Saat kita membuka mata kita, kita mempersepsi dunia dengan mudah dan jelas. Namun pertanyaan bagaimana sel syaraf di retina menyandikan apa yang kita ‘lihat’ cukup sulit dan kabur. Hambatan utama memahami bagaimana otak kita berfungsi adalah komponennya – sel syaraf – merespon dengan cara sangat non linier pada stimuli kompleks, membuat hubungan stimulus-respon sangat sulit dipelajari. Sekarang sebuah tim fisikawan dari Lembaga Studi Biologi Salk telah mengembangkan sebuah kerangka matematik umum yang membuat kita menggunakan pengukuran terbatas kita secara optimal, mendekatkan mereka pada pemecahan sandi “bahasa otak.” Pendekatan ini, dijelaskan dalam jurnal ilmiah Public Library of Science, Computational Biology, mengungkapkan pertama kalinya kalau hanya informasi mengenai pasangan pola stimulus temporal yang direlay ke otak.
“Kami terkejut menemukan kalau kombinasi stimulus ordo tinggi tidak disandikan, karena mereka sangat banyak dalam lingkungan alam kita,” kata pemimpin studi Tatyana Sharpee, Ph.D., asisten profesor di Laboratorium Neurobiologi Komputasi dan Ketua Pengembangan Neurobiologi Helen McLorraine. “Manusia cukup sensitif pada perubahan dalam kombinasi pola spasial ordo tinggi. Kami menemukan kasus yang sama tidak terjadi pada pola temporal. Hal ini menunjukkan perbedaan dasar antara aspek spasial dan temporal penyandian visual.”
Wajah manusia adalah contoh sempurna kombinasi pola spasial ordo tinggi. Semua komponennya – mata, hidung, mulut – memiliki hubungan spasial yang sangat khas satu sama lain, dan bahkan Picasso tidak dapat, dalam periode Kubisnya, membuang aturan ini sepenuhnya.
Distribusi lonjakan sel syaraf yang merespon pada dua tampilan dapat memliki bentuk yang sulit dipahami. (Credit: Courtesy of Dr. Tatyana Sharpee, Salk Institute for Biological Studies)
Mata kita mengambil dari lingkungan visual dan mengirim informasi mengenai komponen individual, seperti warna, posisi, bentuk, gerak dan kecemerlangan ke otak. Sel syaraf individual di retina terangsang oleh tampilan tertentu dan merespon dengan sinyal listrik, atau lonjakan, yang diteruskan ke pusat visual di otak, dimana informasi yang dikirim oleh sel syaraf dengan berbagai pilihan dirakit dan diproses.
Untuk peristiwa inderawi sederhana – seperti menyalakan lampu, misalnya – kecemerlangan berkorelasi baik dengan probabilitas lonjakan dalam sel sensitif kecemerlangan di retina. “Namun, dalam dekade terakhir, menjadi jelas kalau sel syaraf sebenarnya menyandikan informasi mengenai beberapa tampilan di saat bersamaan,” kata mahasiswa pasca sarjana dan penulis pertama Jeffrey D. Fitzgerald.
“Hingga titik ini, sebagian besar penelitian berfokus dalam menentukan tampilan yang direspon sel ini,” kata beliau. “Pertanyaan jenis informasi apa mengenai tampilan ini yang disandikan sel telah diabaikan. Pengukuran langsung hubungan stimulus-respon sering menghasilkan bentuk aneh, dan orang tidak memiliki kerangka matematika untuk menganalisanya.”
Untuk mengatasi keterbatasan ini, Fitzgerald dan koleganya mengembangkan model hubungan nonlinier sistem pemprosesan informasi dengan memaksimalkan sebuah kuantitas yang disebut entropi derau. Entropi derau menunjukkan ketidakpastian mengenai probabilitas respon sel syaraf untuk memuncak terhadap sebuah stimulus.
Ketika Fitzgerald menerapkan pendekatan ini untuk merekam sel syaraf visual yang dilacak dengan film berkedip, yang dibuat oleh peneliti Lawrence Sincich dan Jonathan Horton dari Universitas California di San Fransisco, ia menemukan kalau rata-rata, korelasi ordo pertama menyumbangkan 78 persen informasi tersandi, sementara korelasi ordo kedua menyumbang 92 persen. Karenanya, otak menerima sangat sedikit informasi mengenai korelasi yang lebih tinggi daripada ordo kedua.
“Sistem biologis pada semua tingkatan, dari molekul hingga ekosistem, semua dapat dipandang sebagai prosesor informasi yang melacak peristiwa-peristiwa penting dalam lingkungan dan mengubahnya menjadi informasi yang dapat ditindak,” kata Sharpee. “Kami berharap kalau cara memfokuskan data dengan mengidentifikasi hubungan stimulus-respon yang informatif dan kritis secara maksimal ini akan berguna pada bidang lain biologi sistem.”
Penelitian ini didanai sebagian oleh National Institutes of Health, Searle Scholar Program, Alfred P. Sloan Fellowship, W.M. Keck Research Excellence Award dan Ray Thomas Edwards Career Development Award in Biomedical Sciences.
Sumber berita
Referensi jurnal:
Jeffrey D. Fitzgerald, Lawrence C. Sincich, Tatyana O. Sharpee. Minimal Models of Multidimensional Computations. PLoS Computational Biology, 2011; 7 (3): e1001111 DOI: 10.1371/journal.pcbi.1001111
http://www.faktailmiah.com/2011/04/06/bagaimana-sel-syaraf-di-retina-menyandikan-apa-yang-kita-%E2%80%98lihat%E2%80%99.html
SUBSCRIBE TO OUR NEWSLETTER
0 Response to "Bagaimana Sel Syaraf di Retina Menyandikan apa yang kita ‘Lihat’?"
Posting Komentar