Otak manusia terlahir dengan panduan bawaan untuk memahami dunia
(news.ucsc.edu)- Dikonfirmasi bahwa pola aktivitas listrik yang terstruktur sudah ada pada tahap awal perkembangan otak, bahkan sebelum pengalaman sensorik
- Tim peneliti UC Santa Cruz mengamati aktivitas saraf awal ini dengan menggunakan organoid otak (brain organoid)
- Sel-sel menunjukkan struktur yang secara mandiri membentuk sirkuit dan saling berinteraksi bahkan tanpa rangsangan eksternal
- Pola ini tersusun dari rangkaian sinyal berbasis waktu yang mirip dengan ‘mode default’ (default mode) otak manusia
- Temuan ini membuka kemungkinan baru untuk diagnosis dan terapi gangguan perkembangan saraf, serta evaluasi dampak zat beracun
Aktivitas yang tersusun sendiri pada otak awal
- Para peneliti menyelidiki kapan dan bagaimana pemikiran manusia dimulai, sambil mengamati aktivitas listrik otak sebelum pengalaman sensorik
- Tim UC Santa Cruz menggunakan organoid otak 3D yang dibuat dari sel punca manusia
- Organoid ini membentuk sirkuit sendiri dan memancarkan sinyal listrik bahkan tanpa masukan sensorik eksternal
- Profesor Tal Sharf menjelaskan, “Sel-sel sudah saling berinteraksi dan membentuk sirkuit bahkan sebelum mengalami dunia luar.”
- Ia mengibaratkannya sebagai ‘sistem operasi pada keadaan primitif’ (operating system), sambil meneliti struktur otak sebelum dibentuk oleh pengalaman sensorik
Metode dan teknologi penelitian
- Tim peneliti menggunakan chip microelectrode array berbasis CMOS untuk mengukur aktivitas listrik neuron tunggal di dalam organoid
- Chip ini mencakup ribuan penguat mikro untuk menangkap sinyal sirkuit saraf yang telah terbentuk sebelumnya secara presisi
- Organoid adalah model jaringan 3D yang berasal dari sel punca embrionik manusia, yang menawarkan keunggulan etis dan teknis untuk penelitian perkembangan otak
- Kelompok Braingeneers di UC Santa Cruz mengembangkan model ini bekerja sama dengan UC San Francisco dan UC Santa Barbara
- Laboratorium Sharf tengah mengembangkan teknologi antarmuka saraf baru yang menggabungkan fisika, ilmu material, dan teknik elektro
Pembentukan pola dan mode default otak
- Tim peneliti mengamati bahwa organoid menghasilkan pola sinyal listrik spontan dalam beberapa bulan sebelum menerima masukan sensorik
- Sinyal-sinyal ini sudah muncul pada tahap sebelum memproses informasi sensorik kompleks seperti penglihatan dan pendengaran
- Tembakan neuron bukanlah acak, melainkan mengikuti pola terstruktur yang disebut ‘mode default’ (default mode)
- Mode default ini menyediakan kerangka rentang respons yang mungkin bagi otak untuk memproses rangsangan sensorik di kemudian hari
- Pola awal yang diamati pada organoid menunjukkan rangkaian berbasis waktu yang mirip dengan mode default otak manusia yang sebenarnya
- Ini mengisyaratkan adanya cetak biru saraf (blueprint) yang dikodekan secara genetik
Makna evolusioner dan medis
- Para peneliti menjelaskan bahwa sistem yang tersusun sendiri ini dapat membentuk struktur dasar bagi persepsi terhadap dunia
- Mereka mengemukakan kemungkinan bahwa dalam proses evolusi, sistem saraf pusat telah lebih dulu membangun peta (map) yang memungkinkan penjelajahan dan interaksi dengan dunia
- Karena organoid mereproduksi struktur dasar otak yang nyata, organoid dapat dimanfaatkan untuk penelitian penyakit perkembangan saraf dan analisis dampak zat beracun
- Sharf menyebut bahwa dinamika saraf yang kompleks ini dapat berkontribusi pada deteksi dini tanda-tanda patologis dan pengembangan terapi
- Ke depan, ada potensi untuk berlanjut pada pengembangan obat, penyuntingan gen, dan teknologi skrining berkecepatan tinggi
Kolaborasi riset dan institusi yang terlibat
- Penelitian ini melibatkan UC Santa Barbara, Washington University in St. Louis, Johns Hopkins University, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, dan ETH Zurich
- Melalui model organoid, para peneliti sedang meneliti secara mendalam tahap awal perkembangan otak manusia dan mekanisme pembentukan sirkuit saraf
1 komentar
Komentar Hacker News
Beberapa hewan sudah siap bergerak segera setelah lahir
Hewan seperti ini disebut hewan precocial, dan mereka sudah tahu cara berjalan sejak lahir
Misalnya, anak kuda dapat berdiri dalam waktu satu jam setelah lahir, dan setelah sehari bisa berlari bersama kawanan
Namun cara berbaring tidak terprogram secara naluriah, jadi pada awalnya mereka tampak jatuh dengan canggung saat mencoba rebah
Kuda dan hewan pengerat seperti berang-berang memiliki tipe ini, tetapi monyet tidak. Ini tidak terlalu berkaitan dengan garis keturunan evolusioner
Mereka berasal dari St Johns Water Dog dan memiliki ciri yang beradaptasi dengan air (ekor seperti berang-berang, bulu berminyak, kaki berselaput)
Pada beberapa garis keturunan, mereka pandai berenang sejak lahir, tetapi tidak menyadari bahwa mereka bisa berenang
Karena itu mereka ragu-ragu di tepi air, lalu jika kebetulan tercebur mereka langsung berenang dan menikmatinya
Namun tidak semua Lab seperti itu, dan khususnya Lab untuk berburu memerlukan pelatihan adaptasi air, jadi bimbingan ahli itu penting
Kuda yang berumur 3 hari sudah berjalan, dan harimau yang berumur 3 tahun sudah menjadi induk
Tetapi manusia pada usia sekitar 6 tahun menunjukkan kemampuan mental yang tidak dimiliki hewan lain mana pun
Mereka belum benar-benar bisa berjalan karena kekuatan kakinya kurang, tetapi jika diangkat mereka akan melakukan gerakan berjalan
Naluri ini menghilang sekitar usia 3 bulan, lalu sekitar usia 1 tahun dipelajari kembali
Jika berada di planet dengan gravitasi yang jauh lebih lemah, tampaknya manusia juga bisa berjalan segera setelah lahir
Jadi konsep “sudah siap sejak lahir” mungkin dalam praktiknya bukan soal kesiapan fungsional, melainkan perbedaan pada titik awal pembelajaran
Bayi manusia juga memiliki refleks berenang sejak lahir, jadi batas antara precocial dan non-precocial mungkin sebenarnya kabur
Anak-anaknya pun sudah tahu cara meluncurkan tubuh ke celah dinding untuk menghindari predator hanya dalam beberapa hari setelah lahir
Melihat semua yang muda maupun tua melakukan hal yang sama, ini jelas merupakan pola perilaku naluriah
Otot tak sadar dan saraf dalam tubuh manusia sudah dalam keadaan ‘terkonfigurasi sebelumnya (preconfigured)’
Jantung berdetak tanpa perlu dipelajari, dan sebagian besar fungsi fisiologis bekerja dengan cara seperti ini
Makalah terkait dimuat di Nature Neuroscience 2025
judulnya “Preconfigured neuronal firing sequences in human brain organoids”
Judul artikelnya menyesatkan
Penelitian sebenarnya membahas bahwa pola tembakan sel organoid mirip dengan jaringan mode default otak
Ini bukan bukti adanya ‘firmware’ atau ‘perintah bawaan’, melainkan bahwa neuron-neuron membentuk pola alami saat saling berinteraksi
Artinya, penelitian ini menunjukkan kemungkinan bahwa organoid dapat dipakai sebagai model untuk riset otak, tetapi kegunaan nyatanya masih belum pasti
Penelitian ini tampak mendukung teori bahwa “persepsi adalah halusinasi yang terkontrol”
Input sensorik tidak lebih dari koreksi terhadap pemrosesan prediktif (predictive processing) yang dibentuk oleh evolusi
DNA manusia membangun otak dan seluruh tubuh hanya dengan sekitar 1.5GB informasi
Sulit dipercaya bahwa dari jumlah informasi sekecil itu bisa tercipta jaringan saraf dan perilaku yang kompleks
Ada sesuatu yang terasa misterius dan tidak bisa dijelaskan hanya dengan ukuran bit sederhana
DNA bekerja seperti sekumpulan pernyataan kondisi, sambil menghasilkan programnya sendiri dan saling berinteraksi
Manusia sulit memahami secara intuitif program yang menyusun dirinya sendiri seperti ini
menyebar sebagai gelombang antar sel dan membentuk ritme yang mempertahankan diri sendiri
Artinya, ini bekerja sebagai sifat yang terorganisasi sendiri bahkan tanpa ‘perangkat lunak’ yang rumit
melainkan struktur yang menghasilkan hasil kompleks hanya dari beberapa aturan dan seed
Alam semesta juga bisa jadi merupakan fenomena emergen yang lahir dari aturan sederhana seperti ini
Rangsangan eksternal seperti pengasuhan, bahasa, dan interaksi sosial itu esensial
Jika manusia dibesarkan dalam isolasi, DNA saja tidak cukup untuk membentuk cara berpikir yang manusiawi
ada contoh yang menghasilkan musik dan grafis kompleks hanya dengan sangat sedikit kode
Misalnya demo 64KB atau galeri 64k-scene
Perkembangan manusia juga bisa jadi merupakan hasil dari aturan generatif yang terkompresi seperti ini
Eksperimen pikiran tentang bagaimana jadinya jika masyarakat terbentuk di pulau yang hanya berisi bayi baru lahir terasa menarik
Tentu saja bayi manusia tidak bisa bertahan hidup tanpa orang dewasa, tetapi anak ayam bisa
Anak ayam menunjukkan pola perilaku yang lengkap segera setelah menetas
Ini membuat orang membayangkan seperti apa jadinya jika umat manusia mengalami ‘hard reboot’
(Memang bercanda, tetapi mungkin kita akan mendapat jawabannya jika bayi-bayi dikirim ke Mars lalu eksperimen ekologinya disiarkan)
Konon ada anak yang dibesarkan bersama ayam lalu bertingkah laku dan bersuara seperti ayam.
Ini menunjukkan betapa besar pengaruh lingkungan dalam pembentukan perilaku manusia
Yang disampaikan Geoffrey Hinton dalam percakapannya dengan Jon Stewart cukup berkesan
Ia mengibaratkan neuron sebagai entitas yang mendeteksi pola lalu ‘ping’
Rasanya neuron-neuron saling berkomunikasi seperti, “Saya menerima sinyal ini,” sambil membagi peran
Struktur komunikasi yang sudah ada sebelumnya seperti ini mungkin juga dapat eksis sebelum input sensorik datang
Artikel itu mengatakan bahwa ini bukan sekadar ‘ping’ sederhana, melainkan pola tembakan kompleks berbasis waktu, jadi terasa lebih meyakinkan
Konsep seperti ini sebenarnya sudah lama dibuktikan oleh teorema no-free-lunch
Agar pembelajaran dimungkinkan, dibutuhkan pengetahuan awal (prior) yang berguna tentang dunia
Otak merupakan implementasi biologis dari premis itu
Dengan kata lain, manusia sejak lahir sudah ‘terkonfigurasi sebelumnya’ sebagai struktur yang bisa belajar
Namun asumsi-asumsi apa yang tertanam dalam otak manusia masih terus diteliti,
dan masih sangat jauh untuk diterapkan ke AI
Ada pendapat bahwa “konsep ini sudah dikatakan oleh Kant”
Kant on Reason – Stanford Encyclopedia of Philosophy
jawaban aman adalah, “Bukankah itu sudah ada pada Plato?”
Innateness in Philosophy – Plato to Aristotle
Eksperimen dibatasi oleh premis-premisnya sendiri
Karena otak adalah objek empiris, intuisi murni dan kategori merupakan struktur apriori sebelum pengalaman
Karena itu, pengamatan terhadap otak tidak bisa menghasilkan kesimpulan yang pasti,
dan kita hanya bisa membahas kondisi-kondisi kognisi yang ada sebelum pengalaman