WASHINGTON - Ahli saraf telah menghasilkan diagram kabel dan peta fungsional otak mamalia terbesar hingga saat ini menggunakan jaringan dari bagian dari korteks serebral tikus yang terlibat dalam penglihatan, Ini adalah sebuah pencapaian yang dapat memberikan wawasan tentang cara kerja otak manusia.

Mereka menyusun arsitektur serebral dalam sampel jaringan seukuran sebutir pasir yang mengandung lebih dari 200.000 sel termasuk sekitar 84.000 sel saraf, yang disebut neuron, dan sekitar 524 juta koneksi antara neuron-neuron ini di persimpangan yang disebut sinapsis.

Secara keseluruhan, mereka mengumpulkan data yang mencakup sekitar 5,4 kilometer kabel saraf di bagian otak yang memproses informasi visual dari mata.

"Jutaan sinapsis dan ratusan ribu sel hadir dalam berbagai bentuk dan ukuran, serta mengandung kompleksitas yang sangat besar. Melihat kompleksitasnya, setidaknya kita merasa kagum akan kompleksitas pikiran kita sendiri," kata ahli saraf Forrest Collman dari Allen Institute for Brain Science, salah satu ilmuwan utama dalam penelitian yang dipublikasikan pada hari Rabu di jurnal Nature.

Korteks serebral adalah lapisan luar otak, tempat utama persepsi sadar, penilaian, serta perencanaan dan pelaksanaan gerakan.

"Ilmuwan telah mempelajari struktur dan anatomi otak - termasuk morfologi berbagai jenis sel dan bagaimana mereka terhubung - selama lebih dari satu abad. Pada saat yang sama, mereka telah mengkarakterisasi fungsi neuron - misalnya, informasi apa yang mereka proses," kata ahli saraf Andreas Tolias dari Baylor College of Medicine, salah satu pemimpin penelitian.

"Namun, memahami bagaimana fungsi neuron muncul di tingkat sirkuit merupakan tantangan, karena kita perlu mempelajari fungsi dan jaringan pada neuron yang sama. Studi kami merupakan upaya terbesar hingga saat ini untuk menyatukan struktur dan fungsi otak secara sistematis dalam satu tikus," tambah Tolias.

Meskipun ada perbedaan mencolok antara otak tikus dan manusia, banyak prinsip organisasi yang tetap dipertahankan di seluruh spesies.

Penelitian difokuskan pada bagian dari wilayah ini yang disebut korteks visual primer, yang terlibat dalam tahap pertama pemrosesan informasi visual oleh otak.

Penelitian dilakukan oleh MICrONS, kependekan dari Machine Intelligence from Cortical Networks, sebuah konsorsium ilmiah yang melibatkan lebih dari 150 ilmuwan dari berbagai lembaga.

Peneliti di Baylor College of Medicine membuat peta aktivitas saraf dalam satu milimeter kubik korteks visual primer dengan merekam respons sel otak saat tikus laboratorium berlari di atas treadmill sambil menonton berbagai gambar video, termasuk dari film "The Matrix". Tikus telah dimodifikasi secara genetik untuk membuat sel-sel ini memancarkan zat berpendar saat neuron aktif.

Neuron yang sama kemudian dicitrakan di Allen Institute. Citra tersebut disusun dalam tiga dimensi, dan para peneliti Universitas Princeton menggunakan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin untuk merekonstruksi neuron dan pola koneksinya.

Otak dihuni oleh jaringan sel termasuk neuron yang diaktifkan oleh rangsangan sensorik seperti penglihatan atau suara atau sentuhan dan dihubungkan oleh sinapsis. Fungsi kognitif melibatkan interaksi antara aktivasi neuron dan koneksi di antara sel-sel otak.

Para peneliti melihat manfaat praktis dari jenis penelitian ini.
"Pertama, memahami aturan pemasangan kabel otak dapat menjelaskan berbagai gangguan neurologis dan psikiatris, termasuk autisme dan skizofrenia, yang mungkin timbul dari kelainan pemasangan kabel yang halus. Kedua, mengetahui secara tepat bagaimana pemasangan kabel saraf membentuk fungsi otak memungkinkan kita untuk mengungkap mekanisme dasar kognisi," kata Tolias.

Salah satu temuan utama yang disorot dalam penelitian tersebut melibatkan peta tentang bagaimana koneksi yang melibatkan kelas neuron yang luas di otak yang disebut sel penghambat diatur.

Ketika neuron ini menjadi aktif, mereka membuat sel-sel yang terhubung dengannya menjadi kurang aktif. Hal ini sangat kontras. ke sel-sel eksitatori, yang membuat sel-sel yang terhubung dengannya lebih mungkin menjadi aktif. Sel-sel penghambat mewakili sekitar 15% neuron kortikal.

"Kami menemukan lebih banyak pola penghambatan yang sangat spesifik daripada yang diharapkan banyak orang, termasuk kami," kata Collman.

"Sel-sel penghambat tidak hanya terhubung secara acak ke semua sel eksitatori di sekitarnya, tetapi malah memilih jenis neuron yang sangat spesifik untuk dihubungkan. Lebih jauh, diketahui bahwa ada empat jenis utama neuron penghambat di korteks, tetapi pola spesifisitas memecah kategori-kategori ini menjadi kelompok-kelompok yang jauh lebih halus," kata Collman.