Membuka Kunci GPS Otak: Hanya Memikirkan Suatu Lokasi Mengaktifkan Peta Psychological

Penelitian dari MIT menunjukkan bahwa peta kognitif, yang biasanya digunakan untuk navigasi fisik dan disimpan di hipokampus dan korteks entorhinal, juga dibuat dan diaktifkan selama navigasi psychological tanpa masukan sensorik. Kredit: SciTechDaily.com

Universitas Massachusetts Ahli saraf telah menemukan bahwa otak menggunakan representasi kognitif yang sama baik saat menavigasi ruang secara fisik maupun psychological.

Penemuan ini menyoroti peran korteks entorhinal dalam memproses pengalaman fisik dan imajiner.

Saat Anda menempuh rute biasa ke tempat kerja atau toko kelontong, otak Anda mengaktifkan peta kognitif yang tersimpan di hipokampus dan korteks entorhinal. Peta ini menyimpan informasi tentang jalur yang telah Anda lalui dan lokasi yang pernah Anda kunjungi sebelumnya, sehingga Anda dapat menavigasi kapan pun Anda pergi ke sana.

Penelitian baru dari MIT menemukan bahwa peta psychological tersebut juga dibuat dan diaktifkan saat Anda hanya memikirkan rangkaian pengalaman, tanpa adanya gerakan fisik atau masukan sensorik. Dalam sebuah studi hewan, para peneliti menemukan bahwa korteks entorhinal menyimpan peta kognitif tentang apa yang dialami hewan saat mereka menggunakan joystick untuk menelusuri rangkaian gambar. Peta kognitif ini kemudian diaktifkan saat memikirkan rangkaian ini, bahkan saat gambar tidak terlihat.

Ini adalah studi pertama yang menunjukkan dasar seluler dari simulasi psychological dan imajinasi dalam area nonspasial melalui aktivasi peta kognitif di korteks entorhinal.

Representasi psychological yang dikenal sebagai peta kognitif diaktifkan saat otak melakukan simulasi psychological terhadap rute navigasi, menurut penelitian MIT yang baru. Kredit: Christine Daniloff, MIT; iStock

“Peta kognitif ini digunakan untuk melakukan navigasi psychological, tanpa masukan sensorik atau keluaran motorik. Kami dapat melihat tanda-tanda peta ini yang muncul saat hewan menjalani pengalaman ini secara psychological,” kata Mehrdad Jazayeri, seorang profesor madya ilmu otak dan kognitif, anggota McGovern Institute for Mind Analysis di MIT, dan penulis utama studi tersebut.

Ilmuwan Riset McGovern Institute Sujaya Neupane adalah penulis utama makalah ini, yang diterbitkan pada 12 Juni di AlamIla Fiete, seorang profesor ilmu otak dan kognitif di MIT, anggota McGovern Institute for Mind Analysis di MIT, dan direktur Ok. Lisa Yang Integrative Computational Neuroscience Heart, juga merupakan penulis makalah tersebut.

Menjelajahi Peta Kognitif dalam Navigasi Psychological

Banyak penelitian pada mannequin hewan dan manusia telah menunjukkan bahwa representasi lokasi fisik disimpan di hipokampus, struktur kecil berbentuk kuda laut, dan korteks entorhinal di dekatnya. Representasi ini diaktifkan setiap kali hewan bergerak melalui ruang yang pernah dimasukinya sebelumnya, tepat sebelum melintasi ruang tersebut, atau saat sedang tidur.

“Sebagian besar penelitian sebelumnya berfokus pada bagaimana space ini mencerminkan struktur dan element lingkungan saat hewan bergerak secara fisik di dalam ruang,” kata Jazayeri. “Saat hewan bergerak di dalam ruangan, pengalaman sensoriknya dikodekan dengan baik oleh aktivitas neuron di hipokampus dan korteks entorhinal.”

Dalam studi baru, Jazayeri dan rekan-rekannya ingin meneliti apakah peta kognitif ini juga dibangun dan kemudian digunakan selama pengujian psychological semata atau membayangkan pergerakan melalui area nonspasial.

Menyelidiki Peta Kognitif dalam Tugas Psychological

Untuk mengeksplorasi kemungkinan tersebut, para peneliti melatih hewan untuk menggunakan joystick guna menelusuri jalur melalui serangkaian gambar (“landmark”) yang diberi jarak pada interval waktu yang teratur. Selama pelatihan, hewan hanya diperlihatkan sebagian kecil pasangan gambar, tetapi tidak semua pasangan. Setelah hewan belajar menavigasi melalui pasangan gambar pelatihan, para peneliti menguji apakah hewan dapat menangani pasangan gambar baru yang belum pernah mereka lihat sebelumnya.

Salah satu kemungkinannya adalah hewan tidak mempelajari peta kognitif dari urutan tersebut, dan malah menyelesaikan tugas menggunakan strategi menghafal. Jika demikian, mereka diperkirakan akan kesulitan dengan pasangan baru tersebut. Sebaliknya, jika hewan mengandalkan peta kognitif, mereka seharusnya dapat menggeneralisasi pengetahuan mereka ke pasangan baru tersebut.

“Hasilnya jelas,” kata Jazayeri. “Hewan mampu menavigasi secara psychological di antara pasangan gambar baru sejak pertama kali diuji. Temuan ini memberikan bukti perilaku yang kuat untuk keberadaan peta kognitif. Namun, bagaimana otak membuat peta seperti itu?”

Pola Saraf dan Navigasi Psychological

Untuk menjawab pertanyaan ini, para peneliti merekam dari neuron tunggal di korteks entorhinal saat hewan melakukan tugas ini. Respons saraf memiliki ciri yang mencolok: Saat hewan menggunakan joystick untuk menavigasi antara dua titik acuan, neuron menampilkan tonjolan aktivitas yang khas yang terkait dengan representasi psychological dari titik acuan yang ada di antaranya.

“Otak mengalami lonjakan aktivitas ini pada waktu yang diharapkan saat gambar-gambar di antaranya akan melewati mata hewan, yang tidak pernah terjadi,” kata Jazayeri. “Dan waktu antara lonjakan ini, yang terpenting, adalah waktu yang diharapkan hewan untuk mencapai masing-masing lonjakan tersebut, yang dalam kasus ini adalah 0,65 detik.”

Para peneliti juga menunjukkan bahwa kecepatan simulasi psychological 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 psychological dalam korteks entorhinal tidak mengodekan fitur visible tertentu dari gambar, melainkan susunan ordinal dari titik acuan.

Mengembangkan Mannequin Pembelajaran Komputasional

Untuk lebih jauh mengeksplorasi cara kerja peta kognitif ini, para peneliti membangun mannequin komputasional untuk meniru aktivitas otak yang mereka temukan dan menunjukkan bagaimana hal itu dapat dihasilkan. Mereka menggunakan jenis mannequin yang dikenal sebagai mannequin atraktor berkelanjutan, yang awalnya dikembangkan untuk memodelkan bagaimana korteks entorhinal melacak posisi hewan saat bergerak, berdasarkan masukan sensorik.

Para peneliti menyesuaikan mannequin tersebut dengan menambahkan komponen yang mampu mempelajari pola aktivitas yang dihasilkan oleh masukan sensorik. Mannequin ini kemudian mampu belajar menggunakan pola tersebut untuk merekonstruksi pengalaman tersebut di kemudian hari, saat tidak ada masukan sensorik.

“Elemen kunci yang perlu kami tambahkan adalah bahwa sistem ini memiliki kapasitas untuk belajar secara dua arah dengan berkomunikasi dengan masukan sensorik. Melalui pembelajaran asosiatif yang dilalui mannequin, mannequin ini akan benar-benar menciptakan kembali pengalaman sensorik tersebut,” kata Jazayeri.

Para peneliti kini berencana untuk menyelidiki apa yang terjadi di otak jika titik-titik acuan tidak berjarak sama, atau jika titik-titik acuan tersebut tersusun dalam bentuk cincin. Mereka juga berharap dapat merekam aktivitas otak di hipokampus dan korteks entorhinal saat hewan pertama kali belajar melakukan tugas navigasi.

“Melihat memori struktur tersebut mengkristal dalam pikiran, dan bagaimana hal itu mengarah pada aktivitas saraf yang muncul, adalah cara yang sangat berharga untuk menanyakan bagaimana pembelajaran terjadi,” kata Jazayeri.

Referensi: “Navigasi psychological di korteks entorhinal primata” oleh Sujaya Neupane, Ila Fiete dan Mehrdad Jazayeri, 12 Juni 2024, Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41586-024-07557-z

Penelitian ini didanai oleh Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada, Dana Penelitian Québec, Institut Kesehatan Nasionaldan Penghargaan Ilmu Otak Paul dan Lilah Newton.