Mengintip Upaya Ilmuwan Membuat Peta Otak Manusia


Suatu saat nanti, peta koneksi antara sel-sel otak manusia akan menjadi sebuah revolusi, seperti halnya peta genom manusia. Human connectome project, itulah namanya. Namun, saat ini upaya tersebut masih terbentur banyak kendala.

Diagram kawat hubungan antara neuron dan otot interscutularis telinga tikus.

Menggambarkan setiap koneksi sinaps antarneuron dalam bentuk brain wiring – sejauh ini masih secara manual- telah terbukti berjalan sangat lambat. Contohnya, untuk membuat “diagram kawat” untuk cacing C. elegans memerlukan waktu lebih dari 12 tahun untuk menyelesaikannya. Padahal cacing C. elegans hanya mempunyai 302 sel saraf saja. Otak manusia memberi tantangan yang lebih besar karena memiliki 100 miliar neuron, dan puluhan triliun sinaps yang mewakili jutaan mil jalur antarneuron (catatan: informasi di otak dijalankan dari satu neuron ke neuron lain melalui sinaps).

“Di korteks serebral, diyakini bahwa satu neuron terhubung dengan 10.000 neuron lainnya,” kata Sebastian Seung, seorang computational neuroscientist di MIT. Saat ini Seung sedang memimpin upaya kolaboratif untuk mempercepat proses pembuatan “diagram kawat”, yang disebut dengan connectomes. Untuk mendekati pemetaan yang lengkap dan detail, para peneliti harus menggunakan proses komputer otomatis. Dia dan peneliti lain ingin merancang komputer untuk meniru human tracing, sehingga komputer bisa secara keseluruhan membuat algoritma neuron tracing mereka sendiri dan membuat sebuah gambaran jalur neuronal secara otomatis, tidak peduli seberapa kompleks dan sulitnya.

Menyederhanakan pemetaan

Tantangan utama para peneliti saat ini adalah menganalisis potongan gambar otak yang sangat banyak dari mikroskop elektron, dan melacak hubungan yang rumit di antaranya. Sebuah tim neuroscientist di Maz Planck Institute for Medical Research di Heidelberg, Jerman, memulai dengan menguraikan secara manual hubungan antarneuron di retina, atau jaringan yang sensitif terhadap cahaya di belakang mata.

“Pendekatan manual akan menghabiskan puluhan dari ribuan kerja selama bertahun-tahun untuk menyelesaikan connectome untuk hanya satu millimeter kubik dari otak,” ujar Viren Jain, seorang neuroscientist di Maz Planck Institute yang baru menyelesaikan Ph.D nya dibawah bimbingan Seung.

Tim lain telah diatur untuk melacak jalur neuronal yang menghubungkan otak tikus dengan dua otot kecil yang mengontrol mata tikus. Hal ini meliputi pemetaan hubungan dari hanya 15 cabang neuron yang bercabang untuk mencapai 200 target sel-sel otot, tetapi masih dengan teknik yang sulit untuk mendapatkan seluruh jalur dapat tersusun,” kata Jeff Lichtman, seorang neuroscientist di Harvard University di Boston. “Meskipun itu latihan yang sangat trivial, hal itu memperlihatkan kepada kita suatu potensi masalah yang tidak boleh diabaikan,” ujar Lichtman.

Kesuksesan Lichtman dijelaskan oleh kenyataan ‘intimidatif’ yaitu bahwa tidak ada diagram kawat tunggal yang terlihat sama pada hewan apapun. Diagram kawat untuk otot telinga kanan dan kiri dari hewan yang sama juga terlihat berbeda, meskipun sel otot memiliki tujuan yang sama. Bahkan perbandingan langsung neuron paralel dari sisi kiri dan kanan memperlihatkan perbedaan nyata pada pola percabangannya.

Manfaat peta otak manusia

Para peneliti memulai dengan memetakan koneksi antara retina dan otot, karena hal itu memberi tantangan yang lebih sederhana dibandingkan dengan otak. Mereka juga sudah mengetahui kerja neuron tersebut dan bagaimana hubungan antara retina dan otot. “Hal ini lebih mudah dimengerti daripada Anda mengambil secara acak area di otak yang Anda tidak tahu darimana hubungan itu berasal dan kemana, atau apa yang dilakukannya,” terang Lichtman.

Menyelesaikan diagram kawat otak manusia secara keseluruhan membantu menjawab beberapa pertanyaan mendasar dari neuroscience, seperti bagaimana informasi diorganisir di otak. Neuroscientist juga bisa memperoleh penjelasan yang lebih baik bagaimana koneksi neuronal berubah sejalan waktu dengan bertambahnya umur. “Dimana memori nenekmu disimpan, dan dalam bentuk apa disimpan, hampir pasti berhubungan dengan bagaimana sel-sel otak itu terhubung,” ucap Lichtman.

Memotong lebih tipis

The National Institues of Health telah meresmikan Human Connectome Project-nya sendiri yang akan dilakukan selama 5 tahun dengan biaya sebesar 30 juta dolar Amerika. Proyek ini mulanya bertujuan untuk mengetahui koneksi otak di tingkat yang lebih tinggi di regio-regio otak, bukan koneksi-koneksi yang kecil. Beberapa laboratorium di dunia juga mulai melakukan proyek connectome-nya sendiri. Itu semua bisa jadi berubah jika Seung dan koleganya dapat benar-benar mempercepat pemetaan otak dengan automated computer learning.

“Kita akan dapat menguji kembali teori di abad 19 yang mengatakan bahwa memori dicatat dalam connectome,“ Seung menjelaskan. ”Kita juga dapat menemukan connectopathy, atau kesalahan jalur dari otak yang menyebabkan gangguan mental.”

Lichtman Harvard laboratorium telah bekerja sama dengan kelompok Seung MIT dalam mengaplikasikan teknologi baru untuk menyelesaikan penelitian ini. Mereka telah membuat metode untuk memotong-motong otak lebih tipis daripada sebelumnya, sehingga automated microscope dapat menangkap gambar dari jalur neuronal dengan resolusi tinggi yang belum pernah ada sebelumnya. [primz]

Sumber:
1. Jeremy Hsu. Effort to map human brain faces complex challenges. 2010. Available from: http://www.livescience.com/health/human-brain-map-challenges-100310.html

Artikel yang Berhubungan:
* Peta Otak Manusia Selesai dalam 5 Tahun

Simpan halaman ini dalam PDF?

Post artikel ini di tempat lain? Bookmark and Share

Seluruh artikel di myhealing.wordpress.com dapat Anda perbanyak dan digunakan untuk keperluan apapun, asal tetap mencantumkan sumber URL. Silakan berikan rating untuk artikel ini.

Copyright © 2007 – 2010 Stetoskop. All Rights Reserved.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: