالی

like flying and walking and so forth.

مانند پرواز کردن، راه رفتن و مانند اینهاست وجود نداره.

And why is the physiology different?

و چرا فیزیولوژی شون فرق داره؟

Well it turns out it's these neuromodulators,

خب، معلوم شد که متغیرهای سلولهای عصبی شون

just like the neuromodulators in that little tiny ganglion in the crabs.

درست مثل متغیرهای سلوهای عصبی در مجموعه سلولهای عصبی بسیار کوچک خرچنگ

So here's a picture of the octopamine system.

این یه عکس از سیستم آکتوپومین.

Octopamine is a neuromodulator

آکتوپومین یه متغییر سلول عصبی

that seems to play an important role in flight and other behaviors.

که به نظر میاد نقش مهمی در پرواز ودیگر رفتارها انجام میده.

But this is just one of many neuromodulators

اما این تنها یکی ازچندین متغیرهای سلولهای عصبی

that's in the fly's brain.

موجود درمغز مگس

So I really think that, as we learn more,

همینطوری که ما یاد می گیریم، من واقعا فکر میکنم،

it's going to turn out that the whole fly brain

تمام مغز مگس

is just like a large version of this stomatogastric ganglion,

مثل یه گونه بزرگی ازمجموعه سلولهای ستوماتیگاسریک stomatogastric از کار در بیاد

and that's one of the reasons why it can do so much with so few neurons.

و این یکی ازدلایلی که با سلولهای عصبی بسیار کم می تونه کارهای زیادی انجام بده

Now, another idea, another way of multiplexing

حالا، ایده بعدی، راه دیگری برای چند بخشی کردن

is multiplexing in space,

چند بخشی کردن در فضا،

having different parts of a neuron

داشتن بخشهای مختلفی از سلولهای عصبی که

do different things at the same time.

همزمان چیزهای مختلفی انجام بده.

So here's two sort of canonical neurons

خب، در این جا دو نوع سلولهای عصبی متعارف وجود داره

from a vertebrate and an invertebrate,

از مهره دارها و بی مهره ها

a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,

یه سلول عصبی هرمی از رامونی کا خال،

and another cell to the right, a non-spiking interneuron,

سلولهای دیگر در سمت راست سلوهای عصبی داخلی غیر افزایشی‌اند،

and this is the work of Alan Watson and Malcolm Burrows many years ago,

و این کار آلن واتسون و مالکوم باروز در سالها پیش،

and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea

و مالکوم باروز به یه ایده جالب رسید

based on the fact that this neuron from a locust

که بر این اساس این سلول های عصبی از ملخ ها

does not fire action potentials.

دارای پتانسیل فعالیت آتشین نیست.

It's a non-spiking cell.

اون یه سلول غیر افزایشی.

So a typical cell, like the neurons in our brain,

بنابر این یه سلول معمولی، مثل سلولهای عصبی مغز ما

has a region called the dendrites that receives input,

ناحیه ای داره به نام دندریت ها که ورودی رو دریافت،

and that input sums together

و اون ورودی روی هم انباشته میشه

and will produce action potentials

و پتانسیل فعالیت تولید می کنه

that run down the axon and then activate

که به پائین اکسون میره و فعال میشه

all the output regions of the neuron.

تمامی خروجی بخش سلول عصبی رو فعال میکنه.

But non-spiking neurons are actually quite complicated

اما سلول های غیر افزایشی در واقع کمی پیچیده هستند

because they can have input synapses and output synapses

چون اونها می تونن هم سیناپس های ورودی داشته باشن وهم سیناپس های خروجی

all interdigitated, and there's no single action potential

که همشون به هم پیوستن و هیچ پتانسیل عمل واحدی وجود نداره

that drives all the outputs at the same time.

که هم زمان همه خروجی ها رو هدایت کنه.

So there's a possibility that you have computational compartments

پس این امکان وجود دارد که شما محفظه محاسباتی داشته باشید

that allow the different parts of the neuron

که اجازه بده بخش های مختلف سلول عصبی

to do different things at the same time.

همزمان کارهای مختلفی انجام بده

So these basic concepts of multitasking in time

پس این مفاهیم اولیه از چند کار کردی بودن در زمان

and multitasking in space,

و چند کارکردی بودن در فضا،

I think these are things that are true in our brains as well,

که فکرم می کنم که این چیزها در مغز ما هم صدق می کنه،

but I think the insects are the true masters of this.

اما دراین مورد فکر می کنم که حشرات حرف اول می زنن

So I hope you think of insects a little bit differently next time,

پس امیدوارم دفعات بعد نظر تون به حشرات تغییر بدین،

and as I say up here, please think before you swat.

من از این بالا می خوام بگم، خواهش می‌کنم قبل از اینکه اونارو بکشید کمی دربارش فکر کنید.

(Applause)

(تشویق)