Cara Baru untuk Memahami Ritme Rumit Otak


Hari ini, ketika para peneliti menghabiskan berjam-jam di lab melakukan eksperimen rumit, mereka mungkin mendengarkan musik atau podcast untuk menyelesaikan hari. Tetapi pada tahun-tahun awal ilmu saraf, pendengaran adalah bagian penting dari proses tersebut. Untuk mengetahui apa yang dipedulikan oleh neuron, para peneliti akan menerjemahkan sinyal hampir seketika yang mereka kirim, yang disebut “paku”, menjadi suara. Semakin keras suaranya, semakin sering neuron itu melonjak—dan semakin tinggi laju pembakarannya.

“Anda hanya dapat mendengar berapa banyak suara yang keluar dari speaker, dan apakah itu benar-benar keras atau sangat sunyi,” kata Joshua Jacobs, profesor teknik biomedis di Universitas Columbia. “Dan itu cara yang sangat intuitif untuk melihat seberapa aktif sebuah sel.”

Ahli saraf tidak lagi bergantung pada suara; mereka dapat merekam lonjakan dengan presisi menggunakan elektroda yang ditanamkan dan perangkat lunak komputer. Untuk menggambarkan laju penembakan neuron, seorang ahli saraf akan memilih jendela waktu—katakanlah, 100 milidetik—dan lihat berapa kali ia menyala. Melalui laju pembakaran, para ilmuwan telah menemukan banyak hal yang kita ketahui tentang cara kerja otak. Meneliti mereka di wilayah dalam otak yang disebut hippocampus, misalnya, mengarah pada penemuan sel tempat—sel yang menjadi aktif ketika seekor hewan berada di lokasi tertentu. Penemuan tahun 1971 ini membuat ahli saraf John O’Keefe mendapatkan Hadiah Nobel 2014.

Tingkat penembakan adalah penyederhanaan yang berguna; mereka menunjukkan tingkat aktivitas keseluruhan sel, meskipun mereka mengorbankan informasi yang tepat tentang waktu lonjakan. Tetapi urutan individu paku sangat rumit, dan sangat bervariasi, sehingga sulit untuk memahami apa artinya. Jadi, fokus pada tingkat pemecatan sering kali bermuara pada pragmatis, kata Peter Latham, seorang profesor di Gatsby Computational Neuroscience Unit di University College London. “Kami tidak pernah memiliki cukup data,” kata Latham. “Setiap percobaan benar-benar berbeda.”

Tapi itu tidak berarti mempelajari waktu lonjakan tidak ada gunanya. Meskipun menafsirkan lonjakan neuron itu rumit, menemukan makna dalam pola-pola itu dimungkinkan, jika Anda tahu apa yang Anda cari.

Itulah yang dapat dilakukan O’Keefe pada tahun 1993, lebih dari dua dekade setelah ia menemukan sel tempat. Dengan membandingkan waktu ketika sel-sel ini ditembakkan ke osilasi lokal — keseluruhan pola aktivitas seperti gelombang di wilayah otak — ia menemukan sebuah fenomena yang disebut “presesi fase.” Ketika tikus berada di lokasi tertentu, neuron itu akan menyala pada waktu yang sama dengan neuron terdekat lainnya yang paling aktif. Tapi saat tikus terus bergerak, neuron itu akan menyala sedikit sebelum, atau sedikit setelah, aktivitas puncak tetangganya. Ketika neuron menjadi semakin tidak sinkron dengan tetangganya dari waktu ke waktu, itu menunjukkan fase presesi. Akhirnya, karena aktivitas otak di latar belakang mengikuti pola yang berulang, naik-turun, ia akan kembali sinkron dengannya, sebelum memulai siklus lagi.

Sejak penemuan O’Keefe, fase presesi telah dipelajari secara intensif pada tikus. Tapi tidak ada yang tahu pasti apakah itu terjadi pada manusia hingga Mei, ketika tim Jacobs mempublikasikannya di jurnal Sel bukti pertama di hipokampus manusia. “Ini adalah kabar baik, karena hal-hal terjadi pada spesies yang berbeda, kondisi eksperimen yang berbeda,” kata Mayank Mehta, peneliti fase presesi terkemuka di UCLA, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Tim Universitas Columbia membuat penemuan mereka melalui rekaman berusia satu dekade dari otak pasien epilepsi yang melacak aktivitas saraf saat pasien menavigasi lingkungan virtual di komputer. Pasien epilepsi sering direkrut untuk penelitian ilmu saraf karena perawatan mereka dapat melibatkan elektroda otak dalam yang ditanamkan melalui pembedahan, yang memberi para ilmuwan kesempatan unik untuk menguping penembakan neuron individu secara real time.

Diposting oleh : joker123