Ritme gamma, suatu sinyal cepat yang terjadi ketika berkonsentrasi atau belajar, secara bertahap semakin kuat sama seperti di saat seekor tikus bergerak lebih cepat.
Ritme dalam otak yang berkaitan dengan pembelajaran menjadi lebih kuat sama seperti saat tubuh bergerak lebih cepat, demikian laporan dari para ahli neurologi UCLA dalam sebuah studi baru.
Tim peneliti, dibawah pimpinan profesor Mayank Mehta, menggunakan mikroelektroda khusus untuk memonitor sinyal listrik yang dikenal sebagai ritme gamma dalam otak tikus. Sinyal ini biasanya diproduksi di wilayah otak yang disebut hipokampus – yang kritikal untuk pembelajaran dan memori – selama periode konsentrasi dan pembelajajaran.
Para peneliti menemukan bahwa kekuatan ritme gamma bertumbuh secara substansial sama seperti saat kecepatan berlari meningkat, membawa para ilmuwan selangkah lebih dekat dalam memahami fungsi otak yang penting untuk pembelajaran dan navigasi.
“Ritme gamma diketahui dikendalikan oleh atensi dan pembelajaran, tapi kami menemukan ritme ini juga diatur oleh seberapa cepat Anda berlari,” kata Mehta, seorang profesor fisika dan astronomi, neurologi, dan neurobiologi, yang juga adalah penulis senior dalam studi ini. “Penelitian ini menyediakan hubungan yang menarik antara dunia pembelajaran dan dunia kecepatan.”
Studi ini dipublikasikan dalam PLoS ONE, sebuah publikasi online peer-review dari Public Library of Science.
“Bahasa Otak”
Bagaimana otak belajar? “Hipokampus diduga secara cepat dan temporari merekam fakta-fakta dan peristiwa-peristiwa yang dialami,” kata Mehta, yang juga memimpin Pusat Keck untuk Neurofisika di UCLA. Selama tidur selanjutnya, memori temporari ini diduga berkonsolidasi ke area otak lainnya untuk penyimpanan. Jika hipokampus rusak, maka akan menjadi sangat sulit untuk mempelajari hal-hal baru.
Dengan memahami bagaimana otak belajar mungkin suatu saat akan membantu dalam mengobati kondisi seperti penyakit Alzheimer, demensia, dan epilepsi yang secara khusus menargetkan hipokampus, kata Mehta.
“Mengartikan bahasa otak merupakan salah satu tantangan terbesar yang dihadapi manusia,” katanya. “Jika kita bisa belajar menafsirkan osilasi otak, maka hal ini mungkin bisa berhasil untuk digunakan dalam kasus mulai dari gangguan belajar untuk stres pasca-trauma, atau bahkan untuk mengurangi dampak penurunan kognitif seiring penuaan.”
Otak mengandung milyaran neuron, sel-sel khusus yang menghantarkan sinyal listrik dan kimia. Neuron pada hipokampus mengkodekan informasi yang berposisi spasial – di mana salah satunya berada dalam ruang – melalui paku-paku, pulsa tajam yang merupakan “suku” dalam bahasa mereka, kata Mehta.
“Anda bisa bayangkan otak sebagai sebuah orkestra besar, ritme gamma adalah biola yang terus bermain, diselingi lonjakan neuron yang mirip dengan ketukan drum,” kata Zhiping Chen, mahasiswa pascasarjana fisika UCLA di laboratorium Mehta dan penulis utama penelitian.
Sinyal otak adalah kombinasi beberapa irama dan paku neuron dari berbagai area otak yang berbeda, masing-masing mengisyaratkan bahasa neuron, kata Mehta. Tantangannya adalah mengkombinasikan sejumlah besar data ini untuk mengungkapkan bahasa otak dan menghubungkannya dengan perilaku.
“Hukum biofisika yang mengatur sebuah neuron tunggal cukuplah diketahui,” kata Mehta. “Yang tidak diketahui adalah bagaimana miliaran neuron berinteraksi dengan satu sama lain dan membentuk pikiran.”
Menangani pertanyaan interdisipliner tersebut membutuhkan sebuah tim dari beragam para ilmuwan dan insinyur. Sedangkan para anggota kelompok Mehta memiliki latar belakang dalam fisika, matematika, teknik, neurobiologi, psikologi dan kedokteran.
“Kami berharap bisa mengeksplorasi hubungan antara psikologi dan ilmu saraf. Dengan mempelajari bagaimana sel-sel otak individu berinteraksi bisa menjelaskan bagaimana kesadaran muncul,” kata Chen.
Percobaan
“Hipokampus adalah penting untuk navigasi,” kata Chen. “Sel-sel pada hipokampus mengkodekan informasi posisi, namun untuk menavigasi, tidaklah cukup untuk tahu di mana Anda; Anda juga harus tahu seberapa cepat Anda pergi. Kami menyimpulkan pasti ada sinyal otak terpisah yang mengkodekan informasi kecepatan ini.”
Percobaan dilakukan dengan mengukur sinyal-sinyal listrik dari ratusan neuron dengan menggunakan kabel mikro yang 20 kali lebih tipis dari rambut manusia. Hampir seratus gigabyte data dikumpulkan setiap harinya, cukup untuk mengisi sebuah perpustakaan besar dalam setiap dua bulan.
Analisis data yang luas dan kompleks ini menghasilkan sebuah hasil yang tak terduga: Ritme gamma, suatu sinyal cepat yang terjadi ketika berkonsentrasi atau belajar, secara bertahap semakin kuat sama seperti di saat seekor tikus bergerak lebih cepat.
“Sangat jarang ditemukan suatu hubungan yang sangat jelas,” kata Chen. “Ketika kami pertama kali melihat hasilnya, kami terkejut dan bergairah.”
Apakah ini artinya gerakan atau latihan dapat mempengaruhi proses belajar? Mehta mengatakan bahwa ini terlalu dini untuk disimpulkan.
“Dengan hasil baru ini, kita mengajukan pertanyaan yang tak pernah kita bayangkan,” katanya.
Penelitian ini juga memverifikasi pernyataan terakhir bahwa ritme gamma, yang berosilasi antara 30 dan 120 kali setiap detik, dapat dibagi menjadi sinyal lambat dan cepat yang berasal dari bagian-bagian otak yang terpisah.
“Anehnya, dua sinyal itu menjadi semakin terpisah seiring waktu dengan meningkatnya kecepatan,” kata Mehta.
Penulis pendamping lainnya dalam penelitian ini adalah Bert Sakmann, pemenang Nobel dan direktur Institut Max Planck Florida, Evgeny Resnik, mahasiswa pascasarjana di Institut Max Planck untuk Riset Medis, serta James McFarland, peneliti pasca-doktoral di Departemen Fisika UCLA.
Penelitian ini didanai National Science Foundation dan National Institute of Health, serta Yayasan Whitehall dan Yayasan W.M. Keck. Mehta dan Chen adalah anggota pusat Integrative untuk Pembelajaran dan Memori di UCLA. Mehta juga merupakan anggota Royal Norwegian Academy of Sciences.
Mehta memulai karirnya sebagai seorang ahli fisika teoritis yang tertarik untuk menyelidiki sifat ruang-waktu. Dia menantang gagasan yang telah lama diterima di lapangan bahkan sebelum ia menyelesaikan sekolah pascasarjana di Indian Institute of Science.
Bergulat pada kompleksitas matematika alam semesta dengan lebih dari enam dimensi, Mehta menjadi kagum pada bagaimana pembelajaran terjadi dan hal-hal apa saja atau pembelajaran paling mudah yang seperti apa yang diserap otak.
Pada penelitian Mehta sebelumnya menunjukkan bahwa sirkuit hipokampus secara cepat berkembang seiring pembelajaran, dan ritme otak sangat penting untuk proses ini. Pertanyaannya sekarang menjadi: Apa hubungan antara aktivitas dalam hipokampus dan perilaku?
“Sungguh menakjubkan bahwa kita bisa memahami hal-hal yang mutlak perlu bagi kelangsungan hidup kita,” kata Mehta. “Otak merupakan tempat yang sangat kompleks, dan intuisi kita tentang pikiran tidaklah cukup untuk memahami otak. Jika kita pertama bisa menentukan aturan-aturan otak, mereka mungkin akan menunjuk ke arah yang belum pernah kita bayangkan.”
Sumber :
No comments:
Post a Comment