Anda sedang berada di jalan menuju tempat kerja, ketika pikiran Anda melayang ke depan ke kuliah yang dijadwalkan Anda berikan pada sore hari. Anda melatih pembicaraan Anda sendiri saat menarik ke kantor, mempersiapkan diri untuk pertanyaan yang mungkin ditanyakan oleh rekan kerja Anda. Kemudian, saat Anda mengambil kotak masuk email Anda, Anda memikirkan opsi makan siang saat Anda menggulir tanpa henti.

Ini hanya beberapa contoh tentang bagaimana setiap tindakan yang kita lakukan di dunia nyata juga disertai dengan tindakan alternatif tersembunyi yang hanya kita bayangkan. Upaya penelitian yang cukup besar telah diinvestasikan dalam memahami bagaimana dan mengapa pengambilan keputusan aktif kami, tetapi garis bukti baru memberitahu kami bahwa waktu yang kami habiskan dalam realitas alternatif juga melayani tujuan neurologis yang penting.

Banyak bagian otak bekerja bersama untuk membangun peta mental kita, tetapi pemain utama dalam navigasi spasial adalah hipokampus, kursi memori di otak, dan korteks entorhinal, yang terletak berdekatan dengan unduk-unduk dan menyampaikan informasi yang dihasilkan di sana ke area pemrosesan yang lebih tinggi.

Pada awal tahun 1948, diusulkan agar tikus bergantung pada isyarat lingkungan yang beragam untuk menghasilkan peta sebagai imbalan dalam tugas-tugas pembelajaran labirin. Namun, sifat peta ini dan sel-sel yang menghasilkannya tetap menjadi misteri. Tiga puluh tahun kemudian, para peneliti mengamati bahwa sel-sel hippocampus spesifik pada tikus lebih sering menyerang ketika mereka memasuki tempat-tempat tertentu. Hebatnya, pola penembakan jaringan sel ini stabil dari waktu ke waktu, bahkan tanpa adanya isyarat yang muncul saat aktivasi awal mereka. Penemuan "sel tempat" yang dinamai secara deskriptif ini membuka jalan bagi interogasi yang lebih tepat atas dasar neurobiologis dari pencarian jalan.

Ketika sel tempat ditemukan, fungsi yang diusulkan adalah untuk membuat peta topografi satu-ke-satu dari ruang yang diberikan. Dalam perjalanan dari dunia fisik ke otak, sebagian besar representasi indera kita menunjukkan apa yang dikenal sebagai organisasi topografi. Bayangkan masuk ke mobil Anda dan berangkat ke bagian yang tidak diketahui. Anda mungkin mengandalkan navigasi satelit, GPS, atau peta kertas untuk memandu Anda ke tujuan Anda. Sama seperti setiap titik di peta Anda sesuai dengan tengara tertentu dalam perjalanan Anda, tempatkan sel jangkar diri mereka sendiri ke tengara tertentu di lingkungan untuk mengarahkan Anda di ruang angkasa.

Topografi spasial internal kami lebih canggih, dengan sel-sel hippocampal yang mengkode representasi rangsangan, isyarat, atau penghargaan tertentu dalam konteks bagaimana hewan berperilaku di dalam ruang tersebut. Misalnya, bayangkan tiba di bandara di negara yang tidak dikenal. Anda mungkin memiliki pengetahuan umum tentang konsep bandara, bersama dengan landmark visual yang akrab, yang menjangkar Anda di ruang baru ini. Beberapa informasi ini biografis, menggambarkan kenangan unik Anda tentang bandara lain.

Bergantung pada apakah pengalaman ini positif atau negatif, signifikansi emosional dari ruang-ruang ini juga akan berkontribusi pada peta pribadi Anda, dan semua faktor ini bergabung untuk menciptakan pengalaman ruang yang jauh lebih kaya daripada kumpulan landmark yang sederhana.

"Tempatkan sel-sel jangkar pada tengara tertentu di lingkungan untuk mengarahkan Anda ke ruang angkasa."

Penelitian yang lebih baru pada primata mengungkapkan bahwa sel-sel hippocampus beroperasi sedikit berbeda pada otak primata daripada pada otak tikus, menembak sebagai respons terhadap serangkaian rangsangan yang berbeda yang tidak sepenuhnya terikat pada lokasi. Pekerjaan yang sedang berlangsung pada tikus, primata, dan manusia juga membuktikan bahwa hippocampus bukan aktor tunggal. Masukkan korteks entorhinal, yang menyampaikan informasi sensorik ke hippocampus dan bertindak sebagai jembatan ke neokorteks, tempat banyak perintah kognitif dan motorik kami yang lebih canggih dikeluarkan.

Para peneliti baru-baru ini menggambarkan a jaringan sel dalam korteks entorinal yang disebut "sel jaringan", yang menyandikan gerakan Anda sendiri relatif terhadap lingkungan Anda, menambahkan bagian penting pada teka-teki sel tempat ketika menyangkut strategi navigasi yang lebih luas. Jaringan grid dapat lebih tepatnya memplot arah dan jarak antara objek dalam suatu ruang, berdasarkan isyarat gerakan internal daripada input sensorik dari ruang itu sendiri. Sistem ini bekerja bersama untuk secara dinamis mewakili ruang dengan cara yang dapat dimodifikasi oleh pengalaman, secara fleksibel memasukkan informasi baru tetapi juga memungkinkan ruang ini menjadi akrab dari waktu ke waktu.

Tetapi begitu kita memiliki representasi ruang dalam pikiran, bagaimana kita memutuskan bagaimana berinteraksi dengannya? Ini membutuhkan pengambilan keputusan aktif, dan bahan bakar untuk mengambil keputusan adalah hadiah. Di sinilah atribut non-spasial dari neuron yang membentuk sistem navigasi kita menjadi sangat penting. Para peneliti menemukan di seluruh studi tikus bahwa nilai hadiah yang dirasakan atau signifikansi objek tertentu dalam suatu lingkungan dapat menggeser pola pembakaran sel lebih banyak ke arah mereka. Nilai hadiah prediksi yang lebih tinggi terkait dengan belokan atau lokasi tertentu dalam labirin akan karena itu memprediksi pergerakan ke arah itu. Jadi bagaimana dengan jalan yang tidak dipilih?

Baru-baru ini, sebuah tim dari peneliti di UCSF mengukur sel hippocampal yang menembakkan tikus saat mereka menyelesaikan tugas navigasi spasial. Tikus ditempatkan di labirin dan aktivitas saraf mereka dicitrakan secara real time ketika mereka memilih antara jalur yang menyimpang pada titik pilihan. Dengan cara ini, para peneliti dapat menetapkan pola unik penembakan sel tempat yang sesuai dengan masing-masing lengan labirin setelah tikus membuat pilihan dan melanjutkan perjalanan sepanjang itu.

Yang mengejutkan, ketika tikus mendekati titik pilihan, masing-masing set tempat sel yang mewakili kedua lengan labirin menembak dengan cepat secara bergantian, menggulirkan dadu pada kemungkinan masa depan sebelum pilihan dibuat. Apa artinya ini adalah bahwa tidak hanya jalur yang dilalui hewan pada waktu-nyata, tetapi jalur alternatif yang mungkin, diwakili secara sama dalam ruang saraf, memberikan penjelasan mekanistik untuk representasi mental masa depan.

"Jalur alternatif yang mungkin, diwakili secara sama di ruang saraf, memberikan penjelasan mekanistik untuk representasi mental masa depan."

Dalam hewan pengerat, studi navigasi berlangsung di majelis meja sederhana yang tidak dapat menangkap kompleksitas lingkungan dunia nyata. virtual reality telah menjadi semakin populer sebagai hiburan pribadi, tetapi juga menawarkan para peneliti tingkat variasi dan kontrol yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam penelitian navigasi spasial. Sebuah kelompok di Inggris telah menggunakan game mobile yang disebut Sea Hero Quest untuk menangkap salah satu dataset terbesar tentang penalaran spasial lintas kelompok umur dalam catatan.

Data gameplay menunjukkan bahwa penalaran spasial mungkin mulai berkurang ketika kita semuda 19, dan pilihan rute pemain berbeda tergantung pada apakah mereka membawa varian e4 dari gen APOE yang telah lama digunakan sebagai penanda diagnostik klinis untuk penyakit Alzheimer. Strategi baru seperti ini yang mengubah game mobile sederhana menjadi alat pengumpulan data klinis dapat sangat memperluas pemahaman kita tentang bagaimana perkembangan penyakit neurodegeneratif, dan mempercepat pengembangan diagnosis dini yang sangat personal.

Banyak pemahaman kita tentang bagaimana kita berpikir tentang masa depan telah muncul dari mempelajari pasien yang tidak dapat lagi mengingat masa lalu. Sejak masa-masa awal ilmu saraf, ketika studi lesi seringkali merupakan alat paling informatif yang kami miliki untuk mempelajari tentang fungsi berbagai bagian otak, kami telah memahami bahwa hippocampus diperlukan untuk memanggil kembali memori.

Kerusakan hippocampal dikaitkan dengan amnesia, serta gangguan penalaran spasial. Tetapi beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa cedera hippocampal juga mengganggu kemampuan untuk membayangkan peristiwa hipotetis. Secara konsisten, pasien dengan amnesia tidak hanya mengalami kesulitan mengingat informasi biografi terakhir, tetapi ketika diminta hanya dapat menawarkan pernyataan umum tentang peristiwa yang akan datang dalam hidup mereka.

Hilangnya ingatan adalah umum seiring bertambahnya usia, tetapi sebagaimana banyak penelitian menunjukkan, kemampuan kita untuk bernavigasi di ruang angkasa juga menurun seiring bertambahnya usia. Defisit ini muncul pada usia lebih awal daripada ukuran umum gangguan kognitif lainnya, menunjukkan bahwa beberapa fungsi sistem navigasi unik dan beroperasi secara independen dari jenis memori dan pemrosesan informasi lainnya di hippocampus.

Struktur yang paling rentan pada otak yang menua adalah struktur yang mengkode gerakan, seperti korteks entorhinal. Penembakan sel tempat hipokampus juga menjadi tidak menentu pada tikus yang lebih tua. Secara signifikan, struktur yang bertanggung jawab untuk mengarahkan kita di ruang angkasa juga paling rentan terhadap penyakit patologis Alzheimer, menunjuk pada gangguan navigasi sebagai kriteria diagnostik dini yang potensial untuk hal ini dan kondisi neurodegeneratif lainnya seperti penyakit Parkinson.

Kehidupan kita sehari-hari dipenuhi dengan keputusan, baik sadar maupun tidak sadar. Tetapi seperti yang ditunjukkan oleh kumpulan bukti yang berkembang, otak kita mampu melakukan perjalanan sebanyak yang kita pilih seperti yang kita lewati.

Ketika kita terus belajar tentang hubungan yang rumit antara navigasi spasial, memori, dan neurodegenerasi, kita mungkin menemukan bahwa waktu yang kita habiskan untuk merenungkan apa yang mungkin sama pentingnya dengan waktu yang kita habiskan dengan perencanaan aktif. Dan sementara penurunan fungsi kognitif diterima sebagai bagian normal dari bertambahnya usia, mempertahankan fungsi-fungsi ini dengan latihan mental sederhana seperti puzzle, permainan kata, atau membaca dapat membantu melestarikan jalur saraf ini. Dengan cara yang sama, kita dapat menggunakan sistem navigasi kita dengan memetakan kursus di sepanjang jalur yang belum kita ambil. Jadi pada saat Anda menemukan diri Anda berjuang untuk mengembalikan pikiran Anda pada tugas yang ada, bereksperimenlah dengan membiarkannya berjalan sedikit lebih jauh.

Artikel ini awalnya muncul di Mengetahui Neuron

Referensi:

Buckner, RL (2010). Peran Hippocampus dalam Prediksi dan Imajinasi. Tinjauan Tahunan Psikologi 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spires, H., & Hornberger, M. (2019). Menuju Diagnostik Kognitif Personalisasi Penyakit Alzheimer Berisiko At-Genetik. PNA 116(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Potensi realitas virtual untuk penelitian navigasi spasial sepanjang umur orang dewasa. Jurnal Biologi Eksperimental 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252

Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Kayu, E., Shapiro, M., & Tanila, H. (1999). Hippocampus, Memory, dan Place Cells. NeuronUnit fungsional sistem saraf, sel saraf yang ..., 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Representasi Spasial: Peta Ruang Terfragmentasi. Biologi Saat Ini, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, & Frank, LM (2020). Perputaran Sub-detik Konstan antara Representasi Masa Depan yang Mungkin di Hipokampus. Cell, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). Sistem Navigasi Penuaan. Neuron 95(5), 1019-1035.

books_science