DIY Neuroscience
Greg Gage: How a dragonfly's brain is designed to kill
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Dragonflies can catch prey with near perfect accuracy, the best among all predators. But how does something with so few neurons achieve such prowess? Our intrepid neuroscientists explore how a dragonfly unerringly locks onto its preys and captures it within milliseconds using just sensors and a fake fly.
Greg Gage - Neuroscientist
TED Fellow Greg Gage helps kids investigate the neuroscience in their own backyards. Full bio
TED Fellow Greg Gage helps kids investigate the neuroscience in their own backyards. Full bio
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00:12
Greg Gage: If I asked you
to think of a ferocious killer animal,
to think of a ferocious killer animal,
0
200
3056
Greg Gage: Si te pidiera pensar
en un feroz asesino animal,
en un feroz asesino animal,
a lo mejor pensarías en un león.
00:15
you'd probably think of a lion,
1
3280
1496
00:16
and for all the wonderful
predatory skills that a lion has,
predatory skills that a lion has,
2
4800
2816
Y a pesar de toda la habilidad
predadora que posee un león,
predadora que posee un león,
solo tiene una taza de éxito de 20 %
00:19
it still only has about a 20 percent
success rate at catching a meal.
success rate at catching a meal.
3
7640
3696
de atrapar su alimento.
00:23
Now, one of the most successful hunters
4
11360
2016
Uno de los cazadores más exitosos
en todo el reino animal te sorprenderá:
en todo el reino animal te sorprenderá:
00:25
in the entire animal kingdom
is surprising:
is surprising:
5
13400
2056
la libélula.
00:27
the dragonfly.
6
15480
1256
Las libélulas son moscas asesinas,
y cuando ven una mosca más pequeña,
y cuando ven una mosca más pequeña,
00:28
Now, dragonflies are killer flies,
7
16760
1776
00:30
and when they see a smaller fly,
8
18560
1576
tienen una probabilidad del
97 % de atraparla para comer.
97 % de atraparla para comer.
00:32
they have about a 97 percent
chance of catching it for a meal.
chance of catching it for a meal.
9
20160
2976
00:35
And this is in mid-flight.
10
23160
1256
Y esto es a medio vuelo.
00:36
But how can such
a small insect be so precise?
a small insect be so precise?
11
24440
3176
Pero ¿cómo puede ser tan preciso
un insecto tan pequeño?
un insecto tan pequeño?
00:39
In this episode, we're going to see
12
27640
1856
En este episodio, veremos que el cerebro
de la libélula está muy especializado,
de la libélula está muy especializado,
00:41
how the dragonfly's brain is highly
specialized to be a deadly killer.
specialized to be a deadly killer.
13
29520
3680
y eso la hace un asesino letal.
00:45
[DIY Neuroscience]
14
33224
3231
[Neurociencia casera]
00:48
So what makes the dragonfly
one of the most successful predators
one of the most successful predators
15
36480
3016
¿Qué hace de la libélula
uno de los depredadores más exitosos
uno de los depredadores más exitosos
del reino animal?
00:51
in the animal kingdom?
16
39520
1216
Uno: los ojos.
00:52
One, it's the eyes.
17
40760
1256
Tiene la visión de casi 360 grados.
00:54
It has near 360-degree vision.
18
42040
1856
00:55
Two, the wings.
19
43920
1416
Dos: las alas.
00:57
With individual control of its wings,
20
45360
1816
Mediante el control
individual de sus alas,
individual de sus alas,
00:59
the dragonfly can move
precisely in any direction.
precisely in any direction.
21
47200
2376
la libélula puede moverse con precisión
en cualquier dirección.
en cualquier dirección.
01:01
But the real secret
to the dragonfly's success
to the dragonfly's success
22
49600
2376
Pero el verdadero secreto
del éxito de la libélula
del éxito de la libélula
01:04
is how its brain coordinates
this complex information
this complex information
23
52000
3096
es cómo su cerebro coordina
esta información compleja
esta información compleja
01:07
between the eyes and the wings
24
55120
1536
entre los ojos y las alas
01:08
and turns hunting into a simple reflex.
25
56680
2576
y convierte la caza en un simple reflejo.
01:11
To study this, Jaimie's been
spending a lot of time
spending a lot of time
26
59280
2381
Para estudiar esto, Jaimie
ha pasado mucho tiempo
ha pasado mucho tiempo
01:13
socializing with dragonflies.
27
61685
1651
socializando con libélulas.
01:15
What do you need to do your experiments?
28
63360
1936
¿Qué necesitas
para hacer tus experimentos?
para hacer tus experimentos?
01:17
Jaimie Spahr: First of all,
you need dragonflies.
you need dragonflies.
29
65319
2337
Jaimie Spahr: Primero, libélulas.
Oliver: Uso una jaula de malla
para capturar las libélulas.
para capturar las libélulas.
01:19
Oliver: I have a mesh cage
to catch the dragonflies.
to catch the dragonflies.
30
67680
2456
01:22
JS: The more I worked with them,
the more terrified I got of them.
the more terrified I got of them.
31
70160
3136
JS: Cuanto más trabajé con ellas,
más me aterrorizaron.
más me aterrorizaron.
La verdad es que son aterradoras,
especialmente bajo un microscopio.
especialmente bajo un microscopio.
01:25
They're actually very scary,
especially under a microscope.
especially under a microscope.
32
73320
2776
01:28
They have really sharp mandibles,
are generally pretty aggressive,
are generally pretty aggressive,
33
76120
3136
Tienen las mandíbulas muy afiladas,
y son bastante agresivas.
y son bastante agresivas.
Supongo que eso les ayuda
a ser muy buenos depredadores.
a ser muy buenos depredadores.
01:31
which I guess also helps them
to be really good predators.
to be really good predators.
34
79280
2736
GG: Para saber lo que ocurre
en el cerebro de la libélula
en el cerebro de la libélula
01:34
GG: In order to learn what's going on
inside the dragonfly's brain
inside the dragonfly's brain
35
82040
3136
cuando ve la presa,
01:37
when it sees a prey,
36
85200
1216
escuchamos a escondidas una conversación
01:38
we're going to eavesdrop in
on a conversation
on a conversation
37
86440
2136
entre los ojos y las alas.
01:40
between the eyes and the wings,
38
88600
1536
Para hacerlo, necesitamos anestesiar
a la libélula sobre hielo
a la libélula sobre hielo
01:42
and to do that, we need
to anesthetize the dragonfly on ice
to anesthetize the dragonfly on ice
39
90160
2762
y proteger sus alas
para poder liberarla después.
para poder liberarla después.
01:44
and make sure we protect its wings
so that we can release it afterwards.
so that we can release it afterwards.
40
92946
3390
El cerebro de la libélula se compone
de células especializadas
de células especializadas
01:48
Now, the dragonfly's brain is made up
of specialized cells called neurons
of specialized cells called neurons
41
96360
3656
llamadas neuronas.
01:52
and these neurons
are what allow the dragonfly
are what allow the dragonfly
42
100040
2176
Y esas neuronas son las que permiten
a la libélula ver y moverse tan rápido.
a la libélula ver y moverse tan rápido.
01:54
to see and move so quickly.
43
102240
1656
01:55
The individual neurons form circuits
by connecting to each other
by connecting to each other
44
103920
3056
Las neuronas individuales
forman circuitos interconectados
forman circuitos interconectados
01:59
via long, tiny threads called axons
45
107000
2616
a través de largos y delgados filamentos
llamados axones.
llamados axones.
02:01
and the neurons communicate
over these axons using electricity.
over these axons using electricity.
46
109640
3256
Las neuronas se comunican
por estos axones, mediante electricidad.
por estos axones, mediante electricidad.
02:04
In the dragonfly, we're going to place
little metal wires, or electrodes,
little metal wires, or electrodes,
47
112920
3456
Metemos pequeños alambres,
o electrodos, en la libélula,
o electrodos, en la libélula,
por las vías axonales.
02:08
along the axon tracks,
48
116400
1256
02:09
and this is what's really cool.
49
117680
1496
Y esto es muy interesante:
02:11
In the dragonfly, there's only 16 neurons;
50
119200
2016
En la libélula, hay solo
16 neuronas, ocho por ojo,
16 neuronas, ocho por ojo,
02:13
that's eight per eye
51
121240
1256
que le dicen a las alas
exactamente dónde está el blanco.
exactamente dónde está el blanco.
02:14
that tell the wings
exactly where the target is.
exactly where the target is.
52
122520
2456
02:17
We've placed the electrodes
so that we can record from these neurons
so that we can record from these neurons
53
125000
3216
Pusimos los electrodos
para poder grabar de las neuronas
para poder grabar de las neuronas
que conectan los ojos con las alas.
02:20
that connect the eyes to the wings.
54
128240
1696
Cada vez que se envía un mensaje
del ojo al ala,
del ojo al ala,
02:21
Whenever a message is being passed
from the eye to the wing,
from the eye to the wing,
55
129960
2856
el electrodo intercepta esa conversación
02:24
our electrode intercepts that conversation
in the form of an electrical current,
in the form of an electrical current,
56
132840
3736
en forma de corriente eléctrica
y la amplifica.
02:28
and it amplifies it.
57
136600
1216
Ahora podemos escucharla y verla
en la forma de pico,
en la forma de pico,
02:29
Now, we can both hear it and see it
in the form of a spike,
in the form of a spike,
58
137840
3056
02:32
which we also call an action potential.
59
140920
2256
que también se llama una potencia activa.
02:35
Now let's listen in.
60
143200
1256
Escuchémosla.
En este momento tenemos
a la libélula boca abajo,
a la libélula boca abajo,
02:36
Right now, we have the dragonfly
flipped upside down,
flipped upside down,
61
144480
3456
02:39
so he's looking down towards the ground.
62
147960
2616
entonces está mirando hacia el suelo.
02:42
We're going to take a prey,
or what we sometimes call a target.
or what we sometimes call a target.
63
150600
2976
Tomamos una presa
o lo que a veces llamamos un blanco.
o lo que a veces llamamos un blanco.
En este caso, el blanco
es una mosca falsa.
es una mosca falsa.
02:45
In this case, the target's
going to be a fake fly.
going to be a fake fly.
64
153600
2496
02:48
We're going to move it
into the dragonfly's sights.
into the dragonfly's sights.
65
156120
2520
La movemos hasta estar
a la vista de la libélula.
a la vista de la libélula.
02:52
(Buzzing)
66
160640
1656
(Zumbido)
02:54
Oh!
67
162320
1200
¡Oh!
02:56
Oh, look at that.
68
164720
1200
¡Mira eso!
03:02
Look at that, but it's only
in one direction.
in one direction.
69
170040
2200
Mira eso. Pero solo ocurre
con una dirección.
con una dirección.
03:04
Oh, yes!
70
172840
1240
¡Sí!
No se ve ningún pico
cuando voy para adelante,
cuando voy para adelante,
03:06
You don't see any spikes
when I go forward,
when I go forward,
71
174640
2056
03:08
but they're all when I come back.
72
176720
1896
pero están allí cuando voy para atrás.
03:10
In our experiments,
73
178640
1456
En nuestros experimentos,
03:12
we were able to see
that the neurons of the dragonfly
that the neurons of the dragonfly
74
180120
2496
pudimos ver que las neuronas
de la libélula dispararon
de la libélula dispararon
03:14
fired when we moved the target
in one direction but not the other.
in one direction but not the other.
75
182640
3256
cuando movimos el punto
en una dirección, pero no en la otra.
en una dirección, pero no en la otra.
03:17
Now, why is that?
76
185920
1256
¿Por qué pasó así?
¿Recuerdas cuando dije que la libélula
tiene la visión de casi 360 grados?
tiene la visión de casi 360 grados?
03:19
Remember when I said that the dragonfly
77
187200
1858
03:21
had near 360-degree vision.
78
189082
2054
03:23
Well, there's a section
of the eye called the fovea
of the eye called the fovea
79
191160
2496
Hay una sección del ojo llamada la fóvea
03:25
and this is the part
that has the sharpest visual acuity,
that has the sharpest visual acuity,
80
193680
2896
y esta es la parte con
la mayor agudeza visual.
la mayor agudeza visual.
03:28
and you can think of it as its crosshairs.
81
196600
2696
Piénsalo como su punto de mira.
03:31
Remember when I told you the dragonfly had
individual precise control of its wings?
individual precise control of its wings?
82
199320
4176
¿Recuerdas cuando dije que la libélula
tiene el control individual de sus alas?
tiene el control individual de sus alas?
03:35
When a dragonfly sees its prey,
it trains its crosshairs on it
it trains its crosshairs on it
83
203520
4056
Cuando una libélula ve a su presa,
apunta su punto de mira hacia ella
apunta su punto de mira hacia ella
03:39
and along its axons
it sends messages only to the neurons
it sends messages only to the neurons
84
207600
3376
y a través de sus axones,
envía mensajes solo a las neuronas
envía mensajes solo a las neuronas
03:43
that control the parts of the wings
85
211000
1696
que controlan las partes
de las alas que se necesitan
de las alas que se necesitan
03:44
that are needed
to keep that dragonfly on target.
to keep that dragonfly on target.
86
212720
2336
para guiar a la libélula al blanco.
03:47
So if the prey is
on the left of the dragonfly,
on the left of the dragonfly,
87
215080
2976
Entonces si la presa está
a la izquierda de la libélula,
a la izquierda de la libélula,
03:50
only the neurons that are tugging
the wings to the left are fired.
the wings to the left are fired.
88
218080
3776
solo se disparan las neuronas que
tiran de las alas a la izquierda.
tiran de las alas a la izquierda.
03:53
And if the prey moves
to the right of the dragonfly,
to the right of the dragonfly,
89
221880
2496
Y si la presa se mueve
a la derecha de la libélula,
a la derecha de la libélula,
03:56
those same neurons are not needed,
so they're going to remain quiet.
so they're going to remain quiet.
90
224400
3176
esas mismas neuronas
ya no se necesitan y se quedan inactivas.
ya no se necesitan y se quedan inactivas.
03:59
And the dragonfly speeds toward the prey
91
227600
1936
La libélula corre hacia la presa
a un ángulo fijo
a un ángulo fijo
04:01
at a fixed angle that's communicated
by this crosshairs to the wings,
by this crosshairs to the wings,
92
229560
3256
que se comunica por este punto a las alas,
04:04
and then boom, dinner.
93
232840
2016
y luego -¡boom!- la cena.
04:06
Now, all this happens in a split second,
and it's effortless for the dragonfly.
and it's effortless for the dragonfly.
94
234880
3696
Todo esto ocurre en un instante,
y sin esfuerzo por parte de la libélula.
y sin esfuerzo por parte de la libélula.
04:10
It's almost like a reflex.
95
238600
1576
Es casi como un reflejo.
04:12
And this whole incredibly efficient
process is called fixation.
process is called fixation.
96
240200
4096
Este proceso increíblemente eficaz
se llama fijación.
se llama fijación.
04:16
But there's one more
story to this process.
story to this process.
97
244320
2616
Pero hay algo más en este proceso.
04:18
We saw how the neurons
respond to movements,
respond to movements,
98
246960
2096
Vimos cómo las neuronas
respondieron a los movimientos,
respondieron a los movimientos,
pero ¿cómo sabe la libélula
que algo sí es presa?
que algo sí es presa?
04:21
but how does the dragonfly know
that something really is prey?
that something really is prey?
99
249080
2920
Aquí el tamaño importa.
04:24
This is where size matters.
100
252880
1336
04:26
Let's show the dragonfly a series of dots.
101
254240
2520
Mostrémosle a la libélula
una serie de puntos.
una serie de puntos.
04:41
Oh, yeah!
102
269000
1216
¡Sí!
04:42
JS: Yeah, it prefers that one.
103
270240
2216
JS: Sí, prefiere ese.
04:44
GG: Out of all the sizes,
104
272480
1256
GG: De todos los tamaños,
04:45
we found that the dragonfly responded
to smaller targets over larger ones.
to smaller targets over larger ones.
105
273760
3520
encontramos que la libélula
respondió a los objetos pequeños
respondió a los objetos pequeños
más que a los grandes.
04:49
In other words, the dragonfly
was programmed to go after smaller flies
was programmed to go after smaller flies
106
277680
4056
Es decir, que la libélula está programada
para perseguir moscas más pequeñas
para perseguir moscas más pequeñas
04:53
versus something much larger, like a bird.
107
281760
2336
versus algo mucho más grande,
como un pájaro.
04:56
And as soon as it recognizes
something as prey,
something as prey,
108
284120
2576
Y tan pronto como identifique
algo como la presa,
algo como la presa,
04:58
that poor little fly
only has seconds to live.
only has seconds to live.
109
286720
2816
a esa pobrecita mosca,
solo le quedan segundos de vida.
solo le quedan segundos de vida.
05:01
Today we got to see
how the dragonfly's brain works
how the dragonfly's brain works
110
289560
2576
Hoy vimos cómo funciona
el cerebro de la libélula
el cerebro de la libélula
05:04
to make it a very efficient killer.
111
292160
1680
y que eso la convierte en
un depredador muy eficaz.
un depredador muy eficaz.
05:06
And let's be thankful
that we didn't live 300 million years ago
that we didn't live 300 million years ago
112
294440
3736
Agradezcamos que no vivimos
hace 300 millones de años,
hace 300 millones de años,
05:10
when dragonflies were the size of cats.
113
298200
2880
cuando las libélulas eran
del tamaño de los gatos.
del tamaño de los gatos.
ABOUT THE SPEAKER
Greg Gage - NeuroscientistTED Fellow Greg Gage helps kids investigate the neuroscience in their own backyards.
Why you should listen
As half of Backyard Brains, neuroscientist and engineer Greg Gage builds the SpikerBox -- a small rig that helps kids understand the electrical impulses that control the nervous system. He's passionate about helping students understand (viscerally) how our brains and our neurons work, because, as he said onstage at TED2012, we still know very little about how the brain works -- and we need to start inspiring kids early to want to know more.
Before becoming a neuroscientist, Gage worked as an electrical engineer making touchscreens. As he told the Huffington Post: "Scientific equipment in general is pretty expensive, but it's silly because before [getting my PhD in neuroscience] I was an electrical engineer, and you could see that you could make it yourself. So we started as a way to have fun, to show off to our colleagues, but we were also going into classrooms around that time and we thought, wouldn't it be cool if you could bring these gadgets with us so the stuff we were doing in advanced Ph.D. programs in neuroscience, you could also do in fifth grade?" His latest pieces of gear: the Roboroach, a cockroach fitted with an electric backpack that makes it turn on command, and BYB SmartScope, a smartphone-powered microscope.
Greg Gage | Speaker | TED.com