Saat Anda menempuh rute yang biasa Anda tempuh ke tempat kerja atau ke toko bahan makanan, otak Anda menggunakan peta kognitif yang tersimpan di dalam hipokampus dan korteks entorhinal. Peta-peta ini menyimpan informasi tentang jalur yang Anda lalui dan lokasi yang pernah Anda kunjungi sebelumnya, sehingga Anda dapat menavigasi kapan pun Anda pergi ke sana.
Penelitian baru dari MIT telah menemukan bahwa peta mental tersebut juga dibuat dan diaktifkan ketika Anda hanya memikirkan urutan pengalaman, tanpa adanya gerakan fisik atau input sensorik. Dalam sebuah penelitian pada hewan, para peneliti menemukan bahwa korteks entorhinal menyimpan peta kognitif tentang apa yang dialami hewan ketika mereka menggunakan joystick untuk menelusuri urutan gambar. Peta kognitif ini kemudian diaktifkan ketika memikirkan urutan gambar tersebut, bahkan ketika gambar tidak terlihat.
Menurut laporan news.mit.edu, penelitian Ini merupakan penelitian pertama yang menunjukkan dasar seluler dari simulasi mental dan imajinasi dalam domain nonspasial melalui aktivasi peta kognitif di korteks entorhinal.
"Peta kognitif ini direkrut untuk melakukan navigasi mental, tanpa input sensorik atau output motorik. Kami dapat melihat tanda tangan dari peta ini muncul dengan sendirinya saat hewan tersebut melalui pengalaman ini secara mental," kata Mehrdad Jazayeri, seorang profesor ilmu otak dan kognitif, anggota McGovern Institute for Brain Research MIT, dan penulis senior penelitian ini.
Ilmuwan Riset McGovern Institute, Sujaya Neupane, adalah penulis utama makalah tersebut, yang terbit pada jurnal Nature. Ila Fiete, seorang profesor ilmu otak dan kognitif di MIT, anggota McGovern Institute for Brain Research di MIT, dan direktur K. Lisa Yang Integrative Computational Neuroscience Center, juga merupakan salah satu penulis dalam penelitian ini.
Peta mental
Banyak penelitian pada model hewan dan manusia menunjukkan bahwa representasi lokasi fisik disimpan di hippocampus, struktur kecil berbentuk kuda laut, dan korteks entorhinal di dekatnya. Representasi ini diaktifkan setiap kali seekor hewan bergerak melalui ruang yang pernah ditempatinya sebelumnya, tepat sebelum ia melintasi ruang tersebut, atau saat ia tertidur.
"Sebagian besar penelitian sebelumnya berfokus pada bagaimana area-area ini merefleksikan struktur dan detail lingkungan ketika seekor hewan bergerak secara fisik di dalam ruang," ujar Jazayeri. "Ketika seekor hewan bergerak di dalam ruangan, pengalaman sensoriknya dikodekan dengan baik oleh aktivitas neuron di hippocampus dan korteks entorhinal."
Dalam studi baru ini, Jazayeri dan rekan-rekannya ingin mengeksplorasi apakah peta kognitif ini juga dibangun dan kemudian digunakan selama proses mental murni atau membayangkan gerakan melalui domain nonspasial. Untuk mengeksplorasi kemungkinan itu, para peneliti melatih hewan untuk menggunakan joystick untuk menelusuri jalur melalui urutan gambar ("landmark") yang diberi jarak secara berkala.
Selama pelatihan, hewan-hewan tersebut hanya diperlihatkan sebagian dari pasangan gambar, tetapi tidak semua pasangan. Setelah hewan-hewan tersebut belajar menavigasi melalui pasangan-pasangan latihan, para peneliti menguji apakah hewan-hewan tersebut dapat menangani pasangan-pasangan baru yang belum pernah mereka lihat sebelumnya.
Salah satu kemungkinannya adalah hewan tidak mempelajari peta kognitif dari urutan tersebut, dan malah menyelesaikan tugas dengan menggunakan strategi menghafal. Jika demikian, mereka diperkirakan akan kesulitan dengan pasangan yang baru. Sebaliknya, jika hewan-hewan tersebut mengandalkan peta kognitif, mereka seharusnya dapat menggeneralisasi pengetahuan mereka pada pasangan-pasangan baru.
"Hasilnya sangat jelas," kata Jazayeri. "Hewan-hewan mampu menavigasi secara mental di antara pasangan gambar yang baru sejak pertama kali mereka diuji. Temuan ini memberikan bukti perilaku yang kuat untuk keberadaan peta kognitif. Namun, bagaimana cara otak membentuk peta semacam itu?"
Untuk menjawab pertanyaan ini, para peneliti merekam dari neuron tunggal di korteks entorhinal saat hewan melakukan tugas ini. Respons saraf memiliki fitur yang mencolok: Ketika hewan menggunakan joystick untuk menavigasi antara dua tengara, neuron menampilkan lonjakan aktivitas yang berbeda yang terkait dengan representasi mental dari tengara yang diintervensi.
"Otak melewati lonjakan aktivitas ini pada waktu yang diharapkan ketika gambar-gambar yang mengintervensi akan melewati mata hewan, yang tidak pernah terjadi," kata Jazayeri. "Dan waktu di antara lompatan-lompatan ini, secara kritis, adalah waktu yang diharapkan oleh hewan tersebut untuk mencapai masing-masing lompatan, yang dalam kasus ini adalah 0,65 detik."
Para peneliti juga menunjukkan bahwa kecepatan simulasi mental terkait dengan kinerja hewan dalam mengerjakan tugas: Ketika mereka sedikit terlambat atau lebih awal dalam menyelesaikan tugas, aktivitas otak mereka menunjukkan perubahan waktu yang sesuai. Para peneliti juga menemukan bukti bahwa representasi mental di korteks entorhinal tidak mengkodekan fitur visual tertentu dari gambar, melainkan pengaturan ordinal dari tengara.
Sebuah model pembelajaran
Untuk mengeksplorasi lebih lanjut bagaimana peta kognitif ini dapat bekerja, para peneliti membangun sebuah model komputasi untuk meniru aktivitas otak yang mereka temukan dan mendemonstrasikan bagaimana peta tersebut dapat dihasilkan. Mereka menggunakan jenis model yang dikenal sebagai model penarik kontinu, yang pada awalnya dikembangkan untuk memodelkan bagaimana korteks entorhinal melacak posisi hewan saat bergerak, berdasarkan input sensorik.
Para peneliti menyesuaikan model tersebut dengan menambahkan komponen yang dapat mempelajari pola aktivitas yang dihasilkan oleh input sensorik. Model ini kemudian dapat belajar menggunakan pola-pola tersebut untuk merekonstruksi pengalaman-pengalaman tersebut di kemudian hari, ketika tidak ada input sensorik.
"Elemen kunci yang perlu kami tambahkan adalah bahwa sistem ini memiliki kapasitas untuk belajar dua arah dengan berkomunikasi dengan input sensorik. Melalui pembelajaran asosiasional yang dilalui model ini, ia akan menciptakan kembali pengalaman-pengalaman sensorik tersebut," kata Jazayeri.
Para peneliti sekarang berencana untuk menyelidiki apa yang terjadi di otak jika tengara tidak ditempatkan secara merata, atau jika disusun dalam sebuah cincin. Mereka juga berharap dapat merekam aktivitas otak di hippocampus dan korteks entorhinal saat hewan-hewan itu pertama kali belajar melakukan tugas navigasi. ***
"Melihat memori dari struktur yang terkristalisasi dalam pikiran, dan bagaimana hal itu mengarah pada aktivitas saraf yang muncul, adalah cara yang sangat berharga untuk menanyakan bagaimana pembelajaran terjadi," kata Jazayeri. ***
Ikuti tulisan menarik Slamet Samsoerizal lainnya di sini.
