Michael Dickinson: How a fly flies

Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast

번역: Surie Lee 검토: Sookjin Hyun

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

저는 스타트랙을 보며 자랐고 정말로 좋아합니다.

Star Trek made me want to see alien creatures,

이 영화를 보면서 외계 생명체를 보고 싶어 하게 되었죠

creatures from a far-distant world.

먼 곳에서 온 생명체를 말이죠

But basically, I figured out that I could find

하지만 기본적으로, 저는 바로 이 지구에도

those alien creatures right on Earth.

외계 생명체를 찾을 수 있다는 것을 알아냈습니다.

And what I do is I study insects.

제가 연구하고 있는 분야는 곤충입니다.

I'm obsessed with insects, particularly insect flight.

저는 곤충에 빠져 있습니다. 특히 곤충의 비행에요.

I think the evolution of insect flight is perhaps

저는 곤충의 비행이라는 진화의 혁명은 아마도

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

생명의 역사 중 가장 중요한 사건이라고 생각합니다.

Without insects, there'd be no flowering plants.

곤충 없이는, 꽃 피는 식물이 없을 겁니다.

Without flowering plants, there would be no

꽃이 피는 식물 없었다면, TED 강연을 하는

clever, fruit-eating primates giving TED Talks.

영리하고 과일을 섭취하는 영장류도 없을 겁니다.

(Laughter)

(웃음)

Now,

이제,

David and Hidehiko and Ketaki

데이비드와 히데히코(Hidehiko) 그리고 케타키(Ketaki)씨가

gave a very compelling story about

초파리와 인간사이의 유사성에 대해서

the similarities between fruit flies and humans,

아주 설득력있는 이야기를 해주셨습니다.

and there are many similarities,

많은 유사점이 있는데,

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

만약 초파리와 인간이 비슷하다면

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

여러분이 가장 좋아하는 초파리의 행동은 이것이라고 생각할지도 모릅니다.

(Laughter)

(웃음)

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

하지만 저는 인간과 초파리의 유사성이 아니라

between humans and fruit flies, but rather the differences,

인간과 초파리 사이의 차이점인

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

초파리가 잘 하는 행동에 대해 집중하여 이야기하려고 합니다.

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

그래서 초당 7,000 장의 프레임을 찍은

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

적외선 고속 비디오 촬영 결과를 보여드리겠습니다.

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

오른쪽 스크린 바깥에는 기계적으로 만든 포식자를 불쑥 나타나게 했습니다.

that is going to go at the fly.

기계가 다가서려 하자,

The fly is going to sense this predator.

파리가 포식자를 감지하고선,

It is going to extend its legs out.

다리를 쭉 뻗어

It's going to sashay away

미끄러지듯이

to live to fly another day.

도망갑니다.

Now I have carefully cropped this sequence

이 연속적 행동을 인간이 눈을 깜박이는 시간에

to be exactly the duration of a human eye blink,

정확히 맞춰 이 연속적인 과정을 잘라냈습니다.

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

우리가 눈을 깜박이는 시간 동안에

the fly has seen this looming predator,

파리는 이 무시무시한 포식자를 본 후,

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

위치를 추정하여, 1초에 220번 날개짓하는

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

비행 패턴을 작동시켜 날아갔습니다.

I think this is a fascinating behavior

저는 이 비행이 파리의 뇌가 정보를

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

얼마나 빨리 처리할 수 있는지 보여주는 매력적인 행동이라고 생각합니다

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

자, 비행 -- 무엇이 비행할 수 있도록 할까요?

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

인간이 만든 비행기처럼 날기 위해서는

you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,

충분한 양력을 만들기 위한 날개,

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

충분히 날 수 있을 정도의 힘을 출력해 낼 만한 엔진,

and you need a controller,

그리고 제어 장치가 필요합니다.

and in the first human aircraft, the controller was basically

인간이 만든 첫 비행기의 제어 장치는

the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.

조종석에 앉아 있는 라이트 형제의 뇌였습니다.

Now, how does this compare to a fly?

자, 파리와 비교해보면 어떨까요?

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

저는 제 분야에 입문한 일찍부터 어떻게 곤충의 날개가

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

공중을 날 수있는 충분한 힘을 만들어 낼 수 있는지 알아내는데 시간을 보냈습니다.

And you might have heard how engineers proved

여러분은 엔지니어들이 호박벌이

that bumblebees couldn't fly.

날 수없다는 것을 어떻게 증명했는지 들어보셨을 겁니다.

Well, the problem was in thinking that the insect wings

문제는 곤충의 날개는 비행기 날개처럼

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

기능하지만 호박벌은 그렇지 않다는 것입니다.

And we tackle this problem by building giant,

그래서 우리는 이 문제를

dynamically scaled model robot insects

움직이는 거대한 로봇 곤충을 만들어

that would flap in giant pools of mineral oil

거대한 광물 오일 속에서 날개짓을 시켜봄으로써

where we could study the aerodynamic forces.

유체역학을 연구했습니다.

And it turns out that the insects flap their wings

그 결과 곤충은 날개짓을

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

매우 현명한 방법으로 한다는 것을 알게 되었습니다.

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

날개 끝에서 앞전와류(leading edge vortex)라 불리는

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

토네이도 같은 구조를 만들고

and it's that vortex that actually enables the wings

이 와류는 곤충이 공기 중에 머무를 수 있는

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

충분한 힘을 날개에 실어줍니다.

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

하지만 사실 가장 멋진 것은

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

날개가 재미있는 형태를 가졌다는 점입니다.

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

파리가 날개짓을 하는 방법에서 현명한 점은

which of course ultimately is controlled by the nervous system,

물론 신경계통을 통해 완벽하게 조종이 된다는 점이고,

and this is what enables flies to perform

이것이 바로 파리가

these remarkable aerial maneuvers.

인상적인 공중 기동을 보여주게 합니다.

Now, what about the engine?

엔진은 어떤가요?

The engine of the fly is absolutely fascinating.

파리의 엔진도 물론 환상적입니다.

They have two types of flight muscle:

두 종류의 비행 근육을 가지고 있는데,

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

힘 근육으로 불리는 곳은 신축 활성화됩니다.

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

즉 스스로 작동하며 신경계통을 통한 근육 수축으로

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

움직여질 필요가 없다는 뜻입니다.

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

이 근육은 비행에 필요한 큰 힘을 발생시키는데 최적화되었고,

and it fills the middle portion of the fly,

파리의 중간 몸체를 전부 차지해서

so when a fly hits your windshield,

만약 파리가 자동차 앞 유리창에 부딪치면

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

여러분이 보는 건 바로 그 힘 근육입니다.

But attached to the base of the wing

하지만 날개 기저에 붙은

is a set of little, tiny control muscles

아주 작은 조종 근육이 있습니다.

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

힘은 전혀 세지 않지만, 대신 무척 빠르죠.

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

그리고 날개가 접히는 정도를 바꿀 수 있게 해줍니다.

on a stroke-by-stroke basis,

그것도 날개짓을 할 때마다요.

and this is what enables the fly to change its wing

이것이 파리가 날개를 바꿔

and generate the changes in aerodynamic forces

공기역학적 힘을 변화시킴으로써

which change its flight trajectory.

비행궤적을 바꾸는 방법입니다.

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

그리고 물론, 신경계통이 이 모든 것을 통제합니다.

So let's look at the controller.

제어 장치를 한 번 볼까요.

Now flies excel in the sorts of sensors

파리는 이 문제를 해결하는데

that they carry to this problem.

무엇보다 뛰어난 센서들을 가지고 있습니다.

They have antennae that sense odors and detect wind detection.

냄새와 바람을 감지할 수 있는 더듬이가 있지요.

They have a sophisticated eye which is

지구상에서 가장 빠른 시각 처리가 가능한

the fastest visual system on the planet.

매우 섬세한 눈을 가지고 있고,

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

머리 꼭대기에 또다른 눈들이 있어요.

We have no idea what they do.

그 눈들이 어떤 역할을 하는지는 모릅니다.

They have sensors on their wing.

날개에 센서도 있지요.

Their wing is covered with sensors, including sensors

파리의 날개는 센서로 뒤덮혀 있는데,

that sense deformation of the wing.

날개의 변형을 감지하는 센서도 있습니다.

They can even taste with their wings.

심지어 날개로 맛도 볼 수 있지요.

One of the most sophisticated sensors a fly has

파리가 가진 가장 섬세한 센서는

is a structure called the halteres.

평형곤(halteres)라 불리는 기관입니다.

The halteres are actually gyroscopes.

평형곤은 실제로 자이로스코프입니다.

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

이 기관은 비행 중에 200Hz로 앞뒤로 움직이며

and the animal can use them to sense its body rotation

파리가 몸의 회전을 감지할 수 있도록 합니다.

and initiate very, very fast corrective maneuvers.

그리고 아주 빠르게 비행 경로를 수정할 수 있도록 하지요.

But all of this sensory information has to be processed

하지만 모든 이런 감각 정보들은 뇌에 의해 처리되어야 합니다.

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

네, 정말입니다, 파리에게도 뇌가 있습니다.

a brain of about 100,000 neurons.

10만 개 가량의 뉴론이 있는 뇌가 있지요.

Now several people at this conference

여기 계시는 몇몇 분들은

have already suggested that fruit flies could serve neuroscience

초파리가 신경 과학 연구 대상이 되어야 한다고 제안하기도 하셨죠.

because they're a simple model of brain function.

왜냐하면 가장 간단한 뇌 기능 모델이기 때문입니다.

And the basic punchline of my talk is,

그리고 저는 제 강연의 핵심을

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

파리의 머리에 두고 싶습니다.

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

파리가 어떤 것이든지 간단한 모델이라 생각하지 않습니다.

And I think that flies are a great model.

저는 파리가 굉장한 모델이라고 생각해요.

They're a great model for flies.

파리는 비행의 굉장한 모델이죠.

(Laughter)

(웃음)

And let's explore this notion of simplicity.

이 간단한 개념을 생각해볼까요.

So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,

불행히도 많은 신경 과학자들은

we're all somewhat narcissistic.

어떻게 보면 자기 도취적이에요.

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

뇌에 대해 생각할 때, 당연히 우리 자신의 뇌에 대해 생각하지요.

But remember that this kind of brain,

하지만 이런 종류의 뇌,

which is much, much smaller

즉 훨씬 작은

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

-- 천억 개의 뉴론대신 10만 개의 뉴론이 있는 --

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

하지만 이런 뇌가 지구상의 가장 흔한 형태이고

and has been for 400 million years.

4억 년 전부터 있었지요.

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

그렇다면 이런 뇌가 간단하다고 말하는게 옳을까요?

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

글쎄요, 더 적은 뉴론이 있다는 의미에서는 간단하지만

but is that a fair metric?

과연 공정한 기준일까요?

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

저는 그렇게 생각하지 않습니다.

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

이 것에 대해 한 번 생각해볼까요.

(Laughter) —

제 생각에는 이렇게 비교를 -- (웃음) --

we have to compare the size of the brain

뇌의 크기를 비교해 봐야할 것 같아요.

with what the brain can do.

그리고 뇌가 무엇을 할 수 있는지도요.

So I propose we have a Trump number,

트럼프 숫자가 있다고 해보죠.

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

그 숫자들은 한 사람의 뇌에 있는 뉴론의 숫자와

behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.

그 사람의 전체 행동 목록의 비율입니다.

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

초파리의 트럼프 숫자도 계산해 봅시다.

Now, how many people here think the Trump number

자, 몇 분이나 초파리보다 높은

is higher for the fruit fly?

숫자를 가지고 있다고 생각하시나요?

(Applause)

(박수)

It's a very smart, smart audience.

아주 똑똑한 청중들이군요.

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

맞아요. 부등호는 이쪽 방향으로 향합니다. 아니면 그렇다고 가정할게요.

Now I realize that it is a little bit absurd

이제 생각해보니 사람과 파리의 행동 가짓수를

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

비교한다는게 좀 터무니 없는 것 같네요.

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

그렇다면 다른 동물을 예로 들어보지요. 여기 생쥐가 있어요.

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

생쥐는 파리보다 천 배나 더 많은 뉴론을 가지고 있지요.

I used to study mice. When I studied mice,

저는 생쥐를 연구했었습니다. 제가 생쥐를 연구했을 때는,

I used to talk really slowly.

정말 느리게 말하곤 했지요.

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

파리에 대해 연구를 시작했을 때 뭔가 일어났어요.

(Laughter)

(웃음)

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

파리와 생쥐의 자연사를 비교해 보면

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

아주 유사합니다. 둘 다 먹이를 찾아다니고,

They have to engage in courtship.

구애를 통해 이성을 유혹하지요.

They have sex. They hide from predators.

성을 가지고 있고, 천적으로부터 숨어 지냅니다.

They do a lot of the similar things.

서로 비슷한 점들을 많이 가지고 있어요.

But I would argue that flies do more.

하지만 파리가 더 많은 일을 한다고 말하고 싶어요.

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

예를 들어, 한 연속 사진을 보여드릴텐데,

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

그 전에 제 연구 기금 중에 일부는 군대에서 지원받는다는 것을 말씀드려야겠군요.

so I'm showing this classified sequence

자, 여러분에게 대외비 사진을 보여드릴거에요.

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

이 강연장 밖에서 이것에 대해 얘기하시면 안되요. 아시겠죠?

So I want you to look at the payload

초파리의 꼬리에

at the tail of the fruit fly.

달려있는 것을 보시기 바랍니다.

Watch it very closely,

자세히 보세요.

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

그러면 제 여섯 살 난 아들이

now wants to be a neuroscientist.

신경 과학자가 되고 싶어하는 이유를 이해하실 거에요.

Wait for it.

잠시만요.

Pshhew.

휴-

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

초파리가 생쥐보다 똑똑하지 않다해도

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

적어도 비둘기보다는 똑똑하다는 것을 인정하실거에요 (웃음)

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

단지 숫자의 문제가 아니라

but also the challenge for a fly to compute

파리가 그렇게 작은 뉴론을 가지고

everything its brain has to compute with such tiny neurons.

모든 것을 계산하는게 파리에게는 도전이라는 것을 말씀드리고 싶어요.

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

제프 릭만(Jeff Lichtman) 연구실에서 촬영한

that came from Jeff Lichtman's lab,

생쥐의 아름다운 시각 개재뉴론(interneuron) 사진입니다.

and you can see the wonderful images of brains

그가 강연에서 얘기한

that he showed in his talk.

멋진 뇌 사진을 보실 수 있지요.

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

하지만 저기 가장자리에, 오른쪽 위에요.

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

같은 축척의 파리의 시각 개재뉴론을 보세요.

And I'll expand this up.

확대해볼까요.

And it's a beautifully complex neuron.

아름답게 얽힌, 복잡한 뉴론이지요.

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

정말 정말 작아요. 엄청난 생물물리학적인 도전이 있습니다.

with trying to compute information with tiny, tiny neurons.

이 작고 작은 뉴론들을 가지고 정보를 계산해야 하지요.

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

뉴론이 얼마나 작아질 수 있을까요? 자, 이 재밌는 곤충을 한 번 봅시다.

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

파리의 일종이에요. 날개가 있고, 눈이 있고,

it has antennae, its legs, complicated life history,

더듬이와 다리가 있어요. 삶이 복잡하죠.

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

기생을 하는데, 날아다니면서

to parasatize,

기생할 애벌레를 찾습니다.

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

하지만 이 녀석의 뇌가 초파리처럼

which is comparable for a fruit fly,

소금 알갱이만한게 아니라

it is the size of a salt grain.

몸 자체가 소금 알갱이만합니다.

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

같은 축척의 다른 기관들을 보시죠.

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

짚신벌레와 아메바 크기의 생물이에요.

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

7천개의 뉴론을 가진 뇌가 있지요. 정말 작아요.

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

세포체라 불리는 이것들을 들어보셨을거에요.

where the nucleus of the neuron is?

뉴론의 핵이 어디 있는걸까요?

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

이 생물들은 핵이 자리를 너무 많이 차지해서 없애버렸습니다.

So this is a session on frontiers in neuroscience.

신경 과학의 미개척 분야라 할 수 있어요.

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

신경 과학의 미개척 분야 중 하나가 이것들이 어떻게 일하는지를 이해하는 것이라고 제안하고 싶어요.

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

하지만 생각해 봅시다. 어떻게 적은 수의 뉴론이 많은 일을 할 수 있을까요?

And I think, from an engineering perspective,

제 생각에는 공학적인 관점에서

you think of multiplexing.

다중 처리를 생각해보죠.

You can take a hardware and have that hardware

서로 다른 시간에 여러 일을 처리할 수 있는

do different things at different times,

하드웨어를 생각하실 수도 있고,

or have different parts of the hardware doing different things.

여러 일을 처리하는 여러 부속을 가진 하드웨어를 생각하실 수도 있어요.

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

이 두가지 컨셉이 제가 탐구하고자 하는 것입니다.

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

그리고 이 컨셉은 제가 생각해낸 것이 아니라

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

이미 과거에 다른 분들이 제안한 것입니다.

And one idea comes from lessons from chewing crabs.

게의 저작 운동을 보고 한 가지 아이디어를 떠올렸는데,

And I don't mean chewing the crabs.

제가 게를 먹었다는 얘기가 아니에요,

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

전 볼티모어 출신이라 게를 잘 씹어 먹기는 해요.

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

실제로 음식물을 씹어 먹는 게에 대한 얘기인데요,

Crab chewing is actually really fascinating.

게의 저작 운동은 실로 인상적입니다.

Crabs have this complicated structure under their carapace

게는 껍질 밑에 이런 복잡한 구조를 가지고 있는데

called the gastric mill

저작기(gastric mill)이라 불리는 기관입니다.

that grinds their food in a variety of different ways.

이것은 다양한 방법으로 음식물을 갈아냅니다.

And here's an endoscopic movie of this structure.

이 기관의 내시경 사진을 보세요.

The amazing thing about this is that it's controlled

놀라운 점은 이것이 단지 몇 개의 뉴론으로 제어된다는 점입니다.

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

스무여개 남짓한 뉴론만으로

that can produce a vast variety of different motor patterns,

엄청나게 다양한 운동 패턴을 만들어냅니다.

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

게의 이 매우 작은 신경절은 실제로

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

매우 많은 신경 조정 인자로 가득 차 있기 때문에 가능합니다.

You heard about neuromodulators earlier.

앞서 신경 조정 인자에 대해 들어보셨을거에요.

There are more neuromodulators

실제로 뉴론을 대신해서 이 기관을

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

자극하는 신경 조정 인자들이 있어요.

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

그래서 복잡한 종류의 움직임을 할 수 있게 해주죠.

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

이브 마더(Eve Marder)와 그의 많은 동료 과학자들이

who've been studying this fascinating system

이 놀라운 시스템에 대해 연구했는데,

that show how a smaller cluster of neurons

어떻게 이 작은 뉴론 집합체가

can do many, many, many things

엄청나게 많은 일을 할 수 있냐하면

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

신경 조절 기제가 순간순간 발생하기 때문입니다.

So this is basically multiplexing in time.

즉 기본적으로 동시 다중 처리가 이루어지는 것입니다.

Imagine a network of neurons with one neuromodulator.

한 개의 신경 조절기를 가진 뉴론의 네트워크를 상상해보세요.

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

한 행동을 위한 한 세포 집합체를 선택하고,

another neuromodulator, another set of cells,

또 다른 신경 조절기와 다른 세포들과

a different pattern, and you can imagine

다른 움직임에 대해서도 그렇게 해보면,

you could extrapolate to a very, very complicated system.

매우 복잡한 시스템을 추론할 수 있을 겁니다.

Is there any evidence that flies do this?

파리가 이렇게 한다는 증거가 있을까요?

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

몇 년간 제 연구실과 세계의 다른 연구실에서는

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

작은 비행 시뮬레이터 안에서 파리를 연구해왔습니다.

You can tether a fly to a little stick.

파리를 작은 막대에 연결해서

You can measure the aerodynamic forces it's creating.

파리가 만들어내는 공기 역학적 힘을 측정할 수 있습니다.

You can let the fly play a little video game

영상 표시 장치 안에서 날아다니게 해서

by letting it fly around in a visual display.

파리가 비디오 게임을 하게 할 수도 있어요.

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

아주 짧은 연속 사진을 보여드릴께요.

Here's a fly

여기 파리가 있고

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

비행 시뮬레이터 안에 있는 파리의 적외선 촬영 사진입니다.

and this is a game the flies love to play.

파리가 좋아하는 게임인데,

You allow them to steer towards the little stripe,

파리가 작은 막대로 조종해나갈 수 있게 하면

and they'll just steer towards that stripe forever.

계속해서 막대를 향해 나아갑니다.

It's part of their visual guidance system.

이것이 파리의 시각 유도 장치입니다.

But very, very recently, it's been possible

아주 최근에

to modify these sorts of behavioral arenas for physiologies.

생리학을 통해 이런 행동 영역의 조정이 가능해졌지요.

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

제 박사후 과정 학생의 하나였던,

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

지금은 록펠러에서 일하는 개비 메이먼(Gaby Maimon)이

and it's basically a flight simulator

기본적인 비행 시물레이터를 만들었는데,

but under conditions where you actually can stick an electrode

실제로 파리의 뇌에 전극을 붙이고

in the brain of the fly and record

파리의 뇌에서 유전적으로 확인된 뉴론을 통해

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

기록을 하는 장치였습니다.

And this is what one of these experiments looks like.

이것이 그 실험 중 일부에요.

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

이 연속 사진은 실험실의 다른 또다른 학생

Bettina Schnell.

베티나 슈넬(Bettina Schnell)의 연구인데요.

The green trace at the bottom is the membrane potential

아래의 녹색 그래프가 파리 뇌에 있는

of a neuron in the fly's brain,

뉴론 막의 위치 변화를 표시한 것입니다.

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

파리가 날기 시작하면서,

controlling the rotation of that visual pattern itself

파리는 실제적으로 시각 패턴의 회전을

by its own wing motion,

날개의 움직임에 따라 조종하는 것을 보실 수 있습니다.

and you can see this visual interneuron

그리고 이 시각개재 뉴론이 파리가 날 때

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

날개의 움직임 형태에 반응하는 것을 보실 수 있어요.

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

그래서 처음으로

from neurons in the fly's brain while the fly

파리가 비행과 같은 복잡한 행동을 하는 동안

is performing sophisticated behaviors such as flight.

그 뇌의 뉴론의 변화를 기록할 수 있었습니다.

And one of the lessons we've been learning

몇 년간 세포 생리 기능에 대해

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

몇 년간의 연구를 통해

for many years in quiescent flies

한 가지 배운 점은

is not the same as the physiology of those cells

움직임이 없는 파리의 세포와

when the flies actually engage in active behaviors

날거나 앞뒤로 활발히 움직이는 파리의

like flying and walking and so forth.

세포 생리 기능이 같지 않다는 것입니다.

And why is the physiology different?

왜 생리 기능이 다를까요?

Well it turns out it's these neuromodulators,

이런 신경 조절 물질이

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

게의 작은 신경절에 있는 것과 같은 것이라는 사실이 밝혀졌습니다.

So here's a picture of the octopamine system.

이것이 옥토파민 시스템의 사진입니다. (교감 신경 흥분성 아민)

Octopamine is a neuromodulator

옥토파민은 신경 조절 물질로

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

비행과 다른 행동에 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다.

But this is just one of many neuromodulators

하지만 이것은 파리 뇌에 있는

that's in the fly's brain.

단 하나의 신경 조절 물질에 불과합니다.

So I really think that, as we learn more,

그래서 저는 연구가 진척됨에 따라

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

파리 뇌 전체가 게의 구위신경계(stomatogastric)

is just like a large version of this stomatogastric ganglion,

신경절을 확대한 것과 같다는 점을 밝혀낼 수 있다고 생각합니다.

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

이것이 파리가 적은 수의 뉴론을 가지고도 많은 일을 할 수 있는 이유 중 하나입니다.

Now, another idea, another way of multiplexing

다른 생각, 다른 방법의 다중 처리로는

is multiplexing in space,

공간 활용입니다.

having different parts of a neuron

뉴론의 서로 다른 부분이 동시에

do different things at the same time.

다른 일을 처리할 수 있도록 하는 것이죠.

So here's two sort of canonical neurons

척추동물과 무척추동물의

from a vertebrate and an invertebrate,

서로 대조되는 뉴론들이 있는데요,

a human pyramidal neuron from Ramon y Cajal,

인간의 피라미드 뉴론은 라몬 이 카할(Ramon y Cajal)의 연구이고,

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

오른쪽의 논-스파이킹 뉴론은 오래 전

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

앨런 왓슨(Alan Watson)과 말콤 버로우스(Malcolm Burrows)의 연구입니다.

and Malcolm Burrows came up with a pretty interesting idea

말콤 버로우스는 재미있는 아이디어를 떠올렸는데,

based on the fact that this neuron from a locust

이 메뚜기의 뉴론이

does not fire action potentials.

행동을 유발하지 않는다는 것에 근거했죠.

It's a non-spiking cell.

이것은 논-스파이킹 세포입니다.

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

우리 뇌에 있는 것처럼 특정한 세포에요,

has a region called the dendrites that receives input,

우리 뇌의 수상돌기(dendrite)라고 불리는

and that input sums together

입력을 받아들이고, 통합해서

and will produce action potentials

행동을 유발하는 것과 같은 것으로

that run down the axon and then activate

축색돌기를 따라 내려와

all the output regions of the neuron.

뉴론의 출력 부분을 활성화시킵니다.

But non-spiking neurons are actually quite complicated

하지만 논-스파이킹 뉴론은 사실 매우 복잡합니다.

because they can have input synapses and output synapses

왜냐하면 입력과 출력 시냅시스가 있는데,

all interdigitated, and there's no single action potential

모두 견고히 연결되어 있고, 한 가지만 작용하는 것은 불가능해서

that drives all the outputs at the same time.

모든 출력을 동시에 해야만 합니다.

So there's a possibility that you have computational compartments

즉 서로 다른 일을 동시에 처리하기 위해

that allow the different parts of the neuron

뉴론의 서로 다른 부분을 이용하는

to do different things at the same time.

계산 구역이 있을 수 있습니다.

So these basic concepts of multitasking in time

그래서 동시에 같은 공간에서

and multitasking in space,

다양한 작업을 수행하는 기본적인 개념은

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

우리 뇌에서도 일어난다고 생각합니다.

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

하지만 곤충들이 이 점에 있어서 더욱 발달해있다고 봅니다.

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

다음부터는 곤충들을 좀 다른 시각으로 보시기를 바랍니다.

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

그리고 당부드리고 싶은 것은, (파리를) 내려치기 전에 한 번 생각해주세요.

(Applause)

(박수)