Korteks Prefrontal Atur Fungsi Otak Lain: Peran dalam Visi & Perilaku

Misteri Otak: Bagaimana Korteks Prefrontal Membentuk Persepsi dan Tindakan Kita

Visi, atau kemampuan kita untuk melihat, secara fundamental membentuk bagaimana kita berperilaku dan berinteraksi dengan dunia. Namun, sebuah studi inovatif oleh para ilmuwan saraf dari MIT (Massachusetts Institute of Technology) kini mengungkapkan perspektif baru: perilaku dan kondisi internal kita, seperti tingkat gairah atau apakah kita sedang bergerak, ternyata juga ikut membentuk visi kita. Penelitian yang diterbitkan pada 25 November di jurnal prestasius Neuron ini, menemukan bahwa korteks prefrontal (PFC)—pusat kendali eksekutif otak—memainkan peran kunci dalam proses ini. Melalui sirkuit-sirkuit saraf yang sangat spesifik, PFC mengirimkan pesan yang disesuaikan ke wilayah otak yang mengatur visi dan gerakan, memastikan bahwa kerja mereka disesuaikan dengan konteks internal individu.

“Itu adalah kesimpulan utama dari makalah ini: ada proyeksi yang ditargetkan untuk dampak yang ditargetkan,” jelas Mriganka Sur, penulis senior studi tersebut dan Paul and Lilah Newton Professor di Picower Institute for Learning and Memory serta Departemen Ilmu Otak dan Kognitif MIT. Ini berarti bahwa PFC tidak hanya mengirimkan sinyal umum ke seluruh otak, melainkan secara cerdas memilih dan mengirimkan informasi yang relevan ke area tertentu untuk tujuan yang sangat spesifik. Pemahaman ini memperdalam apresiasi kita tentang kompleksitas dan efisiensi sistem saraf.

Mengurai Keterkaitan: Korteks Prefrontal dan Area Otak Lain

Sejak lama, para ilmuwan saraf, termasuk Earl K. Miller dari MIT, telah mengemukakan bahwa PFC memiliki kemampuan untuk memengaruhi atau "membias" kerja wilayah otak yang terletak lebih jauh ke belakang di korteks. Pemetaan sirkuit anatomi telah mendukung gagasan ini. Namun, dalam studi terbaru ini, Sofie Ährlund-Richter, seorang postdoc di Sur Lab dan penulis utama, bertekad untuk menggali lebih dalam. Dia ingin menentukan apakah PFC menyiarkan sinyal generik yang sama ke mana-mana, atau justru menyesuaikan informasi yang disampaikannya untuk berbagai wilayah hilir. Selain itu, Ährlund-Richter juga ingin meninjau kembali jenis neuron mana yang diajak bicara oleh PFC, dan dampak apa yang dimiliki informasi tersebut terhadap fungsi wilayah-wilayah otak tersebut.

Korteks Orbitofrontal (ORB) vs. Area Cingulate Anterior (ACA): Peran yang Berbeda

Tim Ährlund-Richter dan Sur berhasil mengungkap beberapa penemuan baru yang signifikan. Salah satunya adalah bagaimana dua area prefrontal yang mereka fokuskan, yaitu korteks orbitofrontal (ORB) dan area cingulate anterior (ACA), secara selektif menyampaikan informasi tentang gairah dan gerakan ke dua wilayah hilir yang mereka pelajari: korteks visual primer (VISp) dan korteks motorik primer (MOp). Menariknya, mereka melakukannya untuk mencapai tujuan yang berbeda dan spesifik.

Sebagai contoh, semakin tinggi tingkat gairah seekor tikus, semakin banyak ACA mendorong VISp untuk mempertajam fokus informasi visual yang direpresentasikannya. Ini seolah-olah ACA membantu VISp untuk lebih peka terhadap detail penting di lingkungan. Namun, ORB hanya akan ikut campur jika tingkat gairah tikus sangat tinggi, dan pada saat itu, masukannya justru tampak mengurangi ketajaman pengodean visual. Ährlund-Richter berspekulasi bahwa seiring meningkatnya gairah, ACA mungkin membantu korteks visual fokus pada penyelesaian apa yang mungkin penting dalam apa yang dilihatnya, sementara ORB mungkin menekan fokus pada pengganggu yang tidak penting. Hal ini menunjukkan adanya mekanisme "penyeimbangan" yang cerdas di dalam otak.

“Kedua sub-wilayah PFC ini saling menyeimbangkan,” kata Ährlund-Richter. “Sementara salah satu akan meningkatkan stimulus yang mungkin lebih tidak pasti atau lebih sulit dideteksi, yang lain meredam stimulus kuat yang mungkin tidak relevan.” Ini adalah contoh luar biasa dari bagaimana sistem saraf bekerja secara harmonis untuk mengoptimalkan pemrosesan informasi berdasarkan kebutuhan dan kondisi internal organisme.

Mengeksplorasi Sirkuit dan Informasi

Dalam penelitiannya, Ährlund-Richter melakukan penelusuran anatomi yang sangat detail dari sirkuit yang dibentuk oleh ACA dan ORB dengan VISp dan MOp untuk memetakan koneksi mereka. Ini adalah langkah krusial untuk memahami jalur komunikasi di otak. Dalam percobaan lain, tikus dibiarkan berlari di atas roda sambil juga mengamati gambar terstruktur atau film naturalistik dengan tingkat kontras yang bervariasi. Terkadang, tikus-tikus tersebut diberi hembusan udara kecil yang meningkatkan tingkat gairah mereka. Selama proses ini, para ilmuwan saraf melacak aktivitas neuron di ACA, ORB, VISp, dan MOp. Secara khusus, mereka "menguping" informasi yang mengalir melalui proyeksi saraf (atau "akson") yang memanjang dari wilayah prefrontal ke wilayah posterior.

Penemuan Spesifik dari Transmisi Informasi Neural

Penelusuran anatomi menunjukkan bahwa, melengkapi beberapa penelitian sebelumnya, ACA dan ORB masing-masing terhubung ke berbagai jenis sel di wilayah target, bukan hanya satu jenis sel. Namun, mereka melakukannya dengan geografi yang berbeda. Di VISp, misalnya, ACA terhubung ke lapisan 6, sedangkan ORB terhubung ke lapisan 5. Perbedaan lokasi koneksi ini mengindikasikan spesialisasi fungsi yang lebih lanjut.

Dalam analisis mereka terhadap informasi yang ditransmisikan dan aktivitas saraf, para ilmuwan dapat melihat beberapa tren penting. Neuron ACA menyampaikan lebih banyak informasi visual daripada neuron ORB dan lebih sensitif terhadap perubahan kontras. Neuron ACA juga beradaptasi dengan status gairah, sementara neuron ORB tampaknya hanya peduli jika gairah melewati ambang batas yang tinggi. Sementara itu, ketika "berbicara" dengan MOp, ACA dan ORB masing-masing menyampaikan informasi tentang kecepatan berlari, tetapi dengan VISp, wilayah-wilayah tersebut hanya menyampaikan apakah tikus sedang bergerak atau tidak. Akhirnya, ACA dan ORB juga menyampaikan status gairah dan sedikit informasi visual ke MOp. Semua temuan ini menggarisbawahi kompleksitas dan kekhususan komunikasi antarwilayah otak.

Implikasi Terhadap Fungsi Visual

Untuk memahami efek aliran informasi ini terhadap fungsi visual, para ilmuwan terkadang memblokir sirkuit yang dibentuk oleh ACA dan ORB dengan VISp untuk melihat bagaimana hal itu mengubah apa yang dilakukan neuron VISp. Dengan cara inilah mereka menemukan bahwa ACA dan ORB memengaruhi pengodean visual dengan cara yang spesifik dan berlawanan, berdasarkan tingkat gairah dan gerakan tikus.

“Data kami mendukung model umpan balik PFC yang terspesialisasi baik pada tingkat sub-wilayah PFC maupun targetnya, memungkinkan setiap wilayah untuk secara selektif membentuk aktivitas kortikal spesifik target daripada memodulasinya secara global,” tulis para penulis dalam Neuron. Ini adalah penemuan krusial yang menantang pandangan lama tentang PFC sebagai "direktur" umum otak, dan sebaliknya menunjukkan perannya sebagai "koordinator" yang sangat terampil dan adaptif.

Masa Depan Pemahaman Otak

Studi ini membuka jalan baru untuk memahami bagaimana otak kita mengelola informasi sensorik dan memandu perilaku dalam menghadapi berbagai kondisi internal. Di Indonesia, seperti di belahan dunia lainnya, pemahaman mendalam tentang mekanisme dasar otak ini sangat penting untuk kemajuan dalam bidang neurologi, psikologi, dan bahkan pengembangan teknologi kecerdasan buatan. Dengan mengetahui bagaimana korteks prefrontal secara khusus memodulasi area visual dan motorik, kita dapat lebih memahami dasar biologis dari perhatian, pengambilan keputusan, dan adaptasi perilaku. Penemuan ini bukan hanya menambah kekayaan ilmu pengetahuan, tetapi juga memberikan landasan untuk penelitian di masa depan yang mungkin akan mengungkap cara kerja otak yang lebih rumit, pada akhirnya membantu kita mengembangkan strategi untuk mengatasi gangguan kognitif atau meningkatkan fungsi otak secara keseluruhan.

Melalui penelitian seperti ini, kita semakin menyadari bahwa otak bukanlah serangkaian modul yang bekerja secara independen, melainkan sebuah orkestra kompleks di mana setiap instrumen (wilayah otak) memainkan perannya dengan presisi yang diatur oleh konduktor ulung (korteks prefrontal). Pemahaman tentang sinyal yang ditargetkan dan dampak yang disesuaikan ini adalah langkah maju yang signifikan dalam upaya kita memahami mesin paling kompleks di alam semesta, yaitu otak manusia.