Implantasi Saraf Baru Melacak Aktivitas di Berbagai Wilayah Otak Secara Bersamaan
Bagaimana bagian-bagian otak berkomunikasi satu sama lain selama pembelajaran dan pembentukan memori? Studi baru oleh peneliti di University of California San Diego merupakan langkah pertama untuk menjawab pertanyaan neuroscience fundamental ini.
Studi ini dibuat mungkin dengan mengembangkan implantasi saraf yang memantau aktivitas bagian otak yang berbeda secara bersamaan, dari permukaan hingga struktur dalam — yang pertama dalam bidangnya. Menggunakan teknologi baru ini, peneliti menunjukkan bahwa pola komunikasi dua arah yang beragam terjadi antara dua wilayah otak yang diketahui berperan dalam pembelajaran dan pembentukan memori — hipokampus dan korteks cerebral. Peneliti juga menunjukkan bahwa pola komunikasi yang berbeda ini terkait dengan peristiwa yang disebut sharp-wave ripples, yang terjadi di hipokampus selama tidur dan istirahat.
“Implantasi saraf kami serbaguna; dapat diterapkan pada area otak mana pun dan dapat memungkinkan studi wilayah kortikal dan subkortical otak lainnya, bukan hanya hipokampus dan korteks cerebral,” kata Professor Duygu Kuzum.
Implantasi saraf terdiri dari sepotong strip polimer tipis, transparan, dan fleksibel yang difabrikasi dengan array elektroda emas skala mikrometer, di mana nanopartikel platinum telah ditendangkan. Setiap elektroda terhubung oleh kawat tipis mikrometer ke papan sirkuit cetak khusus. Ia dapat merekam sinyal listrik dari neuron tunggal di dalam otak, seperti di hipokampus, sambil mencitrakan area besar seperti korteks cerebral.
Beberapa fitur desain membuat pemantauan multi-wilayah mungkin. Salah satunya adalah bahwa probe ini fleksibel. Ketika dimasukkan ke dalam otak untuk memantau wilayah seperti hipokampus, bagian yang mengejar keluar dari otak dapat dibengkokkan ke bawah untuk memberi ruang mikroskop diturunkan dekat permukaan untuk melakukan citraan korteks cerebral pada saat yang sama. Probe saraf konvensional adalah rigid, jadi mereka menghalangi mikroskop; sebagai akibatnya, mereka tidak dapat digunakan untuk memantau struktur otak dalam sambil mencitrakan permukaan otak. Dan meskipun probe saraf ini lunak dan fleksibel, ia dirancang untuk menahan benturan saat dimasukkan. Fitur penting lainnya adalah probe ini transparan, jadi memberikan mikroskop lapangan pandang yang jelas. Ia juga tidak menghasilkan bayangan atau kebisingan tambahan selama citraan.
Motivasi untuk studi ini adalah untuk mencapai akar bagaimana proses kognitif yang berbeda, seperti pembelajaran dan pembentukan memori, terjadi di otak. Proses semacam ini melibatkan komunikasi antara hipokampus dan korteks cerebral. Namun, bagaimana tepatnya komunikasi ini terjadi? Dan wilayah otak mana yang memulai komunikasi ini: hipokampus atau korteks cerebral? Jenis pertanyaan ini telah tidak terjawab karena sangat sulit untuk mempelajari kedua wilayah otak ini secara bersamaan, kata Kuzum.
Peneliti menggunakan probe mereka untuk memantau aktivitas hipokampus dan korteks cerebral pada tikus transgenik. Secara spesifik, mereka memantau aktivitas sebelum, selama, dan setelah osilasi yang disebut sharp-wave ripples terjadi di hipokampus. Eksperimen mereka mengungkapkan bahwa komunikasi antara hipokampus dan korteks cerebral adalah dua arah: terkadang korteks memulai komunikasi, terkadang hipokampus. Ini adalah petunjuk pertama yang penting untuk memahami komunikasi antar-wilayah di otak, kata peneliti.
“Komunikasi dua arah yang kami lapor di sini berbeda dari konsep konvensional bahwa korteks secara pasiva menerima informasi dari hipokampus. Sebaliknya, korteks secara aktif terlibat dalam mengenkripsi informasi ke otak dan mungkin berperan sebagai pengajar selama konsolidasi dan pengambilan memori,” kata Dr. Chi Ren, salah satu peneliti.
