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

Translator: Joseph Geni Reviewer: Joanna Pietrulewicz

Переводчик: Anton Zamaraev Редактор: Elena McDonnell

Greg Gage: If I asked you to think of a ferocious killer animal,

Грег Гейдж: Предложи я вам подумать о свирепом хищнике,

вы, наверное, представите себе льва,

you'd probably think of a lion,

and for all the wonderful predatory skills that a lion has,

но при всех замечательных охотничьих навыках этого зверя,

it still only has about a 20 percent success rate at catching a meal.

его шанс добыть себе еду — всего 20%.

Now, one of the most successful hunters

А одним из самых успешных охотников

in the entire animal kingdom is surprising:

во всём мире животных, как это ни удивительно,

the dragonfly.

является стрекоза.

Now, dragonflies are killer flies,

Летающая убийца-стрекоза

and when they see a smaller fly,

с вероятностью в 97% раздобудет себе на пропитание

they have about a 97 percent chance of catching it for a meal.

замеченную ей маленькую мушку.

And this is in mid-flight.

Причём на лету!

But how can such a small insect be so precise?

Но как столь маленькое насекомое достигает такой точности?

In this episode, we're going to see

В этом эпизоде ​​мы увидим,

how the dragonfly's brain is highly specialized to be a deadly killer.

как мозг стрекозы нацелен на убийство.

[DIY Neuroscience]

[Нейронаука на дому]

So what makes the dragonfly one of the most successful predators

Так почему же стрекоза является одним из самых успешных хищников

in the animal kingdom?

в мире животных?

One, it's the eyes.

Во-первых, из-за глаз.

Поле зрения стрекозы достигает почти 360°.

It has near 360-degree vision.

Two, the wings.

Во-вторых, из-за крыльев.

With individual control of its wings,

Управляя каждым крылом отдельно,

стрекоза способна точно перемещаться в любом направлении.

the dragonfly can move precisely in any direction.

But the real secret to the dragonfly's success

Но настоящий секрет успеха стрекозы

is how its brain coordinates this complex information

кроется в координации сложной информации между глазами и крыльями

between the eyes and the wings

её мозгом,

and turns hunting into a simple reflex.

превращающим охоту в простой рефлекс.

To study this, Jaimie's been spending a lot of time

Для изучения этого механизма

Джейми проводит массу времени, общаясь со стрекозами.

socializing with dragonflies.

What do you need to do your experiments?

Что тебе нужно для экспериментов?

Jaimie Spahr: First of all, you need dragonflies.

Джейми Спар: Прежде всего, нужны стрекозы.

Oliver: I have a mesh cage to catch the dragonflies.

Оливер: У меня есть сачок для ловли стрекоз.

JS: The more I worked with them, the more terrified I got of them.

ДС: Чем больше я с ними работаю, тем больше их боюсь.

They're actually very scary, especially under a microscope.

Они на самом деле очень страшные, особенно под микроскопом.

They have really sharp mandibles, are generally pretty aggressive,

У них очень острые жвалы, и они обычно довольно агрессивны,

что тоже помогает им быть очень хорошими хищниками.

which I guess also helps them to be really good predators.

ГГ: Чтобы узнать, что происходит в мозге стрекозы при виде добычи,

GG: In order to learn what's going on inside the dragonfly's brain

when it sees a prey,

мы собираемся подслушать «разговор»

we're going to eavesdrop in on a conversation

between the eyes and the wings,

между её глазами и крыльями,

и для этого нам нужно обезболить стрекозу на льду

and to do that, we need to anesthetize the dragonfly on ice

and make sure we protect its wings so that we can release it afterwards.

и убедиться в сохранности крылышек, чтобы потом её выпустить.

Now, the dragonfly's brain is made up of specialized cells called neurons

Итак, мозг стрекозы состоит из специальных клеток, называемых нейронами,

and these neurons are what allow the dragonfly

и именно нейроны позволяют стрекозе

to see and move so quickly.

так быстро видеть и двигаться.

The individual neurons form circuits by connecting to each other

Отдельные нейроны образуют сети,

объединяясь друг с другом при помощи длинных микроскопических нитей — аксонов,

via long, tiny threads called axons

and the neurons communicate over these axons using electricity.

и нейроны взаимодействуют через аксоны при помощи электричества.

In the dragonfly, we're going to place little metal wires, or electrodes,

Мы собираемся поместить в стрекозу вдоль аксонов

маленькие металлические провода — электроды,

along the axon tracks,

and this is what's really cool.

и это по-настоящему круто.

In the dragonfly, there's only 16 neurons;

У стрекозы всего 16 нейронов —

that's eight per eye

по восемь на каждый глаз, —

that tell the wings exactly where the target is.

которые сообщают крыльям, где именно находится цель.

We've placed the electrodes so that we can record from these neurons

Мы поместили электроды так, чтобы записывать сигналы нейронов,

that connect the eyes to the wings.

соединяющих глаза с крыльями.

Whenever a message is being passed from the eye to the wing,

Всякий раз, когда от глаза к крылу передаётся сообщение,

our electrode intercepts that conversation in the form of an electrical current,

электрод перехватывает этот «разговор» в виде электрического тока

and it amplifies it.

и усиливает его.

Now, we can both hear it and see it in the form of a spike,

Итак, мы можем слышать и видеть этот сигнал в форме скачка тока,

which we also call an action potential.

который мы будем называть потенциалом действия.

Now let's listen in.

Давайте же послушаем.

Right now, we have the dragonfly flipped upside down,

В данный момент мы перевернули стрекозу вверх ногами,

so he's looking down towards the ground.

поэтому она смотрит вниз на землю.

We're going to take a prey, or what we sometimes call a target.

Сейчас мы возьмём добычу, или то, что иногда называется целью.

In this case, the target's going to be a fake fly.

В данном случае целью будет поддельная муха.

We're going to move it into the dragonfly's sights.

Мы переместим её в поле видимости стрекозы.

(Buzzing)

(Жужжание)

Oh!

О!

Oh, look at that.

О, только посмотрите!

Look at that, but it's only in one direction.

Удивительно! Но это только в одном направлении.

Oh, yes!

Есть!

You don't see any spikes when I go forward,

При движении вперёд скачков не видно,

but they're all when I come back.

но они появляются при движении назад.

In our experiments,

В ходе наших экспериментов

we were able to see that the neurons of the dragonfly

удалось увидеть, что нейроны стрекозы

fired when we moved the target in one direction but not the other.

срабатывают при перемещении цели только в одном направлении.

Now, why is that?

Почему так происходит?

Remember when I said that the dragonfly

Вспомните, я говорил,

что поле зрения стрекозы достигает почти 360°.

had near 360-degree vision.

Well, there's a section of the eye called the fovea

При этом в глазу есть область, которая называется ямкой,

and this is the part that has the sharpest visual acuity,

и эта часть глаза обладает наилучшей остротой зрения,

and you can think of it as its crosshairs.

наподобие перекрестия оптического прицела.

Remember when I told you the dragonfly had individual precise control of its wings?

Помните, я говорил, что у стрекозы есть точный контроль над каждым крылом?

When a dragonfly sees its prey, it trains its crosshairs on it

Когда стрекоза видит жертву, она наводит на неё своё перекрестие

and along its axons it sends messages only to the neurons

и посылает сигналы вдоль аксонов только тем нейронам,

that control the parts of the wings

которые контролируют части крыльев,

that are needed to keep that dragonfly on target.

необходимые для удержания стрекозы на цели.

So if the prey is on the left of the dragonfly,

И если жертва находится слева от стрекозы,

only the neurons that are tugging the wings to the left are fired.

будут активированы только нейроны, направляющие крылья влево.

And if the prey moves to the right of the dragonfly,

А если жертва движется справа от стрекозы,

those same neurons are not needed, so they're going to remain quiet.

эти нейроны не нужны, поэтому они будут бездействовать.

And the dragonfly speeds toward the prey

И стрекоза устремляется к добыче

at a fixed angle that's communicated by this crosshairs to the wings,

под заданным углом, переданным оптическим прицелом крыльям,

and then boom, dinner.

и бум! — кушать подано.

Now, all this happens in a split second, and it's effortless for the dragonfly.

Всё это происходит за доли секунды без каких-либо усилий со стороны стрекозы.

It's almost like a reflex.

Почти что рефлекс.

And this whole incredibly efficient process is called fixation.

Весь этот чрезвычайно эффективный процесс называется визуальной фиксацией.

But there's one more story to this process.

Но у него есть ещё одна сторона.

We saw how the neurons respond to movements,

Мы видели, как нейроны реагируют на движения,

but how does the dragonfly know that something really is prey?

но как стрекоза понимает, что объект действительно является добычей?

This is where size matters.

И вот тут-то значение приобретает размер.

Let's show the dragonfly a series of dots.

Покажем стрекозе ряд точек.

Oh, yeah!

О, да!

JS: Yeah, it prefers that one.

ДС: Да, она предпочитает эту.

GG: Out of all the sizes,

ГГ: Мы обнаружили,

we found that the dragonfly responded to smaller targets over larger ones.

что стрекоза предпочитает маленькие цели большим.

In other words, the dragonfly was programmed to go after smaller flies

Иными словами, стрекоза запрограммирована охотиться на маленьких мух,

versus something much larger, like a bird.

а не на больших летунов, например птиц.

And as soon as it recognizes something as prey,

И как только она распозна́ет что-нибудь как жертву,

that poor little fly only has seconds to live.

жить бедной мушке остаётся считанные секунды.

Today we got to see how the dragonfly's brain works

Сегодня мы увидели, как мозг стрекозы

to make it a very efficient killer.

делает её очень эффективной убийцей.

And let's be thankful that we didn't live 300 million years ago

И давайте порадуемся, что мы не жили 300 миллионов лет назад,

when dragonflies were the size of cats.

когда стрекозы были размером с кошку.