Kelelawar Menggunakan Sel Otak yang Sama untuk Memetakan Dunia Fisik dan Sosial | Majalah Kuanta

Seekor kelelawar buah yang tergantung di sudut gua bergerak; itu siap untuk bergerak. Ia memindai ruang untuk mencari tempat bertengger bebas dan kemudian terbang, menyesuaikan sayap membrannya untuk mengarahkan pendekatan ke tempat di sebelah salah satu sayapnya yang kabur. Saat ia melakukannya, data neurologis yang diambil dari otaknya disiarkan ke sensor yang dipasang di dinding gua.

Ini bukanlah gua yang nyaman di sepanjang Laut Mediterania. Sekelompok kelelawar buah Mesir berada di Berkeley, California, menjelajahi gua buatan di laboratorium yang telah disiapkan para peneliti untuk mempelajari cara kerja pikiran hewan tersebut.

Para peneliti mempunyai gagasan: bahwa ketika kelelawar menavigasi lingkungan fisiknya, ia juga menavigasi jaringan hubungan sosial. Mereka ingin mengetahui apakah kelelawar menggunakan bagian otak yang sama atau berbeda untuk memetakan realitas yang saling bersinggungan ini.

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di Alam pada bulan Agustus, para ilmuwan mengungkapkan bahwa peta-peta ini tumpang tindih. Sel-sel otak yang memberi tahu kelelawar tentang lokasinya juga mengkodekan rincian tentang kelelawar lain di dekatnya – tidak hanya lokasinya, tetapi juga identitasnya. Temuan ini meningkatkan kemungkinan menarik bahwa evolusi dapat memprogram neuron tersebut untuk berbagai tujuan guna memenuhi kebutuhan spesies yang berbeda.

Neuron yang dimaksud terletak di hipokampus, sebuah struktur jauh di dalam otak mamalia yang terlibat dalam penciptaan ingatan jangka panjang. Populasi khusus neuron hipokampus, yang dikenal sebagai sel tempat, diperkirakan menciptakan sistem navigasi internal. Pertama kali diidentifikasi pada hipokampus tikus pada tahun 1971 oleh ahli saraf John O'Keefe, sel tempat menyala ketika hewan berada di lokasi tertentu; sel tempat yang berbeda mengkodekan tempat yang berbeda. Sistem ini membantu hewan menentukan di mana mereka berada, ke mana mereka harus pergi, dan bagaimana pergi dari sini ke sana. Pada tahun 2014, O'Keefe dianugerahi Hadiah Nobel atas penemuannya mengenai sel tempat, dan selama beberapa dekade terakhir sel tersebut telah diidentifikasi pada berbagai spesies primata, termasuk manusia.

Namun, berpindah dari satu tempat ke tempat lain bukanlah satu-satunya cara hewan mengalami perubahan di lingkungannya. Di rumah Anda, dinding dan furnitur sebagian besar tetap sama dari hari ke hari, katanya Michael Yartsev, yang mempelajari dasar saraf perilaku alami di Universitas California, Berkeley dan ikut memimpin penelitian baru ini. Namun konteks sosial di tempat tinggal Anda bisa berubah secara berkala.

“Jika orang masuk, mereka berpindah-pindah, berinteraksi,” kata Yartsev. Lokasi orang-orang tersebut berada dan sifat hubungan Anda dengan masing-masing individu memengaruhi cara Anda bergerak di ruang tersebut. “Lingkungan tata ruangnya sangat dinamis, tapi bukan karena temboknya bergerak,” ujarnya.

Yartsev berpendapat bahwa karena lingkungan sosial adalah fitur lingkungan fisik yang selalu berubah, informasi tentang lingkungan tersebut mungkin dikodekan dalam sel tempat. Namun belum pernah dilakukan pengujian langsung di lingkungan yang sangat sosial, seperti di koloni kelelawar buah.

“Aspek khusus ini [lingkungan], yang melekat pada seluruh kehidupan kita, belum pernah dipelajari sebelumnya,” kata Yartsev.

Untuk mendapatkan wawasan tentang bagaimana otak menavigasi lingkungan sosial, Yartsev dan rekan pascadoktoralnya Angelo Forli melihat ke kelelawar buah Mesir, yang sebelumnya mereka gunakan dalam studi tentang kabel navigasi otak.

Di laboratorium Yartsev, mereka membangun sebuah gua buatan: ruang penerbangan seukuran ruang tamu yang dirancang untuk mengukur aktivitas otak kelelawar sambil melacak perilaku mereka. Lima hingga tujuh kelelawar sekaligus bebas terbang di sekitar ruangan yang dilapisi busa peredam suara serta dilengkapi tempat bertengger dan buah-buahan untuk dimakan. Untuk mengikuti pergerakan 3D kelelawar dengan tepat, para peneliti melengkapi kalung tersebut dengan akselerometer dan penanda seluler – yang dimodifikasi dari sistem yang digunakan untuk melacak paket di dalam gudang – yang berkomunikasi dengan sensor yang dipasang di dinding ruangan. Tim juga menanamkan elektroda kecil ke dalam otak kelelawar untuk merekam secara nirkabel neuron hipokampus yang ditembakkan saat hewan tersebut terbang di sekitar kandangnya dan berinteraksi satu sama lain.

Para peneliti mengerahkan seluruh upaya rumit ini ke dalam eksperimen mereka sehingga mereka dapat menyelidiki interaksi sosial spontan kelelawar, yang mungkin sama seperti yang dialami di alam liar. Itu berarti membiarkan kelelawar sendirian tanpa campur tangan manusia.

“Idenya hanya untuk mengeluarkan manusia dari ruangan,” kata Yartsev, dan membiarkan kelelawar melakukan apa yang biasa dilakukan kelelawar.

Seperti yang diharapkan, sel tempat kelelawar tertentu mengubah aktivitasnya berdasarkan lokasi kelelawar di dalam gua. Sel-sel di tempat tertentu menembak lebih sering ketika kelelawar berada di tempat tertentu, sementara sel-sel lain meningkatkan penembakannya ketika kelelawar berada di tempat lain.

Ada tidaknya kelelawar lain juga mempengaruhi pengaktifan neuron. Saat kelelawar mendarat, sel tempat berperilaku berbeda bergantung pada apakah ada teman bertengger di lokasi pendaratan. Terlebih lagi, neuron tersebut tampaknya menyandikan identitas kelelawar tertentu, membedakan teman dari kenalan. Jika seekor kelelawar mendarat di dekat kontak sosial yang dekat, neuron akan berperilaku berbeda dibandingkan jika ia mendarat di dekat kelelawar yang tidak menghabiskan banyak waktu bersamanya.

Singkatnya, sistem navigasi kelelawar tampaknya melakukan tugas ganda sebagai peta sosial. Mamalia tidak hanya bergerak di sekitar rumahnya – mereka juga menggunakan sel otak yang sama untuk melacak siapa yang ada di tempat tersebut.

“[Para peneliti] gagal dalam mempelajari ilmu saraf dari perilaku alami,” kata ahli saraf perilaku. Andi Alexander dari Universitas California, Santa Barbara, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Penemuan ini segera memicu pertanyaan tentang apakah penggunaan kembali sel-sel hipokampus ini juga berlaku di luar kelelawar buah Mesir dalam evolusi otak sosial. Hipokampus adalah struktur otak kuno: Ia sangat terpelihara di antara mamalia dengan beragam gaya hidup dan tingkat sosialitas, dari platipus yang sebagian besar menyendiri hingga manusia yang sangat komunal. Ada kemungkinan bahwa sistem navigasi hipokampus mencatat lingkungan sosial dengan cara yang sama antar spesies. Namun, ada kemungkinan juga bahwa sirkuit yang mengembangkan tujuan ganda ini hanya terjadi pada kelelawar buah Mesir. Hanya penelitian tambahan yang dapat mengisi kekosongan tersebut.

Temuan ini melampaui peta sosial. Mereka juga cocok dengan konsep selektivitas campuran, kata Alexander: gagasan bahwa lebih efisien secara komputasi bagi neuron tunggal untuk mengkodekan banyak fitur lingkungan.

Dalam hal ini, kata Forli, hipokampus mungkin seperti kartu grafis yang kuat di komputer, yang dapat memiliki banyak kegunaan, mulai dari rendering grafik untuk video game hingga melakukan komputasi pembelajaran mesin. Hipokampus mungkin hebat dalam jenis perhitungan tertentu dan mungkin memiliki kemampuan untuk dimodifikasi atau diprogram melalui evolusi.

“Kami secara klasik menganggap hipokampus memiliki sel-sel [tempat] yang mengkode lokasi tertentu di ruang angkasa,” kata Alexander. “Tetapi menurut saya semakin banyak kita menemukan bahwa hipokampus sebenarnya sangat adaptif dan fleksibel, dan bahwa hipokampus akan mengkode segala macam hal tergantung pada apa yang Anda berikan padanya.”

Quanta sedang melakukan serangkaian survei untuk melayani audiens kami dengan lebih baik. Ambil milik kami survei pembaca biologi dan anda akan diikut sertakan untuk menang secara gratis Quanta dagangan.