Catatan Editor: Dalam seri mingguan ini, LiveScience mengeksplorasi bagaimana teknologi mendorong eksplorasi dan penemuan ilmiah.
Pengalaman manusia didefinisikan oleh otak, namun banyak tentang ini 3-lb. organ tetap menjadi misteri. Meski begitu, dari pencitraan otak ke antarmuka otak-komputer, para ilmuwan telah membuat langkah mengesankan dalam mengembangkan teknologi untuk mengintip ke dalam pikiran.
Pencitraan otak
Saat ini, para ilmuwan yang mempelajari otak dapat melihat struktur atau fungsinya. Dalam pencitraan struktural, mesin mengambil snapshot dari anatomi skala besar otak yang dapat digunakan untuk mendiagnosis tumor atau pembekuan darah, misalnya. Pencitraan fungsional memberikan pandangan dinamis pada otak, menunjukkan area mana yang aktif selama berpikir dan persepsi.
Teknik pencitraan struktural termasuk pemindaian CAT, atau tomografi aksial terkomputerisasi, yang mengambil gambar irisan melalui otak dengan memancarkan sinar-X di kepala dari berbagai sudut. Scan CAT, atau CT, sering digunakan untuk mendiagnosis cedera otak, misalnya. Metode lain, positron emission tomography (PET), menghasilkan gambar 2D dan 3D otak: Bahan kimia berlabel radioaktif yang disuntikkan ke dalam darah memancarkan sinar gamma yang terdeteksi oleh pemindai. Dan magnetic resonance imaging (MRI) memberikan pandangan tentang keseluruhan struktur otak dengan mengukur putaran magnetik atom di dalam medan magnet yang kuat.
"Tidak ada keraguan bahwa MRI mungkin merupakan cara terbaik untuk melihat otak," kata Dr. Mauricio Castillo, ahli radiologi di University of North Carolina di Chapel Hill dan kepala editor American Journal of Neuroradiology.
Dalam bidang pencitraan fungsional, standar emas saat ini adalah MRI fungsional (fMRI). Teknik ini mengukur perubahan aliran darah ke area otak yang berbeda sebagai proksi untuk area mana yang aktif ketika seseorang melakukan tugas seperti membaca kata atau melihat gambar.
"Penekanannya saat ini adalah mencoba menggabungkan bagaimana otak terhubung dengan aktivasi korteks," kata Castillo.
Beberapa metode dapat digabungkan untuk menggabungkan struktur dan fungsi otak. Misalnya, pemindaian MRI dan PET dapat dilakukan secara bersamaan, dan gambar dapat dikombinasikan untuk menunjukkan aktivitas fisiologis yang ditumpangkan pada peta anatomi otak. Hasil akhirnya dapat digunakan untuk memberi tahu ahli bedah lokasi lesi otak sehingga bisa dihilangkan, kata Castillo.
Baru-baru ini, teknik baru telah dikembangkan untuk benar-benar melihat ke dalam otak. Disebut CLARITY (awalnya untuk Clear Lipid-Acrylamide-hybrided Imaging / Immunostaining / hybrid-compatible Tissue-hYdrogel yang kompatibel), dapat membuat otak (tidak hidup) transparan terhadap cahaya dengan tetap menjaga strukturnya tetap utuh. Teknik ini telah digunakan untuk memvisualisasikan kabel neurologis otak tikus dewasa.
Pikiran decoding
Beberapa ilmuwan ingin melihat ke dalam otak secara lebih kiasan. Masuk ke antarmuka otak-komputer (BCI atau BMI, antarmuka mesin otak), perangkat yang menghubungkan sinyal otak ke perangkat eksternal, seperti komputer atau anggota tubuh palsu. BCI berkisar dari sistem non-invasif yang terdiri dari elektroda yang diletakkan di kulit kepala, hingga yang lebih invasif yang membutuhkan elektroda untuk ditanamkan di otak itu sendiri.
BCIs non-invasif termasuk electroencephalography (EEG) berbasis kulit kepala, yang mencatat aktivitas banyak neuron di area otak besar. Keuntungan dari sistem berbasis EEG adalah bahwa mereka tidak memerlukan operasi. Di sisi lain, sistem ini hanya dapat mendeteksi aktivitas otak secara umum, sehingga pengguna harus memusatkan pikirannya hanya pada satu tugas.
Sistem yang lebih invasif termasuk elektrokortikografi (ECoG), di mana elektroda ditanamkan pada permukaan otak untuk merekam sinyal EEG dari korteks. Sejak Wilder Penfield dan Herbert Jasper memelopori teknik ini pada awal 1950-an, teknik ini telah digunakan, antara lain, untuk mengidentifikasi daerah otak tempat kejang epilepsi dimulai.
Beberapa BCI menggunakan elektroda yang ditanamkan di dalam korteks otak. Meskipun sistem ini lebih invasif, mereka memiliki resolusi yang lebih baik dan dapat mengambil sinyal yang dikirim oleh neuron individu. BCI sekarang bahkan dapat memungkinkan manusia dengan paraplegia (kelumpuhan keempat anggota badan) untuk mengendalikan lengan robot melalui pemikiran saja, atau memungkinkan pengguna untuk mengeja kata-kata di layar komputer hanya dengan menggunakan pikiran mereka.
Meskipun banyak kemajuan, masih banyak yang tidak diketahui tentang otak. Untuk menjembatani kesenjangan ini, para ilmuwan Amerika memulai proyek baru untuk memetakan otak manusia, yang diumumkan oleh Presiden Barack Obama pada bulan April, yang disebut inisiatif BRAIN (Riset Otak melalui Advancing Innovative Neurotechnologies).
Tetapi ahli saraf memiliki pekerjaan mereka cocok untuk mereka. "Otak mungkin adalah mesin paling kompleks di alam semesta," kata Castillo. "Kami masih jauh dari memahaminya."
