Implan Saraf Memantau Beberapa Area Otak Sekaligus
Bagaimana bagian-bagian otak yang berbeda berkomunikasi satu sama lain selama pembelajaran dan pembentukan memori? Sebuah studi baru oleh para peneliti di University of California San Diego mengambil langkah pertama untuk menjawab pertanyaan ilmu saraf mendasar ini.
Studi ini dimungkinkan dengan mengembangkan implan saraf yang memantau aktivitas berbagai bagian otak secara bersamaan, dari permukaan hingga struktur dalam – yang pertama di lapangan. Dengan menggunakan teknologi baru ini, para peneliti menunjukkan bahwa beragam pola komunikasi dua arah terjadi antara dua wilayah otak yang diketahui berperan dalam pembelajaran dan pembentukan memori – hippocampus dan korteks serebral. Para peneliti juga menunjukkan bahwa pola komunikasi yang berbeda ini terkait dengan peristiwa yang disebut riak gelombang tajam, yang terjadi di hipokampus selama tidur dan istirahat.
“Implan saraf kami serbaguna; itu dapat diterapkan ke area otak mana pun dan memungkinkan studi wilayah otak kortikal dan subkortikal lainnya, bukan hanya hipokampus dan korteks serebral,” kata Profesor Duygu Kuzum.
Implan saraf terdiri dari strip polimer tipis, transparan, fleksibel yang dibuat dengan susunan elektroda emas berukuran mikrometer, di mana nanopartikel platinum telah disimpan. Setiap elektroda dihubungkan dengan kabel setipis mikrometer ke papan sirkuit yang dicetak khusus. Alat ini dapat merekam sinyal listrik dari neuron tunggal jauh di dalam otak, seperti di hipokampus, sambil mencitrakan area yang luas seperti korteks serebral.
Beberapa fitur desain memungkinkan pemantauan multi-wilayah. Salah satunya adalah bahwa probe ini fleksibel. Ketika dimasukkan jauh ke dalam otak untuk memantau daerah seperti hippocampus, bagian yang menonjol dari otak dapat ditekuk untuk memberi ruang bagi mikroskop untuk diturunkan dekat dengan permukaan untuk melakukan pencitraan korteks serebral di otak. waktu yang sama. Probe saraf konvensional kaku, sehingga menghalangi mikroskop; akibatnya, mereka tidak dapat digunakan untuk memantau struktur otak dalam saat mencitrakan permukaan otak. Dan meskipun probe saraf ini lembut dan fleksibel, probe saraf ini dirancang untuk menahan tekuk di bawah tekanan selama penyisipan. Fitur penting lainnya adalah probe transparan, sehingga memberikan mikroskop bidang pandang yang jelas. Itu juga tidak menghasilkan bayangan atau noise tambahan selama pencitraan.
Motivasi untuk penelitian ini adalah sampai ke akar bagaimana proses kognitif yang berbeda, seperti pembelajaran dan pembentukan memori, terjadi di otak. Proses tersebut melibatkan komunikasi antara hipokampus dan korteks serebral. Tapi bagaimana tepatnya komunikasi ini terjadi? Dan wilayah otak mana yang memulai komunikasi ini:hipokampus atau korteks serebral? Jenis pertanyaan ini dibiarkan tidak terjawab karena sangat sulit untuk mempelajari kedua wilayah otak ini secara bersamaan, kata Kuzum.
Para peneliti menggunakan probe mereka untuk memantau aktivitas hippocampus dan korteks serebral pada tikus transgenik. Secara khusus, mereka memantau aktivitas sebelum, selama dan setelah osilasi yang disebut riak gelombang tajam terjadi di hippocampus. Eksperimen mereka mengungkapkan bahwa komunikasi antara hipokampus dan korteks serebral adalah dua sisi:kadang-kadang korteks memulai komunikasi, di lain waktu hipokampus. Ini adalah petunjuk pertama yang penting untuk memahami komunikasi antar wilayah di otak, kata para peneliti.
“Komunikasi dua sisi yang kami laporkan di sini berbeda dari gagasan konvensional bahwa korteks secara pasif menerima informasi dari hipokampus. Sebaliknya, korteks secara aktif terlibat dalam pengkodean informasi ke dalam otak dan mungkin memainkan peran instruktif selama konsolidasi dan pengambilan memori,” kata Dr. Chi Ren, salah satu peneliti.
