Neuropixel Merevolusi Pembelajaran Otak

Oleh: Bambang Iman Santoso, Neuronesia Community

Jakarta, 9 April 2020. Begitu membaca judul tulisan ini, lantas terbentang pertanyaan di benak pikiran para pembaca. Neuropixel? Apalagi tuh? 

Untuk mempermudah pencarian di internet, cukup browsing dengan memasukkan kata kunci atau keyword; 'neuropixels probes' atau 'neuropixels technology'. Di dalam tulisan ini kita lebih memperkenalkan istilah tersebut, khususnya berkenaan dengan proyek penelitian neuropixel yang akan merevolusi cara kita mempelajari otak. Wow!

Banyak yang belum melihat hal ini sesuatu yang penting. Gagasan yang tak terlihat adalah penyelidikan NeuroPixel yang membuat masuk akal, dengan 70 miliar neurons di otak. Otak manusia adalah objek paling kompleks di alam semesta. Penelitian selama beberapa dekade ini telah mengeluarkan dana triliunan rupiah. 

Namun kita bahkan masih belum tahu bagaimana keputusan dibuat, atau bagaimana emosi diatur. Kita bisa melihat aktivitas otak secara umum tapi sebenarnya kita tidak tahu bagaimana atau mengapa hal itu dapat terjadi. 

Untuk mulai memahami kompleksitas otak, kita perlu mengukur neuron tunggal yang tak terhitung jumlahnya, di seluruh otak, pada saat yang bersamaan.

Sedangkan neuropixel probes adalah elektroda kecil dan sangat sensitif, yang dapat merekam denyut nadi dari beberapa neuron tunggal, dari beberapa daerah otak. Penyelidikan dikembangkan melalui kolaborasi, yang dipimpin oleh Tim Harris di HHMI Janelia Research Campus, yang didanai oleh Institut Kedokteran Howard Hughes, Yayasan Amal Gatsby, Institut Allen untuk Ilmu Otak dan Wellcome. Neuropixels akan merevolusi cara kita mempelajari otak.

Sementara kita baru mulai belajar bagaimana prosesnya keputusan dibuat dan bagaimana emosi dapat diatur. Bayangkan otak sebagai perpustakaan dan neuron sebagai buku. Kita tidak tahu apa yang dikatakan buku atau bahkan bahasa apa yang mereka tulis. Seratus tahun yang lalu kita mencatat pulsa listrik satu neuron. 

Pera neurosaintis dunia telah menjajaki lebih dalam. Tetapi ternyata itupun tak cukup. Karena ada 70 miliar neuron di masing-masing dari kita, bahkan baru mulai memahami kompleksitas otak. Kita perlu mengukur neuron tunggal yang tak terhitung jumlahnya di seluruh otak pada saat bersamaan. Sampai saat ini tidak ada yang pernah berpikir itu akan menjadi mungkin.

Proyek penelitian neuropixel memang akan merevolusi cara kita mempelajari otak. Mereka adalah elektroda super-super sensitif yang dapat merekam beberapa neuron tunggal dari berbagai daerah, pada proses yang bersamaan, serta mendigitalkan sinyal tersebut. Hal ini belum pernah dilakukan sebelum-sebelumnya. 

Mereka diciptakan oleh sebuah konsorsium dari beberapa pemain nirlaba terbesar dalam ilmu neurosains. Dan untuk pertama kalinya pengecoran nano komersial kelas dunia; iMac. 

Dengan dukungan para kolaborator tersebut, berarti proyek penelitian neuropixel ini dapat dijual dengan harga yang murah. Akan menjadi teknologi untuk setiap orang.

Matteo Carandini yang memimpin tim menggunakan teknologi luar biasa ini. Matteo mengatakan; "Setiap probe pixel yang lebih baru lebih tipis dari rambut manusia dan cukup kuat untuk merekam seribu neuron. Ini seperti membuat film fiksi ilmiah yang sebenarnya, dengan selusin rekaman probe secara real-time. Kita bisa mulai menghubungkan titik-titik neurons tersebut."

"Memetakan jaringan kompleks yang membimbing segala sesuatunya yang otak kita lakukan. Rahasia-rahasia otak akhirnya bisa dipahami tapi decoding terabyte output data mentah dari masing-masing probe adalah merupakan tugas yang sangat besar."

"Memastikan kita memiliki alat dan keahlian untuk menafsirkannya akan menjadi fokus saya selanjutnya. Tahun depan generasi pertama probe piksel Anda akan dirilis ke para ilmuwan di seluruh dunia. Dilatih oleh tim dan dipersenjatai hanya dengan laptop yang bisa mereka mulai. Pekerjaan yang telah kami lakukan dapat mengubah cara kami memahami segala hal tentang otak. Pengambilan keputusan untuk penglihatan terhadap gangguan kejiwaan."

Sebagai catatan; Matteo Carandini adalah seorang neurosaintis dan Wellcome Investigator yang akan memimpin tim dalam fase pelepasan berikutnya dari penyelidikan ini. 

Di laboratorium otak internasional mereka mengkoordinasikan usaha global ini. Laboratorium di seluruh dunia masing-masing akan menggunakan probe piksel neuron untuk mempelajari area otak yang berbeda. Seperti tikus tampil sebagai standar untuk penuaan makanan, menggunakan teknik yang disempurnakan di labnya Matteo.

Menurutnya kita dapat merekam dan berbagi data secara real-time. Kolaborasi global ini merupakan era baru dalam bidang ilmu neurosains. Karena secara kolektif akhirnya kita bisa melihat dengan tepat apa yang terjadi di seluruh otak. 

Proyek penelitian ini merupakan salah satu langkah pertama untuk mengidentifikasi disfungsi jaringan otak yang mendasari gangguan kesehatan mental. Proyek ini didanai oleh Yayasan Simons dan Wellcome.

Wellcome mendukung pekerjaan orang-orang seperti Matteo dan inisiatif dari Laboratorium Otak Internasional ini. Karena hanya dengan menciptakan pengetahuan baru kita dapat memahami bagaimana berbagai hal dapat bekerja, membangun pengetahuan tersebut, dan menggunakannya untuk meningkatkan kesehatan bagi semua orang.

Pertanyaan-pertanyaan yang sebelumnya tidak mampu dijawab, terkait dengan penggunaan obat-obatan apa saja yang mampu menangani atau mengurangi penyakit-penyakit seperti depresi, Alzheimer, dan lain-lain, berita baiknya akan segera mulai terjawab. Mengubah sirkuit neuron listrik otak kita, atau bahkan memberi tahu kita bagaimana kita bisa menyembuhkan penyakit-penyakit tersebut sepenuhnya.

Teknologi neuropixels dari HHMI (Howard Hughes Medical Institute)

Neuropixels probes, sliver silikon tipis sepanjang 10 milimeter, dilengkapi dengan 960 elektroda untuk mendeteksi aktivitas listrik di otak. Karena panjangnya hampir sama dengan otak tikus, mereka dapat mengumpulkan data dari banyak daerah otak sekaligus. 

Probe padat dengan elektroda, sehingga memudahkan para peneliti untuk menentukan dengan tepat sumber seluler dari sinyal otak daripada yang mereka bisa dengan teknologi sebelumnya. Selain itu, setiap probe neuropixels menggabungkan sistem perekamannya sendiri, dan mengurangi kabel output menjadi satu pasangan dan menjaga perangkat keras yang diperlukan tetap cocok.

Ketika proyek neuropixels ini dimulai pada tahun 2013, probe elektrofisiologi tersedia untuk sebagian besar laboratorium, paling banyak, 64 sensor. 

Para peneliti dapat mengukur aktivitas neuron individu dalam titik tertentu di otak. Atau mendeteksi pola aktivitas regional. Tetapi mereka tidak dapat melakukan keduanya pada saat yang bersamaan. 

HHMI dan kolaboratornya tahu bahwa lompatan teknologi yang dibutuhkan oleh komunitas neurosains akan membutuhkan jutaan dolar dan kemampuan fabrikasi jauh di luar dari lembaga akademis. Jadi mereka datang bersama-sama untuk mendanai proyek berisiko tinggi ini.

Matt Jones, seorang neurosaintis yang labnya di University of Bristol di Inggris menguji neuropixels selama proses pengembangan. Jones mengatakan penyelidikan baru telah mengubah peluang peneliti untuk memecahkan kode-kode neurons. 

Sebelumnya, timnya biasa memposisikan alat rekaman dengan susah payah di beberapa daerah otak tikus untuk merekam aktivitas beberapa lusin neurons. Memantau sel selama berjam-jam ketika hewan sedang belajar dan tidur.

Awalnya pendekatan ini dirasakan sangat lambat. Setelah ada teknologi neuropixels ini sangat membantu dan memudahkannya. Sekarang, Jones dan timnya secara rutin merekam lebih dari 600 neuron pada suatu waktu bersamaan. Beliau memonitor sel-sel yang didistribusikan pada petak luas otak selama beberapa hari. (BIS)

Sumber Referensi : 1) NeuroPixel Probes, Wellcome Trust Youtube Channel, 2017, 2) HHMI - Howard Hughes Medical Institute, 2018.