Para ilmuwan telah mengidentifikasi bentuk pesan seluler unik yang ditemukan di otak manusia, mengungkapkan betapa kita masih harus belajar tentang cara kerja otak manusia yang misterius.
Penemuan ini secara menarik menunjukkan bahwa otak kita mungkin merupakan unit komputasi yang lebih kuat dari yang kita duga.
Pada tahun 2020, para ilmuwan dari institut di Jerman dan Yunani melaporkan adanya mekanisme di sel kortikal luar otak yang menghasilkan sinyal “bertingkat” baru yang dapat memberi neuron individu cara berbeda untuk menjalankan fungsi logisnya.
Dengan mengukur aktivitas listrik di bagian jaringan yang diambil selama operasi dari pasien epilepsi dan menganalisis strukturnya menggunakan mikroskop fluoresensi, ahli saraf menemukan bahwa sel-sel individual di korteks serebral tidak hanya menggunakan ion natrium biasa untuk “membakar”, tetapi juga kalsium.
Kombinasi ion bermuatan positif ini memicu gelombang tegangan yang belum pernah terlihat sebelumnya yang disebut potensial aksi termediasi kalsium dendritik, atau dCaAP.
Otak – terutama otak manusia – sering disamakan dengan komputer. Perbandingannya ada batasnya, tetapi pada tingkat tertentu mereka melakukan tugas dengan cara yang sama.
Keduanya menggunakan kekuatan tegangan listrik untuk melakukan berbagai operasi. Di komputer, hal ini berbentuk aliran elektron yang relatif sederhana melalui sambungan yang disebut transistor.
Pada neuron, sinyalnya berupa gelombang pembukaan dan penutupan saluran pertukaran partikel bermuatan seperti natrium, klorida, dan kalium. Denyut ion yang mengalir ini disebut potensial aksi.
Alih-alih menggunakan transistor, neuron mengelola pesan-pesan ini secara kimiawi di ujung cabang yang disebut dendrit.
“Dendrit sangat penting untuk memahami otak karena mereka adalah inti dari apa yang menentukan kekuatan komputasi neuron individu,” kata ahli saraf Matthew Larkum dari Humboldt University kepada Walter Beckwith dari American Association for the Advancement of Science pada Januari 2020.
Dendrit adalah lampu lalu lintas sistem saraf kita. Jika potensial aksi cukup besar, potensial aksi tersebut dapat diteruskan ke saraf lain yang dapat memblokir atau menyampaikan pesan tersebut.
Ini adalah dasar logis dari otak kita – riak tegangan yang dapat dikomunikasikan secara kolektif dalam dua bentuk: baik DAN pesan (jika x Dan y dieksekusi, pesan diteruskan); atau sebuah ATAU pesan (jika x atau y dipicu, pesan diteruskan).
Bisa dibilang, hal ini lebih rumit daripada di bagian luar sistem saraf pusat manusia yang padat dan keriput; korteks serebral. Lapisan kedua dan ketiga yang lebih dalam sangat kuat, penuh dengan cabang-cabang yang menjalankan fungsi tingkat tinggi yang kita kaitkan dengan persepsi, pikiran, dan kendali motorik.
Para peneliti mengamati jaringan dari lapisan ini dengan cermat dan menempelkan sel ke perangkat yang disebut penjepit tempel somatodendritik untuk mengirimkan potensial aksi ke atas dan ke bawah setiap neuron dan merekam sinyalnya.
“Ada momen ‘heureka’ ketika kami melihat potensi aksi dendritik untuk pertama kalinya,” kata Larkum.
Untuk memastikan temuan apa pun tidak hanya terjadi pada penderita epilepsi, mereka memeriksa ulang hasilnya pada beberapa sampel yang diambil dari tumor otak.
Meskipun tim melakukan eksperimen serupa pada tikus, jenis sinyal yang mereka amati melalui sel manusia sangat berbeda.
Lebih penting lagi, ketika mereka memberi dosis pada sel dengan penghambat saluran natrium yang disebut tetrodotoxin, mereka masih menemukan sinyalnya. Hanya dengan memblokir kalsium barulah semuanya mereda.
Temuan potensi aksi yang dimediasi kalsium cukup menarik. Namun pemodelan cara kerja sinyal jenis baru yang sensitif ini di korteks mengungkapkan sebuah kejutan.
Kecuali logis DAN Dan ATAUtipe fungsi, neuron individu ini dapat berfungsi sebagai “eksklusif” ATAU (XOR) persimpangan yang mengizinkan sinyal hanya ketika sinyal lain dinilai dengan cara tertentu.
“Secara tradisional, XOR Pengoperasiannya diperkirakan memerlukan solusi jaringan,” tulis para peneliti.
Lebih banyak pekerjaan yang perlu dilakukan untuk melihat bagaimana dCaAP berperilaku di seluruh neuron dan dalam sistem kehidupan. Belum lagi apakah hal ini terjadi pada manusia, atau apakah mekanisme serupa telah berkembang di tempat lain di dunia hewan.
Teknologi juga memanfaatkan sistem saraf kita sebagai inspirasi untuk mengembangkan perangkat keras yang lebih baik; mengetahui bahwa sel-sel kita masing-masing memiliki beberapa trik lagi yang dapat mengarah pada cara-cara baru untuk membuat jaringan transistor.
Bagaimana tepatnya alat logika baru yang dimasukkan ke dalam sel saraf tunggal ini diterjemahkan ke dalam fungsi yang lebih tinggi adalah pertanyaan yang harus dijawab oleh para peneliti di masa depan.
Penelitian ini dipublikasikan di Sains.
Versi artikel ini pertama kali diterbitkan pada Januari 2020.
+ There are no comments
Add yours