Hanya Memikirkan Lokasinya Akan Mengaktifkan Peta Mental

DENGAN Ahli saraf telah menemukan bahwa otak menggunakan representasi kognitif yang sama baik saat menavigasi ruang secara fisik maupun mental.

Temuan ini menyoroti peran korteks entorhinal dalam memproses pengalaman fisik dan imajinasi.

Saat Anda melakukan perjalanan rutin ke kantor atau ke toko kelontong, otak Anda menggunakan peta kognitif yang tersimpan di hipokampus dan korteks entorhinal. Peta tersebut menyimpan informasi tentang jalur yang telah Anda lalui dan lokasi yang pernah Anda kunjungi sebelumnya, sehingga Anda dapat menavigasi kapan pun Anda pergi ke sana.

Penelitian baru dari MIT menemukan bahwa peta mental seperti itu juga dibuat dan diaktifkan ketika Anda sekadar memikirkan serangkaian pengalaman, tanpa gerakan fisik atau masukan sensorik apa pun. Dalam sebuah penelitian pada hewan, para peneliti menemukan bahwa korteks entorhinal menyimpan peta kognitif tentang apa yang dialami hewan ketika mereka menggunakan joystick untuk menelusuri serangkaian gambar. Peta kognitif ini kemudian diaktifkan ketika memikirkan urutannya, bahkan ketika gambarnya tidak terlihat.

Ini adalah studi pertama yang menunjukkan dasar seluler dari simulasi mental dan imajinasi dalam domain nonspasial melalui aktivasi peta kognitif di korteks entorhinal.

“Peta kognitif ini digunakan untuk menavigasi secara mental, tanpa masukan sensorik atau keluaran motorik apa pun. Kita dapat melihat ciri-ciri peta ini muncul saat hewan mengalami hal-hal ini secara mental,” kata Mehrdad Jazayeri, seorang profesor ilmu otak dan kognitif, anggota McGovern Institute for Brain Research di MIT, dan penulis senior studi tersebut.

Ilmuwan Penelitian McGovern Institute Sujaya Neupane adalah penulis utama makalah ini, yang diterbitkan 12 Juni di AlamiIla Fiete, seorang profesor ilmu otak dan kognitif di MIT, anggota McGovern Institute for Brain Research di MIT, dan direktur K. Lisa Yang Integrative Computational Neuroscience Center, juga merupakan penulis makalah tersebut.

Menjelajahi Peta Kognitif dalam Navigasi Mental

Banyak penelitian pada model hewan dan manusia telah menunjukkan bahwa representasi lokasi fisik disimpan di hipokampus, struktur kecil berbentuk kuda laut, dan korteks entorhinal di dekatnya. Representasi ini diaktifkan setiap kali hewan bergerak melalui ruang yang sebelumnya telah dimasukinya, tepat sebelum melintasi ruang tersebut, atau saat tidur.

“Sebagian besar penelitian sebelumnya berfokus pada bagaimana area ini mencerminkan struktur dan detail lingkungan saat hewan bergerak secara fisik di dalam ruang,” kata Jazayeri. “Saat hewan bergerak di dalam ruangan, pengalaman sensoriknya dikodekan secara halus oleh aktivitas neuron di hipokampus dan korteks entorhinal.”

Dalam studi baru mereka, Jazayeri dan rekannya ingin mengeksplorasi apakah peta kognitif ini juga dibangun dan kemudian digunakan selama proses mental murni atau gerakan yang dibayangkan melalui domain nonspasial.

Menyelidiki Peta Kognitif dalam Tugas Mental

Untuk mengeksplorasi kemungkinan ini, para peneliti melatih hewan untuk menggunakan joystick untuk menavigasi jalur melalui serangkaian gambar (“landmark”) yang diberi jarak secara berkala. Selama pelatihan, hewan-hewan tersebut hanya diperlihatkan sebagian kecil dari pasangan gambar, namun tidak semuanya. Setelah hewan belajar menavigasi pasangan gambar pelatihan, para peneliti menguji apakah mereka dapat menangani pasangan gambar baru yang belum pernah mereka lihat sebelumnya.

Salah satu kemungkinannya adalah hewan-hewan tersebut tidak mempelajari peta kognitif dari urutan tersebut, dan malah menyelesaikan tugas tersebut menggunakan strategi menghafal. Jika demikian, mereka diperkirakan akan mengalami kesulitan dengan pasangan barunya. Sebaliknya, jika hewan mengandalkan peta kognitif, mereka seharusnya bisa menggeneralisasi pengetahuannya kepada pasangan barunya.

“Hasilnya jelas,” kata Jazayeri. “Hewan-hewan tersebut mampu menavigasi secara mental di antara pasangan gambar baru sejak pertama kali diuji. Temuan ini memberikan bukti perilaku yang kuat untuk keberadaan peta kognitif. Namun, bagaimana otak menciptakan peta semacam itu?”

Pola Saraf dan Navigasi Mental

Untuk menjawab pertanyaan ini, para peneliti merekam dari satu neuron di korteks entorhinal saat hewan melakukan tugas ini. Respons saraf memiliki ciri yang mencolok: Saat hewan menggunakan joystick untuk menavigasi antara dua titik acuan, neuron menampilkan aktivitas khas yang terkait dengan representasi mental titik acuan di antaranya.

“Otak mengalami lonjakan aktivitas ini pada waktu yang diharapkan saat gambar akan melewati mata hewan, yang tidak pernah terjadi,” kata Jazayeri. “Dan waktu antara lonjakan ini, yang terpenting, adalah waktu yang diharapkan hewan untuk mencapai masing-masingnya, yang dalam kasus ini adalah 0,65 detik.”

Para peneliti juga menunjukkan bahwa kecepatan simulasi mental berhubungan dengan kinerja hewan dalam mengerjakan tugas: Ketika mereka sedikit terlambat atau lebih awal dalam menyelesaikan tugas, aktivitas otak mereka menunjukkan perubahan waktu yang sesuai. Para peneliti juga menemukan bukti bahwa representasi mental di korteks entorhinal tidak mengkodekan fitur visual spesifik dari gambar, melainkan susunan titik referensi yang ordinal.

Mengembangkan Model Pembelajaran Komputasional

Untuk mengeksplorasi lebih jauh cara kerja peta kognitif ini, para peneliti membangun model komputasi untuk meniru aktivitas otak yang mereka temukan dan menunjukkan bagaimana hal itu dapat dihasilkan. Mereka menggunakan jenis model yang dikenal sebagai model penarik kontinu, yang awalnya dikembangkan untuk memodelkan bagaimana korteks entorhinal melacak posisi hewan saat bergerak, berdasarkan masukan sensorik.

Para peneliti mengadaptasi model tersebut dengan menambahkan komponen yang mampu mempelajari pola aktivitas yang dihasilkan oleh masukan sensorik. Model tersebut kemudian dapat belajar menggunakan pola tersebut untuk merekonstruksi pengalaman tersebut di kemudian hari, saat tidak ada masukan sensorik.

“Elemen kunci yang perlu kami tambahkan adalah sistem memiliki kapasitas untuk belajar dua arah dengan berkomunikasi menggunakan masukan sensorik. Melalui pembelajaran asosiasional yang dilalui model, sebenarnya akan menciptakan kembali pengalaman sensorik tersebut,” kata Jazayeri.

Para peneliti kini berencana untuk menyelidiki apa yang terjadi di otak jika penanda tidak ditempatkan secara merata, atau jika penanda tersebut tersusun dalam bentuk cincin. Mereka juga berharap dapat merekam aktivitas otak di hipokampus dan korteks entorhinal saat hewan pertama kali belajar melakukan tugas navigasi.

“Melihat struktur memori yang mengkristal di dalam pikiran, dan bagaimana hal itu mengarah pada aktivitas saraf yang muncul, adalah cara yang sangat berharga untuk menanyakan bagaimana pembelajaran terjadi,” kata Jazayeri.

Referensi: “Navigasi mental di korteks entorhinal primata” oleh Sujaya Neupane, Ila Fiete dan Mehrdad Jazayeri, 12 Juni 2024, Alami.
DOI: 10.1038/s41586-024-07557-z

Penelitian ini didanai oleh Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada, Dana Penelitian Québec, Institut Kesehatan Nasionaldan Penghargaan Ilmu Otak Paul dan Lilah Newton.