Para peneliti dari Bonn dan Tübingen merevisi teori pemrosesan stimulus yang mapan dalam sel saraf selama pemrosesan memori
Bagaimana otak mempertahankan urutan peristiwa dalam memori? Para peneliti dari University Hospital Bonn (UKB), University of Bonn, Rumah Sakit Universitas Tübingen dan University of Tübingen menyelidiki pertanyaan ini. Menggunakan teknik pengukuran yang unik dengan elektroda implan di otak manusia, mereka dapat menguji teori proses memori yang diterima secara luas untuk pertama kalinya. Pola respons sel saraf tidak sejalan dengan teori, tetapi dapat dijelaskan oleh model baru. Hasilnya sekarang telah diterbitkan dalam jurnal “Nature Neuroscience”.
Jika Anda ditampilkan empat gambar secara berurutan dan harus mengingat urutan gambar-gambar ini untuk mengenalinya setelah itu bagaimana otak kemudian mempertahankan urutan dalam memori? Jawaban yang masuk akal adalah bahwa neuron di otak menembak satu demi satu, seperti halnya gambar terlihat. Ini juga merupakan teori yang berlaku dalam ilmu saraf.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. Florian Mormann dari Departemen Epileptologi di UKB, yang juga anggota Area Penelitian Transdisiplin (TRA) “Life & Health” di University of Bonn, telah menyelidiki teori ini dengan menggunakan fitur khusus perawatan epilepsi di UKB. Orang dengan epilepsi yang resistan terhadap obat ditanamkan dengan elektroda di otak sebagai bagian dari perawatan mereka. Tujuannya adalah untuk secara tepat menentukan asal usul kejang epilepsi untuk mencapai hasil bedah yang lebih baik. Elektroda ini juga dapat memungkinkan merekam aktivitas sel individu di otak manusia. “Kami beruntung dapat menggunakan set data yang sangat langka dari rekaman sel tunggal. Pengukuran yang tepat seperti itu tidak terjadi dalam percobaan lain. Itulah sebabnya tidak mungkin untuk menguji teori sebelumnya,” kata Prof. Mormann, penulis terakhir penelitian dan kepala laboratorium neurofisiologi kognitif dan klinis.
Dalam penelitian ini, peserta dengan epilepsi memecahkan tugas memori sementara aktivitas neuron mereka diukur. Selama perekaman, mereka diminta untuk mengingat dan kemudian mengenali urutan gambar yang ditunjukkan kepada mereka di layar.
Hasil lebih lanjut dianalisis menggunakan metode AI
Berlawanan dengan asumsi sebelumnya, urutan yang tepat dari respons neuronal tidak cocok dengan urutan peristiwa. “Awalnya, kami terkejut dengan temuan, karena data kami bertentangan dengan teori yang sudah lama berdiri dan mapan tentang bagaimana otak mengingat serangkaian peristiwa,” lapor Dr. Stefanie Liebe, penulis pertama studi dan mantan asisten peneliti untuk Prof. Mormann. Dia sekarang bekerja sebagai ilmuwan dan penduduk medis di Departemen Neurologi dengan fokus pada epileptologi di Rumah Sakit Universitas Tübingen.
Untuk menyelidiki lebih lanjut pertanyaan -pertanyaan ini, mereka berkolaborasi dengan Matthijs Pals dan Jakob Macke dari The Cluster of Excellence “Pembelajaran Mesin: Perspektif Baru untuk Sains” di University of Tübingen. Menggunakan metode kecerdasan buatan (AI), mereka melatih jaringan saraf untuk melakukan tugas memori yang sama dengan peserta manusia. “Menariknya, agar berhasil menguasai tugas, model komputer menunjukkan pola aktivitas yang sama dengan aktivitas otak yang kami rekam,” jelas Dr. Liebe.
Melalui simulasi model, para peneliti juga menemukan mekanisme alternatif untuk mengingat urutan, yang muncul dari interaksi temporal-dinamis dari presentasi gambar, osilasi otak dan sinyal dari sel individu. “Model komputasi, memungkinkan kami untuk menghasilkan dan menguji hipotesis tambahan. Kami sekarang memiliki pemahaman baru bagaimana ingatan diatur di otak,” kata Prof. Macke. “Studi kami juga menunjukkan potensi besar menggabungkan rekaman neuron dan AI untuk menyelidiki fungsi otak yang kompleks pada manusia.”
