Neurosains di Titik Balik: Saat Ilmuwan Mulai Membaca Otak Manusia

Model hewan, terutama tikus, telah memberikan kontribusi luar biasa terhadap perkembangan biomedis. Namun, otak manusia memiliki struktur, konektivitas, dan kompleksitas psikologis yang jauh lebih tinggi.

Tikus dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme biologis tertentu. Akan tetapi, hewan tidak dapat menjelaskan pengalaman psikologis manusia secara langsung, seperti bagaimana seseorang memahami sebuah konsep, mengalami kecemasan kompleks, membentuk identitas, atau mengambil keputusan berdasarkan pengalaman sosial.

Masalah ini menciptakan jurang antara neurosains seluler dan psikologi manusia.

Ilmuwan dapat mengetahui aktivitas neuron pada hewan, tetapi sering kali tidak memiliki cara yang sama untuk menghubungkan aktivitas neuron individual dengan pengalaman psikologis manusia yang sebenarnya.

Teknologi seperti fMRI dan EEG telah menjadi instrumen penting dalam penelitian otak. Namun, keduanya memiliki keterbatasan mendasar.

fMRI pada dasarnya mengukur perubahan yang berkaitan dengan aliran dan oksigenasi darah sebagai indikator aktivitas otak. EEG merekam aktivitas listrik yang muncul dari populasi neuron melalui sensor di permukaan kepala.

Artinya, kedua teknologi tersebut memberikan informasi penting, tetapi tidak secara langsung memberi tahu peneliti apa yang dilakukan setiap neuron.

Perbedaannya mirip seperti mencoba memahami sebuah kota hanya dengan melihat konsumsi listrik atau kepadatan lalu lintas. Informasinya berguna, tetapi belum menunjukkan aktivitas setiap rumah atau kendaraan secara individual.

Persoalan resolusi pengukuran tersebut menjadi semakin penting ketika diterapkan pada penyakit otak.

Data yang digunakan dalam materi ini menyoroti besarnya investasi penelitian neurosains, termasuk sekitar US$5,5 miliar per tahun dari National Institutes of Health untuk penelitian terkait bidang tersebut, sementara kemajuan hasil pengobatan penyakit otak dalam beberapa dekade terakhir dinilai masih sangat terbatas.

Jika akar masalah penyakit terjadi pada tingkat jaringan atau sel neuron tertentu, teknologi yang hanya melihat aktivitas otak secara umum tentu akan kesulitan mengidentifikasi mekanisme tersebut secara presisi.

Dengan kata lain, masalahnya bukan sekadar kekurangan dana penelitian. Bisa jadi manusia juga belum memiliki instrumen yang tepat untuk mengajukan pertanyaan biologis yang lebih mendalam.

Salah satu pendekatan masa depan yang menarik adalah penggunaan laser untuk membuat akses mikroskopis melalui tengkorak.

Metode konvensional untuk memasukkan perangkat ke otak membutuhkan pembukaan tengkorak yang relatif besar. Teknologi baru berpotensi membuat lubang yang jauh lebih kecil, bahkan digambarkan berukuran mendekati diameter sehelai rambut.

Melalui akses tersebut, probe fleksibel dapat ditempatkan di dalam jaringan otak.

Probe yang fleksibel juga berpotensi bergerak mengikuti struktur jaringan dan menghindari pembuluh darah, sehingga dapat mengurangi risiko kerusakan pada jaringan.

Teknologi seperti ini masih membutuhkan pembuktian keamanan dan efektivitas secara ketat. Namun, konsepnya menunjukkan arah penting dalam evolusi antarmuka otak-komputer.

Brain-computer interface atau BCI selama ini sering dibayangkan sebagai teknologi untuk membantu pasien dengan kelumpuhan atau gangguan neurologis tertentu berkomunikasi dan mengendalikan perangkat.

Namun, ada kemungkinan lain yang jauh lebih fundamental: menggunakan BCI sebagai alat penelitian pada manusia sehat.

Bayangkan seorang sukarelawan melakukan tugas memecahkan masalah, mengingat sesuatu, mengalami emosi tertentu, atau tiba-tiba memahami sebuah konsep. Jika aktivitas neuron dapat direkam secara langsung pada saat yang sama, peneliti dapat mulai menghubungkan pengalaman subjektif manusia dengan aktivitas sel otak secara lebih presisi.

Inilah bagian yang selama ini sulit dilakukan menggunakan model hewan.

Salah satu contoh menarik adalah fenomena aha moment, yaitu ketika seseorang tiba-tiba memahami hubungan atau solusi yang sebelumnya tidak terlihat.

Dalam skenario penelitian yang disebutkan, aktivitas populasi neuron di dorsal prefrontal cortex menunjukkan restrukturisasi ketika seseorang mencapai pemahaman baru.

Jika fenomena seperti ini dapat dipelajari secara langsung pada manusia dengan resolusi neuron, neurosains dapat mulai menjawab pertanyaan yang sebelumnya lebih banyak berada di wilayah psikologi dan filsafat.

Bagaimana otak mengetahui bahwa sebuah informasi telah dipahami? Bagaimana jaringan neuron mengubah representasinya? Dan mengapa pemahaman terkadang muncul secara tiba-tiba?

Pertanyaan-pertanyaan tersebut dapat diteliti berdasarkan aktivitas biologis yang sebenarnya.

Dampak paling besar dari pendekatan ini mungkin muncul dalam diagnosis penyakit otak.

Saat ini, banyak gangguan seperti ADHD, depresi, dan skizofrenia didiagnosis berdasarkan kombinasi gejala, wawancara, observasi, dan kriteria klinis.

Masalahnya, dua orang dapat menunjukkan gejala yang serupa tetapi memiliki mekanisme biologis yang berbeda.

Dalam kasus ADHD, misalnya, label klinis yang sama berpotensi mencakup beberapa kondisi biologis yang berbeda. Jika aktivitas neuron dapat dipetakan secara lebih presisi, diagnosis di masa depan mungkin tidak lagi berhenti pada pertanyaan “gejalanya apa?”, tetapi berkembang menjadi “mekanisme biologis apa yang menyebabkannya?”

Perubahan tersebut akan membawa konsekuensi besar terhadap pengobatan.

Jika penyakit dapat diklasifikasikan berdasarkan mekanisme neuron yang berbeda, terapi juga dapat dibuat lebih spesifik.

Pasien dengan diagnosis yang sama mungkin memperoleh obat berbeda karena penyebab biologisnya tidak identik. Dalam kondisi tertentu, pendekatan terapi genetik atau intervensi yang menargetkan mekanisme seluler tertentu juga dapat menjadi lebih memungkinkan.

Konsep ini menyerupai perkembangan pengobatan presisi dalam bidang kanker. Dokter tidak hanya melihat lokasi tumor, tetapi juga karakteristik molekuler yang membuat suatu kanker berbeda dari kanker lainnya.

Neurosains dapat bergerak menuju paradigma serupa: mengobati penyakit berdasarkan patologi otak, bukan sekadar kumpulan gejala.

Perubahan terbesar dalam penelitian otak mungkin bukan muncul dari pemindaian yang semakin canggih, tetapi dari keberanian meninggalkan asumsi lama tentang bagaimana manusia harus mempelajari otaknya sendiri.

Model hewan tetap memiliki fungsi penting. Penelitian pada hewan tidak serta-merta menjadi tidak berguna. Namun, untuk memahami hubungan antara neuron dan pengalaman manusia, penelitian pada manusia sehat dengan teknologi yang aman dan beresolusi tinggi menjadi semakin penting.

Jika teknologi BCI, probe fleksibel, laser, dan metode perekaman neuron berkembang secara aman, neurosains dapat memasuki fase baru.

Manusia tidak lagi hanya melihat otaknya dari luar melalui sinyal tidak langsung. Untuk pertama kalinya, ilmuwan dapat memiliki kesempatan untuk menghubungkan aktivitas neuron individual dengan pikiran, emosi, pembelajaran, dan perilaku manusia secara lebih langsung.

Stagnasi dalam pengobatan penyakit otak menunjukkan bahwa kemajuan neurosains tidak cukup hanya mengandalkan peningkatan jumlah penelitian dan anggaran. Bidang ini membutuhkan teknologi yang mampu melihat aktivitas otak pada tingkat yang lebih fundamental.

Perekaman aktivitas listrik neuron secara langsung pada manusia sehat berpotensi menjadi salah satu terobosan tersebut. Dengan menghubungkan aktivitas seluler dengan pengalaman psikologis, ilmuwan dapat mulai menjembatani kesenjangan antara neurosains dan psikologi.

Jika berhasil, masa depan diagnosis penyakit seperti ADHD, depresi, dan skizofrenia dapat berubah secara mendasar. Diagnosis tidak lagi hanya berdasarkan apa yang terlihat dari luar, tetapi juga berdasarkan apa yang benar-benar terjadi di dalam jaringan neuron.

Pada akhirnya, memahami otak manusia mungkin membutuhkan satu perubahan sederhana tetapi radikal: berhenti hanya menebak apa yang terjadi di dalam otak dan mulai mengukurnya secara langsung.

FAQ

1. Mengapa model hewan memiliki keterbatasan dalam penelitian neurosains? Model hewan dapat menjelaskan banyak mekanisme biologis, tetapi tidak sepenuhnya merepresentasikan kompleksitas psikologi dan pengalaman subjektif manusia.
2. Apa kelemahan fMRI dan EEG dalam penelitian otak? Keduanya memberikan informasi penting tentang aktivitas otak, tetapi tidak secara langsung merekam aktivitas listrik setiap neuron individual.
3. Apa itu brain-computer interface atau BCI? BCI adalah sistem yang memungkinkan aktivitas otak direkam atau diterjemahkan untuk berinteraksi dengan perangkat eksternal.
4. Apakah ADHD dapat terdiri dari beberapa kondisi biologis berbeda? Ada kemungkinan bahwa diagnosis berdasarkan gejala yang sama mencakup mekanisme biologis yang heterogen, sehingga penelitian neuron dapat membantu mengidentifikasi subtipe yang lebih spesifik.
5. Bagaimana perekaman neuron dapat mengubah pengobatan penyakit otak? Jika mekanisme biologis penyakit dapat diidentifikasi pada tingkat neuron, terapi berpotensi dirancang lebih presisi berdasarkan penyebab biologis masing-masing pasien.