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  • Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast

    僕はスタートレックを見て育った。 スタートレックが好きでたまらない。

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

    好きが高じて、エイリアンに会いたいと思うようになった

  • Star Trek made me want to see alien creatures,

    遠い世界から来た生物にね

  • creatures from a far-distant world.

    まあ 自分が出会えるのはせいぜい

  • But basically, I figured out that I could find

    地球上の変な生物くらいだろうと 分かってたけどね

  • those alien creatures right on Earth.

    大人になって 僕は昆虫の研究者になった

  • And what I do is I study insects.

    僕は昆虫に夢中で、 特にその飛び方に興味を持ってる

  • I'm obsessed with insects, particularly insect flight.

    昆虫の飛行という進化は、おそらく

  • I think the evolution of insect flight is perhaps

    生命の歴史において最も重要な 出来事のひとつだろう

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

    昆虫がいなければ 被子植物も出現せず

  • Without insects, there'd be no flowering plants.

    被子植物が存在しなければ 賢いサルたちが

  • Without flowering plants, there would be no

    TED で話をすることもなかっただろうからね

  • clever, fruit-eating primates giving TED Talks.

    (笑い声)

  • (Laughter)

    さて 先ほどの

  • Now,

    デヴィッドとヒデヒコとケタキの3人が

  • David and Hidehiko and Ketaki

    とても興味深い話をした

  • gave a very compelling story about

    ミバエと人間の類似点について

  • the similarities between fruit flies and humans,

    確かに、類似点がたくさんあるから

  • and there are many similarities,

    ミバエと人間が似ているのかと 思う人がいるかもしれない

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

    たとえば ミバエの好きな行動はこれだとか --

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

    (笑い声)

  • (Laughter)

    でも、今日は、人間とミバエの類似点ではなく

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

    両者の違いについて、

  • between humans and fruit flies, but rather the differences,

    そして、ミバエの長所について紹介しようと思う

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

    まずは、高速カメラで撮影したものをお見せしましょう

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

    毎秒7000コマの赤外線映像だ

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

    画面から外れた右の方に 捕食者が迫っていて

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

    ハエを狙っている

  • that is going to go at the fly.

    ハエが捕食者を察知している

  • The fly is going to sense this predator.

    脚を伸ばして

  • It is going to extend its legs out.

    スッと逃げる

  • It's going to sashay away

    命拾いしたね

  • to live to fly another day.

    この映像は人間の瞬きと

  • Now I have carefully cropped this sequence

    同じ時間にカットしてある

  • to be exactly the duration of a human eye blink,

    人間が一回瞬きをする間に

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

    ミバエが捕食者を発見して

  • the fly has seen this looming predator,

    位置を確認して 飛び去るための筋肉運動を開始した

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

    毎秒220回も羽ばたきながら

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

    これはハエの脳がいかに高速に

  • I think this is a fascinating behavior

    情報を処理しているかを示す 興味深い動きだ

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

    では飛行だけど -- 飛ぶには何が必要かな?

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

    飛ぶためには飛行機と同じように

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

    十分な空気力を生み出す翼が必要だ

  • you need wings that can generate sufficient aerodynamic forces,

    飛行するための力を生み出す十分なエンジンと

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

    制御装置も必要だ

  • and you need a controller,

    人類初の飛行機の制御装置は、基本的に

  • and in the first human aircraft, the controller was basically

    コクピットのライト兄弟の脳みそだった

  • the brain of Orville and Wilbur sitting in the cockpit.

    これをハエと比べるとどうだろう

  • Now, how does this compare to a fly?

    研究者になりたての頃 僕は

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

    ハエの羽がどのようにして十分な浮力を 生み出しているか、との謎を解き明かそうと必死で研究していた

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

    聞いたことないかな? 航空力学の計算によると

  • And you might have heard how engineers proved

    マルハナバチは飛べないことになるって

  • that bumblebees couldn't fly.

    昆虫の羽の働きを飛行機と同じように

  • Well, the problem was in thinking that the insect wings

    考えていたのが間違いだったんだ

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

    この問題を解くため 動力学的に拡大した

  • And we tackle this problem by building giant,

    巨大な昆虫のロボットを作って 実験を行った

  • dynamically scaled model robot insects

    ロボットを大きな鉱物油の中で羽ばたかせ

  • that would flap in giant pools of mineral oil

    空気力学の力を観察した

  • where we could study the aerodynamic forces.

    そこで分かったんだけど

  • And it turns out that the insects flap their wings

    昆虫の羽ばたき方は とても賢くて

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

    大きな迎角によって羽の先端に

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

    前縁渦と呼ばれる 竜巻状の流れを生み出す

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

    この渦によって昆虫の羽は

  • and it's that vortex that actually enables the wings

    十分な浮力を生み出すことができるんだ

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

    しかしながら、一番興味深いのは

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

    羽の形ではなくて羽の形状組織だ。

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

    なんて賢い羽の動かし方をしているんだろう!

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

    羽の動きは、結局のところ、神経で制御されていて

  • which of course ultimately is controlled by the nervous system,

    そのおかげで ハエは自在に飛び回れる

  • and this is what enables flies to perform

    注目すべきは、飛行の巧みさ

  • these remarkable aerial maneuvers.

    じゃあ エンジンはどうだろう?

  • Now, what about the engine?

    ハエのエンジンはとても面白い

  • The engine of the fly is absolutely fascinating.

    ハエには2種類の飛行筋があるんだ

  • They have two types of flight muscle:

    力筋と呼ばれるものは 伸展活性型なんだけど

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

    それ自体が活性型なので、

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

    伸縮の度に神経による制御を必要としない

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

    飛ぶための大きな力を生み出す 目的に特化した筋肉で

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

    ハエの胸部を占めている

  • and it fills the middle portion of the fly,

    それ故、フロントガラスにハエが衝突した時

  • so when a fly hits your windshield,

    見えるのは ほとんどこの力筋なんだ

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

    でもその他に 羽の付け根には

  • But attached to the base of the wing

    力は弱いけど 反応が非常に速い 小さな制御筋があって

  • is a set of little, tiny control muscles

    力は弱いけど 反応が非常に速い 小さな制御筋があって

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

    羽ばたきごとに 羽の蝶番を

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

    調整することができる

  • on a stroke-by-stroke basis,

    これによって ハエは羽ばたきを調整して

  • and this is what enables the fly to change its wing

    空気を操って

  • and generate the changes in aerodynamic forces

    違う方向に飛ぶことができる

  • which change its flight trajectory.

    これを全て制御しているのが 神経系統だ

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

    では制御装置を見てみよう

  • So let's look at the controller.

    ハエは優れたセンサーの持ち主だが

  • Now flies excel in the sorts of sensors

    それがいいことばかりとは限らない

  • that they carry to this problem.

    彼らは、匂いと風向きを感知するアンテナの持ち主だ

  • They have antennae that sense odors and detect wind detection.

    彼らは高度な眼を持っている

  • They have a sophisticated eye which is

    それは、地上最速の視覚システムなんだ

  • the fastest visual system on the planet.

    さらに 頭頂部にも一対の眼がある

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

    その眼はどんな役割りをはたすのか、 私達がさっぱり分からない。

  • We have no idea what they do.

    それらが、羽にセンサーがある。

  • They have sensors on their wing.

    羽がセンサーで覆われていて、

  • Their wing is covered with sensors, including sensors

    そのセンサーの中で、 形状の変形を感知するセンサーもある。

  • that sense deformation of the wing.

    羽で味覚まで備えている

  • They can even taste with their wings.

    ハエのセンサーの中でも優れているのが

  • One of the most sophisticated sensors a fly has

    平均棍と呼ばれる器官だ

  • is a structure called the halteres.

    平均棍はジャイロスコープのような器官で

  • The halteres are actually gyroscopes.

    飛行中は200ヘルツで振り子運動する

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

    ハエはこれを使って 体の回転を感知し

  • and the animal can use them to sense its body rotation

    素早く 飛行姿勢を修正することができる

  • and initiate very, very fast corrective maneuvers.

    しかし センサーからの情報は、すべて 脳で処理しなければならない

  • But all of this sensory information has to be processed

    そうだよ ハエにも脳があるんだ

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

    10万個の神経細胞からなる脳がね

  • a brain of about 100,000 neurons.

    このコンファレンスの出席者の中にも

  • Now several people at this conference

    ミバエの脳機能は単純だから

  • have already suggested that fruit flies could serve neuroscience

    神経科学の研究に適している なんて言う人がいるようだね

  • because they're a simple model of brain function.

    でも、侮るなかれ!

  • And the basic punchline of my talk is,

    僕に言わせれば、それは全くの勘違いだよ

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

    ハエの脳は単純なんかじゃないと思うんだ

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

    素晴らしいモデルだ

  • And I think that flies are a great model.

    ハエにしてみればね

  • They're a great model for flies.

    (笑い声)

  • (Laughter)

    では なぜ単純だと思われてしまうのだろうか?

  • And let's explore this notion of simplicity.

    残念ながら、神経科学者はね、

  • So I think, unfortunately, a lot of neuroscientists,

    僕たちは自己中に考えがちだと思う

  • we're all somewhat narcissistic.

    「脳」というと 自分たちの脳を基準に考える

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

    でも、思い出してみて。こんな脳だよ。

  • But remember that this kind of brain,

    こんなとても小さい脳が

  • which is much, much smaller

    -- 1000億個ではなく 10万個の細胞しかない --

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

    地球上で最も一般的な形態であって

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

    それは4億年前から続いている

  • and has been for 400 million years.

    これを単純だと言い切って良いのかな?

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

    神経細胞の数は確かに少ない

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

    でもその基準で大丈夫なのか?

  • but is that a fair metric?

    僕は違うと思う

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

    ちょっとこれについて考えてみよう まずこの比較から見てもらおう --

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

    (笑い声)

  • (Laughter) —

    脳の大きさとでその脳が何ができるか

  • we have to compare the size of the brain

    比較しなくちゃならない

  • with what the brain can do.

    トランプ数という指数があるとしよう

  • So I propose we have a Trump number,

    トランプ数の行動パターンの数を

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

    神経細胞の数で割った値だ

  • behavioral repertoire to the number of neurons in his brain.

    同様にハエについても計算してみる

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

    どうだろう! ハエのトランプ数の方が高い

  • Now, how many people here think the Trump number

    と思う人いますか?

  • is higher for the fruit fly?

    (拍手)

  • (Applause)

    今日お越しの皆さんは頭がいいね

  • It's a very smart, smart audience.

    そうなんだ、大きさと機能は必ずしも比例しない

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

    ハエと人間の行動パターンの数を比べるのは

  • Now I realize that it is a little bit absurd

    あまり合理的じゃないかも知れない

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

    じゃあ 他の動物はどうだろう? たとえばネズミ

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

    ネズミはハエの1000倍の神経細胞をもっている

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

    昔 ネズミを研究していた。その当時は

  • I used to study mice. When I studied mice,

    僕だって ゆっくり喋っていた

  • I used to talk really slowly.

    でもハエの研究を始めてから 何かが変わったんだ

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

    (笑い声)

  • (Laughter)

    ハエとネズミは 博物学的に見て共通点がある

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

    食べ物を漁ったり

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

    求愛行動をしたり

  • They have to engage in courtship.

    交尾をしたり 捕食者から隠れたりする

  • They have sex. They hide from predators.

    共通点はたくさんあるけど

  • They do a lot of the similar things.

    ハエの方が行動パターンが多いと 僕は思う

  • But I would argue that flies do more.

    たとえば これから見せる映像

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

    ああ、ちょっと言っておかなくちゃ。 実を言うと、僕は、軍から一部、資金援助を受けているんだ。

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

    だから、この極秘映像を見たことは内緒だよ

  • so I'm showing this classified sequence

    決して誰にも口外しないでね! OK?

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

    ハエのお尻にぶら下がっている

  • So I want you to look at the payload

    爆弾に注意しながら見てほしい

  • at the tail of the fruit fly.

    近くに来て、よく見てごらん。

  • Watch it very closely,

    うちの6歳の息子が 神経科学者になると

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

    言い出した理由が分かるから

  • now wants to be a neuroscientist.

    タイミングを計って

  • Wait for it.

    ドーン

  • Pshhew.

    少なくとも、ハエがネズミほど賢くない、という事はお分かりでしょう。

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

    少なくとも、ハト並の知能を持っている。 (笑い声)

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

    まずはね、それは、神経細胞の数だけじゃなく、

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

    ハエはあんなに小さな神経細胞で

  • but also the challenge for a fly to compute

    全ての情報を処理しているんだ、という事をお伝えしたい。

  • everything its brain has to compute with such tiny neurons.

    これはジェフ・リックマンから借りてきた

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

    ネズミの神経細胞の美しい写真だ

  • that came from Jeff Lichtman's lab,

    その脳の美しい画像を見られるよ

  • and you can see the wonderful images of brains

    彼は、講演で画像を見せたんだ。

  • that he showed in his talk.

    右端の上にあるのは 同じ縮尺で示された

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

    ハエの神経細胞だ

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

    拡大してみよう

  • And I'll expand this up.

    素晴らしく細かな神経細胞だよね。

  • And it's a beautifully complex neuron.

    生物物理学的には こんな小さな神経細胞で

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

    大量の情報を処理しようとするんだ。

  • with trying to compute information with tiny, tiny neurons.

    神経細胞はどこまで小さくなれるのか? ここに面白い虫がいる

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

    見た目はハエに似ているね

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

    羽・眼・アンテナ・脚があり ライフサイクルも複雑

  • it has antennae, its legs, complicated life history,

    実は毛虫に寄生する寄生虫なんだ

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

    実は毛虫に寄生する寄生虫なんだ

  • to parasatize,

    そして、それは、塩粒と同じ大きさの脳というだけでなく、

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

    ミバエと比べると

  • which is comparable for a fruit fly,

    体全体が塩粒くらいの大きさしかない

  • it is the size of a salt grain.

    他の生命体と大きさを比べてみよう

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

    ゾウリムシやアメーバと同じくらいの大きさだけど

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

    非常に小さな7000個の神経細胞からなる脳を持っている

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

    君達、聞いた事があるかな?これらの細胞体と呼ばれるもので

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

    神経細胞の核は細胞体に入っているんだ。

  • where the nucleus of the neuron is?

    これは、この大きさでさえ、あまりに場所を取りすぎるから 取り除かれている

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

    今回のテーマは神経科学の最前線なんだ

  • So this is a session on frontiers in neuroscience.

    ある神経科学の最前線では、脳が機能する仕組みを解き明かすことができる、と仮定してみよう 含まれているだろう

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

    一緒に考えみよう。少数の神経細胞でたくさんの処理を行うには どうすればいいのか?

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

    工学的観点から見ると

  • And I think, from an engineering perspective,

    君たちは、多重化と考えるかもしれないね。

  • you think of multiplexing.

    ある機器を用いて、その装置に

  • You can take a hardware and have that hardware

    違う時間にに違う処理をさせる

  • do different things at different times,

    又は、その装置の他の部分で違う処理をさせるんだ。

  • or have different parts of the hardware doing different things.

    僕が調べてみたいのは2つある

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

    これらの概念は僕が思いついたものではなく

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

    他の人たちが過去に提唱していたものだ

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

    その一つは カニの噛み方からヒントを得ている

  • And one idea comes from lessons from chewing crabs.

    僕らがカニを噛むんじゃないよ

  • And I don't mean chewing the crabs.

    僕はボルチモア育ちだから カニを噛むのは超得意だけどね

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

    いま話してるのは カニ自身の咀嚼行動についてだ

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

    カニの咀嚼行動は実に興味深い

  • Crab chewing is actually really fascinating.

    カニの甲羅の下には 複雑な器官があって

  • Crabs have this complicated structure under their carapace

    咀嚼器と呼ばれる

  • called the gastric mill

    いろんな風に食べ物をかみ砕くことができる

  • that grinds their food in a variety of different ways.

    これは咀嚼器の内視鏡映像

  • And here's an endoscopic movie of this structure.

    咀嚼器の何がすごいかというと

  • The amazing thing about this is that it's controlled

    わずか20個程度の神経細胞で

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

    多様な筋肉運動のパターンを 作り出している点だ

  • that can produce a vast variety of different motor patterns,

    これが可能なのは カニの小さな神経節が

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

    多種の神経調節物質に浸されているからだ

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

    神経調整物質については、さっきのスピーチにも登場したね

  • You heard about neuromodulators earlier.

    神経細胞よりも多くの 神経調節物質があって

  • There are more neuromodulators

    それを変化させたり、実際に、その器官の神経細胞の数よりも多くを刺激したりしている

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

    そして、その事が 複雑な運動パターンを生み出す事を可能にしている

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

    ここにイブ・マーダーと仲間たちの長年の研究成果がある

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

    彼らは素晴らしい組織の研究していて

  • who've been studying this fascinating system

    それは、どんな少数の神経細胞の集まりでも

  • that show how a smaller cluster of neurons

    いろんなことができる という事を明らかにしているんだ

  • can do many, many, many things

    というのも、根本的に、神経調節は刻々と発生するからね

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

    すなわち、これは基本的には、時間的多重化という事だ

  • So this is basically multiplexing in time.

    1つの神経調節物質に、1つの神経細胞網があると想像してごらん。

  • Imagine a network of neurons with one neuromodulator.

    ある神経調整物質といくつかの細胞に ある行動を割り当てて

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

    別の神経調節物質と細胞に 別の行動を割り当てていくと

  • another neuromodulator, another set of cells,

    非常に複雑な運動パターンが可能になることが

  • a different pattern, and you can imagine

    これで想像できるだろう

  • you could extrapolate to a very, very complicated system.

    ハエも同じだろうか?

  • Is there any evidence that flies do this?

    長年に渡り 私の研究所でも、世界中の研究所でも

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

    小さな飛行シミュレーターを使って ハエの行動を研究してきた