Bagaimana arsitektur otak dan neuron kita memungkinkan kita masing-masing untuk membuat pilihan perilaku individu? Para ilmuwan telah lama menggunakan metafora pemerintah untuk menjelaskan bagaimana sistem saraf mereka disusun untuk pengambilan keputusan. Apakah kita pada akar demokrasi, seperti warga Inggris yang memilih Brexit? Sebuah kediktatoran, seperti pemimpin Korea Utara yang memesan peluncuran rudal? Sekelompok faksi bersaing untuk mengendalikan, seperti yang ada di dalam militer Turki? Atau sesuatu yang lain?

In 1890, psikolog William James berpendapat bahwa di dalam diri kita masing-masing "[t] di sini adalah ... satu sel saraf sentral atau pontifikal yang mana kesadaran kita melekat." Tetapi dalam 1941, ahli fisiologi dan peraih Nobel Sir Charles Sherrington berpendapat menentang gagasan tentang sebuah sel pontifikal tunggal yang bertanggung jawab, menunjukkan bahwa sistem sarafnya adalah "demokrasi sejuta kali yang masing-masing unitnya adalah sel."

Jadi siapa yang benar?

Untuk alasan etis, kita jarang dibenarkan untuk memantau sel tunggal otak orang sehat. Tapi layak untuk mengungkapkan mekanisme seluler otak di banyak hewan bukan manusia. Seperti yang saya ceritakan di buku saya "Perilaku yang Mengatur," Eksperimen telah mengungkapkan berbagai arsitektur pengambilan keputusan dalam sistem saraf - mulai dari kediktatoran, hingga oligarki, hingga demokrasi.

Sebuah kediktatoran saraf

Untuk beberapa perilaku, satu sel saraf tunggal bertindak sebagai seorang diktator, memicu keseluruhan rangkaian gerakan melalui sinyal listrik yang digunakannya untuk mengirim pesan. (Kami neurobiologis memanggil sinyal itu potensi aksi, atau paku.) Ambil contoh menyentuh udang karang di ekornya; Sebuah lonjakan tunggal pada neuron raksasa lateral memunculkan sebuah flip-flip yang cepat yang membuat binatang itu bergerak ke atas, karena bahaya potensial. Gerakan ini dimulai sekitar seperseratus detik dari sentuhan.

Demikian pula, satu lonjakan di neuron Mauthner raksasa di otak ikan menghasilkan gerakan pelarian yang dengan cepat mengubah ikan dari ancaman sehingga bisa berenang dengan aman. (Ini adalah satu-satunya "perintah neuron" yang dikonfirmasi dalam vertebrata.)

Setiap neuron diktator ini luar biasa besar - terutama aksonnya, bagian sel yang panjang dan sempit yang mentransmisikan paku jarak jauh. Setiap neuron diktator duduk di bagian atas hirarki, mengintegrasikan sinyal dari banyak neuron sensorik, dan menyampaikan perintahnya ke satu set besar neuron subservien yang sendiri menyebabkan kontraksi otot.

Kediktatoran seluler semacam itu biasa terjadi pada gerakan pelarian, terutama pada invertebrata. Mereka juga mengendalikan gerakan lain yang pada dasarnya identik setiap kali terjadi, termasuk kriket kicau.

Pendekatan tim kecil

Tapi sel diktator ini bukan keseluruhan cerita. Udang karang bisa memicu ekor-flip Cara lain juga - melalui seperangkat neuron kecil lainnya efektif bertindak sebagai oligarki.

Pelarian "non-raksasa" ini sangat mirip dengan yang dipicu oleh neuron raksasa, namun dimulai sedikit kemudian dan memungkinkan lebih banyak fleksibilitas dalam rinciannya. Jadi, ketika seekor udang karang sadar bahwa itu dalam bahaya dan memiliki lebih banyak waktu untuk merespons, ia biasanya menggunakan oligarki dan bukan diktatornya.

Demikian pula, bahkan jika neuron Mauthner ikan terbunuh, hewan itu masih bisa melarikan diri dari situasi berbahaya. Ini dapat dengan cepat membuat gerakan pelarian serupa menggunakan set kecil neuron lainnya, meskipun tindakan ini dimulai sedikit kemudian.

Redundansi ini masuk akal: sangat berisiko untuk percaya melarikan diri dari pemangsa ke neuron tunggal, tanpa cedera atau kerusakan fungsi neuron itu akan mengancam nyawa. Jadi evolusi telah menyediakan banyak cara untuk memulai pelarian.

Oligarki Neuronal juga dapat memediasi persepsi tingkat tinggi kita sendiri, seperti saat kita kenali wajah manusia.

Mayoritas menang

Bagi banyak perilaku lain, bagaimanapun, sistem saraf membuat keputusan melalui sesuatu seperti "juta-lipat demokrasi" Sherrington.

Misalnya, ketika seekor monyet mengulurkan tangannya, banyak neuron di korteks motor otaknya menghasilkan lonjakan. Setiap lonjakan neuron untuk gerakan di banyak arah; tetapi masing-masing memiliki satu arah tertentu yang membuatnya paling menonjol.

Para peneliti berhipotesis bahwa setiap neuron memberikan kontribusi untuk semua mencapai tingkat tertentu, tetapi paku yang paling untuk mencapai itu berkontribusi sebagian besar. Untuk mengetahuinya, mereka memonitor banyak neuron dan melakukan beberapa matematika.

Peneliti mengukur tingkat lonjakan di beberapa neuron saat seekor monyet mencapai beberapa target. Kemudian, untuk satu target, mereka mewakili masing-masing neuron menurut vektor - sudutnya menunjukkan arah mencapai neuron (saat lonjakan paling banyak) dan panjangnya menunjukkan tingkat relatifnya untuk sasaran ini. Mereka secara matematis menyimpulkan efeknya (rata-rata vektor tertimbang) dan bisa andal memprediksi hasil pergerakan dari semua pesan yang dikirim oleh neuron.

Ini seperti pemilihan neuron di mana beberapa neuron memilih lebih sering daripada yang lain. Contoh ditunjukkan pada gambar. Garis ungu pucat mewakili suara gerakan neuron individu. Garis oranye ("vektor populasi") menunjukkan arah penjumlahannya. Garis kuning menunjukkan arah gerakan yang sebenarnya, yang sangat mirip dengan prediksi vektor populasi. Para peneliti menyebut populasi ini coding.

Bagi beberapa hewan dan perilaku, adalah mungkin untuk menguji versi sistem saraf dari demokrasi dengan mengganggu pemilihan. Misalnya, monyet (dan orang) membuat gerakan yang disebut "saccades" untuk segera mengalihkan perhatian dari satu titik fiksasi ke titik lainnya. Saccades dipicu oleh neuron di bagian otak yang disebut colliculus superior. Seperti di monyet mencapai contoh di atas, neuron ini masing-masing lonjakan untuk berbagai macam saccades tapi lonjakan paling untuk satu arah dan jarak. Jika satu bagian dari kolikulus superior dibius - melepaskan hak pilih seperangkat pemilih tertentu - semuanya saccades digeser pergi dari arah dan jarak yang sekarang dipilih pemilih diam. Pemilu sekarang telah dicurangi.

Manipulasi sel tunggal menunjukkan bahwa lintah juga mengadakan pemilihan. Lintah membungkuk tubuh mereka dari sentuhan ke kulit mereka. Gerakan ini disebabkan oleh efek kolektif dari sejumlah kecil neuron, beberapa di antaranya memilih hasil yang dihasilkan dan beberapa di antaranya memilih yang lain (namun kalah jauh).

Jika lintah tersentuh di bagian atas, ia cenderung membungkuk jauh dari sentuhan ini. Jika neuron yang biasanya merespons sentuhan di bagian bawah secara elektrik dirangsang, lintah cenderung menekuk mendekati arah berlawanan (panel tengah gambar). Jika sentuhan ini dan rangsangan listrik ini terjadi secara bersamaan, lintah benar-benar membungkuk dalam arah tengah (panel kanan gambar).

Hasil ini tidak optimal baik untuk stimulus individu namun tetap merupakan hasil pemilihan, semacam kompromi antara dua ekstrem. Ini seperti saat sebuah partai politik berkumpul di sebuah konvensi untuk menyusun sebuah platform. Dengan mempertimbangkan berbagai sayap partai yang diinginkan dapat menyebabkan kompromi di suatu tempat di tengahnya.

Banyak contoh lain tentang demokrasi neuron telah ditunjukkan. Demokrasi menentukan apa yang kita lihat, dengar, rasakan dan cium, dari jangkrik dan lalat buah ke manusia. Misalnya, kita melihat warna melalui pemungutan suara proporsional dari tiga jenis fotoreseptor yang masing-masing paling sesuai dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda, seperti fisikawan dan dokter. Thomas Young mengusulkan di 1802. Salah satu keuntungan dari demokrasi neuron adalah bahwa variabilitas dalam pelecehan neuron tunggal dirata-ratakan dalam pemungutan suara, sehingga persepsi dan gerakan sebenarnya lebih tepat daripada jika bergantung pada satu atau beberapa neuron. Juga, jika beberapa neuron rusak, banyak lainnya tetap mengendur.

Tidak seperti negara, bagaimanapun, sistem saraf dapat menerapkan berbagai bentuk pemerintahan secara bersamaan. Sebuah kediktatoran neuron dapat hidup berdampingan dengan oligarki atau demokrasi. Diktator, yang bertindak paling cepat, dapat memicu timbulnya perilaku sementara neuron lain menyempurnakan gerakan yang terjadi selanjutnya. Tidak perlu ada satu bentuk pemerintahan selama konsekuensi perilaku meningkatkan probabilitas bertahan hidup dan reproduksi.

Tentang Penulis

Ari Berkowitz, Profesor Presidensial Biologi; Direktur, Program Pascasarjana Neurobiologi Seluler & Perilaku, University of Oklahoma

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon