Peta dalam otak manusia

Anda mungkin mengenal atau pernah menggunakan perangkat GPS (Global Positioning System) atau peta yang disediakan oleh salah satu perusahaan teknologi informasi Google untuk membantu memandu anda menuju tempat tertentu yang  anda inginkan. Ketika anda menggunkana perangkat GPS, terdapat peta dan penunjukkan arah yang disertai jarak yang dapat anda tempuh untuk mencapai tempat yang diinginkan. Tahukan anda bahwa manusia memiliki sistem navigasi yang serupa dengan perangkat GPS. Sistem ini membantu kita untuk mengenali dan mengingat posisi dan arah mana yang harus kita tempuh untuk dapat kembali ke rumah kita masing-masing.

Pernahkan anda dalam situasi ketika anda harus menceritakan kepada seseorang yang bertanya letak rumah teman anda? Pada situasi ini anda akan membayangkan tempat-tempat, jalan-jalan dan arah yang dapat ditempuh untuk menuju rumah teman anda untuk kemudian diceritakan kepada seorang yang bertanya kepada anda. Seolah-olah ada peta dalam pikiran anda. Ketika anda pergi ke suatu tempat kemudian ingin kembali ke rumah anda harus mengetahui di mana posisi anda terhadap rumah anda. Untuk dapat kembali ke rumah, anda harus mengetahui di mana anda sekarang, jalan mana yang dapat anda lalui, dan di mana arah rumah anda. Informasi-informasi tentang arah, jarak dan posisi seolah-olah tersimpan dan membentuk semacam peta dalam pikiran yang memandu anda untuk dapat kembali ke rumah. Anda mungkin menganggap ini sangat biasa, tapi bagi para peneliti neurosains memahami bagaimana otak bekerja untuk mengetahui posisi, arah dan jarak adalah hal yang sangat menarik dan penting untuk dipelajari.

Telah banyak penelitian yang dilakukan untuk mengetahui bagaimana otak manusia bekerja untuk mengenal posisi, arak dan jarak. Pada tahun 2014 John O'Keefe dan pasangan suami istri May-Britt Moser dan Edvard I. Moser diganjar penghargaan Nobel bidang fisiologi atau ilmu kedokteran atas penemuan mereka terhadap sel otak yang berperan dalam sistem kedudukan/posisi.

Place cells

Konsep tentang adanya semacam peta dalam otak manusia dimulai ketika Edward Tolman, seorang psikolog eksperimental, mempelajari bagaimana hewan dapat mengenali posisi dan menemukan lintasan terpendek yang dapat ditempuh untuk menuju suatu tempat dalam lingkungannya. Tolman mengajukan teori bahwa otak hewan dapat menghubungkan antara kejadian dan posisi di lingkungan. Ketika hewan melakukan eksplorasi terhadap lingkungan di mana ia berada, secara bertahap akan terbentuk semacam peta kognitif dalam otak hewan tersebut yang membantu hewan dalam navigasi. Teori Tolman tidak mampu menjelaskan bagaimana mekanisme ini terjadi dan bagian otak mana yang berperan dalam proses ini. Temuan teknik eksperimen yang memungkinkan pembacaan dan perekaman aktivitas sel otak secara langsung ketika hewan bergerak bebas membuka peluang dibuktikannya teori Tolman.

John O'Keefe, seorang Psikolog Fisiologis, pada akhir tahun 1970-an melakukan eksperimen dengan menggunakan tikus yang ditempatkan dalam suatu lingkungan buatan. Secara mengejutkan hasil eksperimennya menemukan hal tidak biasa yang belum pernah ditemukan sebelumnya, bahwa sel di bagian belakang hippocampus, wilayah otak yang terletak di bagian tengah otak, menunjukkan aktivitas ketika tikus berada pada posisi tertentu dalam lingkungan buatan tempat si tikus berada. Sel ini dinamai dengan place cells, secara harfian berarti sel-sel kedudukan. Tiap-tiap Place cell hanya akan aktif ketika tikus berada pada posisi tertentu dalam sebuah lingkungan, kombinasi aktivitas place cells menghasilkan semacam peta (disebut place field/medan kedudukan) yang merepresentasikan lingkungan sebenarnya. Lingkungan yang berbeda direpresentasikan oleh kombinasi keaktifan place cells yang berbeda-beda pula. O'Keefe dan kolega juga menemukan bahwa hippocampus dapat menyimpan lebih dari satu "peta" kognitif. Temuan John O'Keefe dan kolega menjadi jalan bagi penelitian-penelitian lain untuk mencari tahu bagaimana sistem otak bekerja mengenali posisi dan arah.

Grid cells

Setelah penemuan place cells oleh O'keefe dan kolega, selama beberapa tahun dipercaya bahwa place field bersumber satu-satunya di hippocampus. Namun pada awal tahun 2000-an may-Britt Moser dan Edvard I. Moser, yang sempat bekerja di laboratorium O'keefe, menyelidiki sumber lain dari aktivitas yang sama dengan place cells dan menemukan bahwa bagian pinggir belakang dari otak tikus yang disebut medial entorhinal cortex juga menunjukkan aktivitas yang sama dengan place cells di hippocampus. Medial entorhinal cortex terhubung dengan bagian belakang hippocampus yang merupakan bagian hippocampus yang sama dimana O'keefe menemukan place cells untuk pertama kalinya. Suami-istri Moser menyelidiki lebih jauh medial entorhinal cortex dan berhasil menemukan sebuah sel khusus bernama grid cells (secara harfiah berarti sel kisi) yang berperan dalam pengkodean kedudukan dan berperan dalam aktivitas place cells.

Contoh pola kisi yang dibentuk oleh aktivitas grid cells (sumber: Hafting Torkel et. al. "grid cells properties")

Grid cells memiliki karakteristik yang berbeda dengan bagian otak lainnya. Grid cells dalam otak tikus menghasilkan aktivitas berupa simpul-simpul kisi dengan jarak dan posisi yang teratur yang membentuk pola heksagonal, mirip sarang lebah. Kumpulan grid cell dalam medial entorhinal cortex membentuk pola dengan jarak dan orientasi yang sama tetapi berbeda fase sehingga kombinasi dari pola-pola kisi ini dapat merepresentasikan setiap posisi di lingkungan sebenarnya. Medial entorhinal cortex berperan sebagai pusat komputasi sistem koordinat yang dihasilkan grid cells yang berperan sebagai sistem koordinat dalam otak. Studi yang dilakukan oleh O'keefe dan pasangan Moser serta peneliti-peneliti lain menunjukkan adanya hubungan timbal-balik antara grid cells di medial entorhinal cortex dan place cells di hippocampus dan juga sel-sel lain yang berperan dalam mengidentifikasi arah dan penghalang/dinding. Hubungan-hubungan ini membentuk semacam peta mental yang membantu navigasi tikus dan membantu tikus untuk menentukan lintasan paling pendek untuk mencapai suatu tempat.

Peta mental dalam otak manusia

Medial_surface_of_cerebral_cortex_-_entorhinal_cortex

Posisi entorhinal cortex pada otak manusia (sumber: Hagmann P, Cammoun L, Gigandet X, Meuli R, Honey CJ, et al., "Entorhinal cortex)

Place cells dan grid cells juga ditemukan pada mamalia lain selain tikus juga ditemukan pada manusia. Penelitian yang dilakukan oleh Doeller dan kolega pada tahun 2010 dengan menggunakan fMRI (functional magnetoresonance imaging) membuktikan keberadaan grid cells di entorhinal cortex manusia. Tahun 2015 Martin Chadwick dan kolega dari University College London melakukan penelitian dangan memanfaatkan simulasi realitas virtual dan fMRI untuk menyelidiki bagian otak yang berperan dalam navigasi manusia. Penelitian mereka menghasilkan kesimpulan bahwa entorhinal cortex manusia adalah pusat proses navigasi manusia. Menariknya lagi, penelitian mereka menemukan pola aktivitas otak yang serupa muncul dari orang yang secara langsung menghadap tempat yang akan dituju dengan orang yang hanya membayangkan arah tempat yang akan dituju. Penelitian-penelitian yang dilakukaan terhadap place cells dan grid cells setidaknya dapat menjelaskan mekanisme kerja otak dalam membantu navigasi manusia, menentukan posisinya terhadap lingkungan serta bagaimana manusia mengetahui dan mengingat tempat-tempat yang ingin dituju.

Referensi

[1] O. Kiehn, H. Forssberg, "The Brain’s Navigational Place and Grid Cell System", Scientific Background Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014, (2014)

[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2014/

[3] M. J. Chadwick, A. E. J. Jolly, D. P. Amos, D. Hassabis, and H. J. Spiers1, "A Goal Direction Signal in the Human Entorhinal/Subicular Region", Current Biology 25, 87–92, (2015)

Kontributor: Dwi Prananto

You may also like...

1 Response

  1. budiman budiman says:

    menarik sekali artikelnya, namun apakah untuk melakukan perhitungan matematis mengenai jarak dan arah terkait peta juga menggunakan proses (Place cells dan Grid cells) yang sama pak?

Leave a Reply to budiman Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

CAPTCHA Image

*