Kredit: Domain Publik CC0
Nicholas G. Hatsopoulos, Ph.D., Profesor Biologi Organisme dan Anatomi di University of Chicago, telah lama tertarik dengan luar angkasa. Secara khusus, ruang fisik yang ditempati oleh otak.
“Di dalam kepala kita, otak semuanya kusut. Jika Anda meratakan korteks manusia menjadi satu lembar 2D, itu akan mencakup ruang seluas dua setengah kaki persegi — kira-kira seukuran empat lembar kertas. Anda akan mengira bahwa otak akan memanfaatkan semua ruang itu saat mengatur pola aktivitas, tetapi selain mengetahui bahwa satu bagian otak mengontrol lengan dan bagian lain mengontrol kaki, kita kebanyakan mengabaikan bagaimana otak mungkin menggunakan pengaturan spasial itu.”
Sekarang dalam sebuah studi baru yang diterbitkan pada 16 Januari di Proceedings of the National Academy of Sciences, Hatsopoulos dan timnya telah menemukan bukti bahwa otak memang menggunakan organisasi spasial gelombang frekuensi tinggi yang merambat dari aktivitas saraf selama gerakan.
Kehadiran gelombang aktivitas saraf yang menyebar telah diketahui dengan baik, tetapi secara tradisional dikaitkan dengan keadaan perilaku umum hewan (seperti terjaga atau tertidur). Studi ini adalah bukti pertama bahwa perekrutan aktivitas saraf yang diatur secara spasial di seluruh korteks motorik dapat menginformasikan detail gerakan yang direncanakan.
Tim berharap pekerjaan ini akan membantu menginformasikan bagaimana peneliti dan insinyur memecahkan kode informasi motorik untuk membangun antarmuka otak-mesin yang lebih baik.
Untuk melakukan penelitian, para peneliti merekam aktivitas dari susunan multielektroda yang ditanamkan di korteks motorik utama monyet kera saat monyet melakukan tugas yang mengharuskan mereka menggerakkan joystick. Kemudian, mereka mencari pola aktivitas seperti gelombang, khususnya yang memiliki amplitudo tinggi.
“Kami fokus pada sinyal pita frekuensi tinggi karena informasinya yang kaya, jangkauan spasial yang ideal, dan kemudahan memperoleh sinyal di setiap elektroda,” kata Wei Liang, penulis pertama studi dan mahasiswa pascasarjana di lab Hatsopoulos.
Mereka menemukan bahwa gelombang yang menyebar ini, terdiri dari aktivitas ratusan neuron, bergerak ke arah yang berbeda melintasi permukaan kortikal berdasarkan arah mana monyet mendorong joystick.
“Ini seperti rangkaian kartu domino yang jatuh,” kata Hatsopoulos. “Semua pola gelombang yang kita lihat di masa lalu tidak memberi tahu kita apa yang dilakukan hewan itu, itu akan terjadi begitu saja. Ini sangat menarik karena sekarang kita melihat pola gelombang yang merambat ini dan menunjukkan bahwa arahnya wave goes memberi tahu Anda sesuatu tentang apa yang akan dilakukan hewan itu.”
Hasilnya memberikan cara baru untuk melihat fungsi kortikal. “Ini menunjukkan bahwa ruang memang penting,” kata Hatsopoulos. “Alih-alih hanya melihat apa yang dilakukan dan diperhatikan oleh populasi neuron, kami melihat bahwa ada pola yang terorganisir secara spasial yang membawa informasi. Ini adalah cara berpikir yang sangat berbeda tentang berbagai hal.”
Penelitian itu menantang karena fakta bahwa mereka mempelajari pola aktivitas dari gerakan individu, daripada rata-rata rekaman selama percobaan berulang, yang bisa sangat berisik. Tim mampu mengembangkan metode komputasi untuk membersihkan data guna memberikan kejelasan tentang sinyal yang direkam tanpa kehilangan informasi penting.
“Jika Anda menghitung rata-rata dalam uji coba, Anda kehilangan informasi,” kata Hatsopoulos. “Jika kita ingin mengimplementasikan sistem ini sebagai bagian dari antarmuka otak-mesin, kita tidak dapat melakukan uji coba rata-rata—dekoder Anda harus melakukannya dengan cepat, saat gerakan terjadi, agar sistem dapat bekerja secara efektif.”
Mengetahui bahwa gelombang ini mengandung informasi tentang gerakan membuka pintu ke dimensi baru untuk memahami bagaimana otak menggerakkan tubuh, yang pada gilirannya dapat memberikan informasi tambahan untuk sistem komputasi yang akan menggerakkan antarmuka otak-mesin di masa depan.
“Dimensi spasial sebagian besar telah diabaikan sejauh ini, tapi ini adalah sudut pandang baru yang bisa kita gunakan untuk memahami fungsi kortikal,” kata Hatsopoulos. “Ketika kita mencoba memahami perhitungan yang dilakukan korteks, kita harus mempertimbangkan bagaimana neuron ditata secara spasial.”
Studi selanjutnya akan memeriksa apakah pola gelombang serupa terlihat pada gerakan yang lebih rumit, seperti gerakan berurutan sebagai lawan dari pencapaian titik-ke-titik yang sederhana, dan apakah stimulasi listrik seperti gelombang pada otak dapat membiaskan gerakan monyet atau tidak.
Studi tersebut berjudul “Menyebarkan pola aktivitas spatiotemporal melintasi korteks motorik kera membawa informasi kinematik.”
Informasi lebih lanjut: Wei Liang et al, Menyebarkan pola aktivitas spatiotemporal melintasi korteks motorik kera membawa informasi kinematik, Prosiding National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2212227120
Disediakan oleh University of Chicago Medical Center
Kutipan: Pola gelombang otak frekuensi tinggi di korteks motorik dapat memprediksi gerakan yang akan datang (2023, 19 Januari) diambil 20 Januari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-01-high-frequency-brain-patterns-motor .html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.