Kehebatan Sistem Navigasi GPS pada Otak

Di era digital seperti saat ini, kemudahan untuk memperoleh informasi suatu tempat dapat dengan mudah kita lacak dengan GPS (Global Positioing System). Namun, apa yang terjadi dengan orang dahulu ketika alat GPS belum ada? Ternyata Tuhan sudah menyiapkan sistem navigasi ini kepada beberapa hewan bahkan kepada manusia. Seperti apakah bentuk sistem navigasi tersebut? 

Sejarah penemuan sistem navigasi ini ada di sistem saraf kranial (baca: otak) yang pertama kali ditemukan oleh John O’Keefe pada tahun 1971 dengan menggunakan percobaan tikus (1). Dia menemukan bahwa ada bagian sel saraf di otak tikus bisa aktif ketika berada di lingkungan tertentu. Kemudian dia mengusulkan konsep “place cell” yang merupakan peta navigasi dalam otak di bagian hippocampus. Percobaan untuk mengetahui aktivasi place cell yang dilakukan yakni dengan menggunakan tikus yang diberi jalur berliku (Lihat video dibawah!). Place cell mencoba mengenali sirkuit yang dilewati tikus tersebut sehingga akan terekam dalam memori otak.

Dalam penemuan ini, O’Keefe memberikan simpulan bahwa hippocampus akan mencipatkan sejumlah peta ruangan yang didasarkan pada aktivitas place cell yang aktif dalam kondisi lingkungan yang berbeda-beda. Itulah sebabnya, ingatan tentang suatu tempat dapat disimpan sebagai suatu perpaduan dari aktivitas place cell di hippocampus.

Place cell yang aktif akan mengenali suatu tempat atau lingkunganya yang disebut “place field”. Place cell juga akan terbentuk ketika berada di lingkungan (place field) yang baru (2). Dengan demikian, place cell disebut juga sebagi peta kognitif.

Setelah penemuan place cell pada tahun 1971, tiga dekade kemudian May-Britt och dan Edvard I. Moser pada tahun 2005 menemukan adanya sistem navigasi pada sel saraf lain di bagian otak selain hippocampus tepatnya di entorhinal cortex (3). Entorhinal cortex (EC) akan aktif ketika hewan uji tikus melewati lokasi tertentu. Kemampuan algoritma sel saraf EC mengintegrasikan tempat, jarak, dan arah. Dalam penelitian tersebut, sel saraf yang aktif akan membentuk pola heksagonal sehingga disebut sebagai “grid cell”.

Mereka berdua dapat memetakan koneksi antara hippocampus pada tikus yang sedang bergerak di dalam ruangan dengan pola aktivitas di entorhinal cortex. Dalam keadaan ini, grid cell akan aktif ketika melewati beberapa jalur yang diatur dalam bentuk heksagonal. Masing-masing grid cell ini membentuk pola spasial yang unik dan selanjutnya masing-masing grid cell akan menyusun koordinat yang bertujuan untuk menentukan navigasi.

Place cell fokusnya menentukan spot tunggal sementara grid cell mampu membentuk koordinat antar spot dalam bentuk heksagonal. Place cell dan Grid cell keduanya saling sinergi sebagai sistem navigasi. Keduanya bertujuan untuk menentukan arah suatu tempat. Secara keseluruhan, keduanya adalah sistem navigasi GPS yang ada di dalam otak.

Berkat temuan ini, John O’Keefe serta pasangan suami istri May-Britt Moser dan Edvard I. Moser mendapatkan hadiah nobel pada tahun 2014 di bidang Fisiologi / Kedokteran. Penemuan mereka menjawab teka teki mengapa tikus selalu bisa dengan tepat mengetahui posisi yang pernah disinggahi.