How a dragonfly's brain is designed to kill | DIY Neuroscience, a TED series

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TED


下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

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Translator: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz
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翻訳: Yasushi Aoki 校正: Yoko Emori
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Greg Gage: If I asked you to think of a ferocious killer animal,
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(グレッグ・ゲイジ) 恐ろしい 殺し屋の動物といえば
00:15
you'd probably think of a lion,
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ライオンを 思い浮かべるでしょう
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and for all the wonderful predatory skills that a lion has,
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2816
ライオンは捕食者として 優れた能力を持っていますが
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it still only has about a 20 percent success rate at catching a meal.
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それでも狩りの成功率は 20%程度です
00:23
Now, one of the most successful hunters
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2016
動物界において 最も成功率の高い狩人は
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in the entire animal kingdom is surprising:
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驚くなかれ
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the dragonfly.
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トンボなのです
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Now, dragonflies are killer flies,
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トンボは昆虫界の殺し屋で
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and when they see a smaller fly,
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1576
小さなハエを見つけると
00:32
they have about a 97 percent chance of catching it for a meal.
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2976
97%ほどの確度で 捕らえて食べてしまいます
00:35
And this is in mid-flight.
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それも空中でです
00:36
But how can such a small insect be so precise?
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3176
こんな小さな昆虫がどうして そんな高い精度を持つのでしょう
00:39
In this episode, we're going to see
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39640
1856
今回は トンボの脳が
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how the dragonfly's brain is highly specialized to be a deadly killer.
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41520
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いかに殺し屋としての能力に よく特化しているかを見ます
00:45
[DIY Neuroscience]
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[手作り神経科学]
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So what makes the dragonfly one of the most successful predators
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48480
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ではいったい何が
トンボを動物界最高の 捕食者にしているのでしょう
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in the animal kingdom?
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1216
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One, it's the eyes.
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1つ目はその眼です
360°近い視野があります
00:54
It has near 360-degree vision.
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1856
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Two, the wings.
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2つ目は羽です
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With individual control of its wings,
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4枚の羽を個々に 制御することで
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the dragonfly can move precisely in any direction.
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トンボはどの方向にでも 正確に移動できます
01:01
But the real secret to the dragonfly's success
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でも トンボの成功の 本当の秘密は
脳が複雑な情報を 眼と羽の間で協調させ
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is how its brain coordinates this complex information
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between the eyes and the wings
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and turns hunting into a simple reflex.
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狩りを単純な反射運動に 変えていることにあります
01:11
To study this, Jaimie's been spending a lot of time
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その研究のため
ジェイミーはトンボ相手に 長い時間を過ごしています
01:13
socializing with dragonflies.
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01:15
What do you need to do your experiments?
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実験には何が必要なの?
01:17
Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.
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(ジェイミー・スパー) まずトンボね
(トンボ捕りのオリバー) トンボを 捕まえておくのに虫かごを使います
01:19
Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.
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2456
01:22
JS: The more I worked with them, the more terrified I got of them.
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(ジェイミー) トンボは付き合うほどに 怖くなってくるわ
01:25
They're actually very scary, especially under a microscope.
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85320
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特に顕微鏡で見ると すごく怖くて
01:28
They have really sharp mandibles, are generally pretty aggressive,
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88120
3136
とても鋭い顎があって 基本的にかなり攻撃的で
そういうところも 優れた捕食者向きなんだと思う
01:31
which I guess also helps them to be really good predators.
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91280
2736
(グレッグ) 獲物を見つけた トンボの脳で
01:34
GG: In order to learn what's going on inside the dragonfly's brain
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94040
3136
何が起きているのか 知るために
01:37
when it sees a prey,
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1216
眼と羽の間の会話を
01:38
we're going to eavesdrop in on a conversation
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盗み聞いてみようと 思います
01:40
between the eyes and the wings,
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そのためにトンボを 氷で麻酔し
01:42
and to do that, we need to anesthetize the dragonfly on ice
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102160
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01:44
and make sure we protect its wings so that we can release it afterwards.
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後で放してあげられるよう 羽を傷つけないようにします
01:48
Now, the dragonfly's brain is made up of specialized cells called neurons
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3656
トンボの脳は神経細胞という 特殊な細胞でできていて
それがトンボを ああも素早く
01:52
and these neurons are what allow the dragonfly
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112040
2176
01:54
to see and move so quickly.
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見て動けるようにしています
01:55
The individual neurons form circuits by connecting to each other
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3056
個々の神経細胞は 軸索という
長く微細な線で互いに繋がって 神経回路を構成し
01:59
via long, tiny threads called axons
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2616
02:01
and the neurons communicate over these axons using electricity.
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神経細胞はこの軸索を通る 電気によって通信しています
02:04
In the dragonfly, we're going to place little metal wires, or electrodes,
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3456
トンボの軸索に沿って
小さな金属線の電極を 付けてやります
02:08
along the axon tracks,
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1256
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and this is what's really cool.
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129680
1496
すごいでしょう
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In the dragonfly, there's only 16 neurons;
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トンボはそれぞれの眼に 8個ずつ
02:13
that's eight per eye
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計16個の神経細胞だけで
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that tell the wings exactly where the target is.
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羽に標的の位置を教えています
電極を付けたので
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We've placed the electrodes so that we can record from these neurons
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3216
眼と羽を結ぶ神経細胞から 記録を取ることができます
02:20
that connect the eyes to the wings.
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140240
1696
02:21
Whenever a message is being passed from the eye to the wing,
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眼から羽にメッセージが 伝達されると
02:24
our electrode intercepts that conversation in the form of an electrical current,
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3736
電極がそれを電流として捉え
それを増幅します
02:28
and it amplifies it.
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148600
1216
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Now, we can both hear it and see it in the form of a spike,
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149840
3056
これで波形の山として見たり 音として聞けるようになります
02:32
which we also call an action potential.
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152920
2256
活動電位と呼んでいるものです
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Now let's listen in.
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1256
ひとつ聞いてみましょう
02:36
Right now, we have the dragonfly flipped upside down,
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156480
3456
今 トンボは上下逆さまになっていて
02:39
so he's looking down towards the ground.
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159960
2616
地面の方を見ています
02:42
We're going to take a prey, or what we sometimes call a target.
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162600
2976
標的となる獲物を用意します
02:45
In this case, the target's going to be a fake fly.
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165600
2496
ここで標的に使うのは 偽物のハエです
それをトンボの視界で動かします
02:48
We're going to move it into the dragonfly's sights.
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168120
2520
02:52
(Buzzing)
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172640
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(ザーッ)
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Oh!
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おっと
02:56
Oh, look at that.
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ほら 見て
03:02
Look at that, but it's only in one direction.
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2200
一方向でしか反応しないな
03:04
Oh, yes!
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そーら 来た
03:06
You don't see any spikes when I go forward,
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186640
2056
前に動かしても反応しないけど
03:08
but they're all when I come back.
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1896
後ろに戻すと反応するね
03:10
In our experiments,
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1456
我々の実験で
トンボの神経細胞は 標的をある方向に動かすと発火し
03:12
we were able to see that the neurons of the dragonfly
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2496
03:14
fired when we moved the target in one direction but not the other.
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逆方向では反応しないのが 分かりました
03:17
Now, why is that?
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197920
1256
なぜなのでしょう?
03:19
Remember when I said that the dragonfly
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199200
1858
トンボには360°近い 視野があると言いましたよね
03:21
had near 360-degree vision.
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2054
眼は中心窩と呼ばれる部分で
03:23
Well, there's a section of the eye called the fovea
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203160
2496
03:25
and this is the part that has the sharpest visual acuity,
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視覚の解像度が最も高くなっています
03:28
and you can think of it as its crosshairs.
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208600
2696
照準みたいなものと思ってください
03:31
Remember when I told you the dragonfly had individual precise control of its wings?
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211320
4176
トンボは個々の羽を 正確に制御できると言いましたが
03:35
When a dragonfly sees its prey, it trains its crosshairs on it
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215520
4056
トンボは獲物を見つけると それに照準を合わせ
03:39
and along its axons it sends messages only to the neurons
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219600
3376
標的を捉え続けるのに必要な 羽を制御する神経細胞にだけ
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that control the parts of the wings
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223000
1696
03:44
that are needed to keep that dragonfly on target.
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2336
軸索を通して メッセージを送ります
03:47
So if the prey is on the left of the dragonfly,
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227080
2976
だから獲物が トンボの左にいれば
左へと羽を操る 神経細胞だけが発火します
03:50
only the neurons that are tugging the wings to the left are fired.
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230080
3776
03:53
And if the prey moves to the right of the dragonfly,
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233880
2496
獲物が右に動くときは
03:56
those same neurons are not needed, so they're going to remain quiet.
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3176
その神経細胞は必要ないので 反応しないのです
03:59
And the dragonfly speeds toward the prey
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239600
1936
この照準と羽の間で 伝えられる角度で
04:01
at a fixed angle that's communicated by this crosshairs to the wings,
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3256
トンボは獲物へと急接近し
04:04
and then boom, dinner.
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244840
2016
ごちそうにありつきます
04:06
Now, all this happens in a split second, and it's effortless for the dragonfly.
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3696
すべては瞬時に起こり トンボは難なくこなします
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It's almost like a reflex.
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ほとんど反射的です
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And this whole incredibly efficient process is called fixation.
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この極めて効率的なプロセスは 固視と呼ばれています
このプロセスについて もうひとつ面白いことがあります
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But there's one more story to this process.
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2616
04:18
We saw how the neurons respond to movements,
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2096
動きに対して神経細胞が どう反応するか見ましたが
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but how does the dragonfly know that something really is prey?
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261080
2920
トンボは獲物かどうかを どうやって知るのでしょう?
04:24
This is where size matters.
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264880
1336
大きさがポイントになります
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Let's show the dragonfly a series of dots.
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266240
2520
トンボにいろんな大きさの黒丸を 見せてみましょう
04:41
Oh, yeah!
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1216
そら 来た!
04:42
JS: Yeah, it prefers that one.
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282240
2216
(ジェイミー) これがお気に召したみたいね
04:44
GG: Out of all the sizes,
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(グレッグ) トンボは大きな黒丸より 小さな黒丸に良く反応しました
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we found that the dragonfly responded to smaller targets over larger ones.
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04:49
In other words, the dragonfly was programmed to go after smaller flies
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トンボは鳥みたいに 大きなものでなく
ハエみたいに小さなものを追うよう プログラムされているのです
04:53
versus something much larger, like a bird.
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2336
04:56
And as soon as it recognizes something as prey,
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トンボに獲物と認められたら最後
04:58
that poor little fly only has seconds to live.
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哀れな小さなハエの 余命はわずかです
05:01
Today we got to see how the dragonfly's brain works
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301560
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トンボを優れた 殺し屋にするために
その脳がどのように 働いているのかを見ました
05:04
to make it a very efficient killer.
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1680
05:06
And let's be thankful that we didn't live 300 million years ago
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306440
3736
我々の生きているのが3億年前で なかったのをありがたく思いましょう
05:10
when dragonflies were the size of cats.
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310200
2880
当時は猫ほどもある トンボがいたんです
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