Otak Anda​—Karya Rumit yang Menakjubkan

”Otak manusia merupakan suatu teka-teki yang fundamental: bagaimana segumpal jaringan sekental telur mentah dapat membentuk ’pikiran’ Anda, gagasan Anda, kepribadian Anda, ingatan serta perasaan Anda, dan bahkan alam sadar Anda?”​—Profesor Susan A. Greenfield, The Human Mind Explained.

OTAK Anda mengatur cara kerja tubuh Anda. Otak memungkinkan Anda mempelajari konsep baru, bahkan bahasa baru, dan otak menyimpan sekaligus mengingat kembali kenangan sepanjang hidup Anda. Namun, neurobiolog bernama James Bower mengakui, ”Kita sebenarnya tidak tahu mesin macam apa otak itu.” Pakar ilmu saraf bernama Richard F. Thompson sependapat, ”Yang harus dipelajari masih jauh lebih banyak daripada yang sekarang kita ketahui.” Sedemikian besarnya minat untuk menyingkapkan misteri otak sehingga Kongres AS menyatakan tahun 1990-an sebagai Dekade Otak.

Sekilas Pandang Isi Kepala Anda

Lobus kusut pada korteks serebrum, atau lapisan terluar pada otak, merupakan ciri utama yang paling mencolok. (Lihat diagram pada halaman 4 dan kotak pada halaman 8.) Lapisan berbelit-belit setebal beberapa milimeter yang terdiri dari substansi berwarna kelabu kemerahjambuan ini memuat sekitar 75 persen dari 10 miliar hingga 100 miliar neuron (sel saraf) dalam otak. Tetapi, beberapa ilmuwan mengatakan bahwa kerumitan otak bukan saja dikarenakan besarnya jumlah neuron ini.

Banyak neuron memiliki struktur panjang seperti ekor yang disebut akson. Serabut-serabut lain yang menyebar dari neuron adalah dendrit halus, yang menyerupai cabang dan ranting pada sebatang pohon muda. Dendrit menyediakan ribuan hubungan antara sebuah neuron dengan neuron-neuron lain. Neuron-neuron tidak pernah saling bersentuhan. Celah yang ada, yang disebut sinapsis, dialiri sejumlah kecil bahan kimia, sehingga menambah dimensi baru pada kerumitan seluruh struktur otak.

”Jumlah kemungkinan kombinasi sambungan melalui sinapsis” dalam otak Anda ”lebih besar daripada jumlah seluruh partikel atom yang membentuk alam semesta yang kita kenal,” demikian perkiraan seorang pakar.

Meskipun korteks berisi neuron tersebut boleh jadi adalah bagian otak yang paling dikenal, bagaimana dengan bagian-bagian di bawah korteks itu? Misalnya, korpus kalosum Anda menjadi penghubung vital antara otak belahan kiri dan kanan. Di dekatnya terdapat talamus Anda (dari kata Yunani untuk ruang dalam), tempat lewatnya sebagian besar informasi yang diterima otak Anda; hipotalamus (kata Yunani untuk di bawah ruang dalam) yang berkaitan, yang membantu mengatur tekanan darah dan suhu tubuh Anda; serta sebuah bagian kecil yang menjulur keluar yang disebut kelenjar hipofisis. Kelenjar utama ini mengendalikan sistem endokrin Anda dengan mensekresikan bahan-bahan kimia yang disebut hormon, yang mempengaruhi apa yang dihasilkan oleh semua kelenjar lain dalam tubuh. Selain itu, ada juga pons, yang memproses informasi tentang gerakan yang Anda lakukan, dan medula, yang mengendalikan pernapasan, sirkulasi, denyut jantung, dan pencernaan Anda. Mereka melakukan semua ini sekalipun Anda tidak menyadarinya!

Dengan keanekaragaman bagian-bagiannya, bagaimana cara kerja otak? Bagaimana itu berfungsi sebagai dasar untuk ingatan dan alam sadar Anda? Dan, bagaimana Anda dapat memanfaatkan otak Anda dengan cara yang terbaik? Dua artikel berikut memberikan beberapa kemungkinan jawabannya.

[Kotak di hlm. 4]

Mengapa Kita Tidak Membutuhkan Kepala yang Lebih Besar

”Seandainya korteks serebrum pada otak manusia mulus, bukannya berkerut-kerut, maka otak kita akan sebesar bola basket.”​—Profesor Susan A. Greenfield.

[Diagram di hlm. 4, 5]

(Untuk keterangan lengkap, lihat publikasinya)

BEBERAPA KOMPONEN OTAK

Gambar ukuran sebenarnya

Korteks serebrum

Lapisan terluar yang relatif tipis pada setiap belahan serebrum

Serebrum

Struktur otak yang besar dan bundar. Menempati sebagian besar tempurung kepala

Korteks visual

Serebelum

Secara harfiah berarti ”otak kecil”. Struktur yang terdapat pada bagian bawah dan belakang seluruh otak.

Pons

Medula

INTI DALAM

Korpus kalosum

Seberkas serabut saraf yang menghubungkan kedua belahan serebrum

Talamus

Hipotalamus

Mengendalikan fungsi-fungsi tubuh tertentu secara tidak sadar

Kelenjar hipofisis

Otak Anda​—Bagaimana Cara Kerjanya?

”Otak adalah bagian tubuh yang paling sulit dipelajari,” demikian pengamatan E. Fuller Torrey, seorang psikiater di Institut Kesehatan Mental Nasional AS (U.S. National Institute of Mental Health). ”Kita membawanya ke mana-mana dalam tempurung di atas pundak kita, dan hal ini sangat merepotkan untuk diteliti.”

MESKIPUN DEMIKIAN, para ilmuwan mengatakan bahwa mereka telah banyak mengetahui cara otak memproses informasi yang disampaikan pancaindra kita. Misalnya, perhatikan bagaimana otak menangani persepsi visual.

Mata Pikiran Anda

Cahaya masuk ke dalam mata Anda dan jatuh ke retina, yang terdiri dari tiga lapisan sel di belakang bola mata Anda. Cahaya menembus hingga lapisan ketiga. Lapisan ini berisi sel-sel yang dikenal sebagai batang, yang peka terhadap kecemerlangan, dan kerucut, yang tanggap terhadap cahaya dengan berbagai panjang gelombang yang berkaitan dengan warna merah, hijau, dan biru. Cahaya memutihkan pigmen pada sel-sel ini. Selanjutnya, sel-sel ini mengirimkan sinyal ke sel-sel pada lapisan kedua, lalu ke sel-sel lain pada lapisan teratas. Akson pada sel-sel ini bergabung membentuk saraf optik.

Jutaan neuron pada saraf optik tiba di suatu persimpangan dalam otak yang dikenal sebagai kiasma optik. Di sini, neuron-neuron pembawa sinyal dari retina sebelah kiri pada setiap mata bertemu dan mengikuti jalur-jalur paralel ke otak sebelah kiri. Demikian pula, sinyal-sinyal dari bagian kanan setiap retina bertemu dan menuju ke otak sebelah kanan. Impuls-impuls ini selanjutnya tiba di stasiun relai di talamus, dan dari sana neuron-neuron berikutnya meneruskan sinyal tersebut ke bagian belakang otak yang dikenal sebagai korteks visual.

Aspek-aspek informasi visual yang berlainan sama-sama menempuh jalur paralel. Sekarang, para peneliti tahu bahwa korteks visual utama beserta bagian di sekitarnya, bertindak seperti kantor pos dalam menyortir, mengarahkan, dan memadukan berbagai informasi yang dibawa oleh neuron-neuron. Bagian ketiga mendeteksi bentuk, seperti perbatasan suatu benda, dan gerakan. Bagian keempat mengenali bentuk dan warna, sedangkan bagian kelima senantiasa memperbarui peta data visual guna melacak gerakan. Penelitian saat ini menunjukkan bahwa sebanyak 30 bagian otak memproses informasi visual yang dikumpulkan oleh mata! Tetapi, bagaimana mereka dipadukan untuk menyajikan suatu gambar bagi Anda? Ya, bagaimana pikiran Anda ”melihat”?

”Melihat” dengan Otak

Mata mengumpulkan informasi untuk otak, tetapi korteks-lah yang tampaknya memproses informasi yang diterima otak. Sewaktu Anda memotret dengan kamera, foto yang dihasilkan menyingkapkan detail dari seluruh latar. Tetapi, sewaktu mata Anda mengamati pemandangan yang sama, Anda dengan sadar hanya mengamati bagian tertentu pada latar itu yang menjadi pusat perhatian Anda. Bagaimana cara otak melakukan hal ini masih merupakan misteri. Ada yang berpendapat bahwa ini adalah hasil perpaduan informasi visual secara bertahap dalam apa yang disebut zona konvergensi, yang membantu Anda membandingkan apa yang Anda lihat dengan apa yang telah Anda ketahui. Ada juga yang berpendapat bahwa sewaktu Anda tidak melihat sesuatu padahal tidak ada penghalang, penyebabnya hanyalah karena neuron-neuron yang mengendalikan penglihatan pemerhati tidak memercikkan impuls saraf.

Apa pun kasusnya, kesulitan yang dihadapi para ilmuwan untuk menjelaskan penglihatan sama sekali tidak ada artinya bila dibandingkan dengan problem yang dihadapi untuk menentukan apa sebenarnya yang terlibat dalam ”alam sadar” dan ”pikiran”. Teknik-teknik pemindaian, seperti magnetic resonance imaging (MRI) dan positron-emission tomography (PET), telah membuka jendela baru bagi para ilmuwan untuk meneliti otak manusia. Dan, dengan mengamati aliran darah ke bagian-bagian tertentu pada otak selama proses berpikir, mereka telah menyimpulkan dengan yakin bahwa bagian-bagian yang berlainan pada korteks tampaknya membantu seseorang mendengar, melihat, dan mengucapkan kata-kata. Akan tetapi, sebagaimana disimpulkan seorang penulis, ”fenomena pikiran, dan alam sadar, jauh lebih rumit . . . daripada yang pernah diperkirakan orang”. Ya, banyak lagi misteri otak yang masih harus dipecahkan.

Otak​—Hanya Sebuah Komputer yang Menakjubkan?

Kita dapat lebih memahami otak kita yang rumit dengan membuat perbandingan. Di awal revolusi industri, pada pertengahan abad ke-18, orang-orang cenderung membandingkan otak dengan sebuah mesin. Belakangan, sewaktu papan penghubung telepon menjadi simbol kemajuan, orang-orang membandingkan otak dengan sebuah papan penghubung yang sibuk dan seorang operator yang membuat keputusan. Kini, dengan adanya komputer untuk menangani tugas-tugas yang rumit, ada yang membandingkan otak dengan sebuah komputer. Apakah perbandingan ini sepenuhnya menjelaskan cara kerja otak?

Ada perbedaan-perbedaan mendasar yang mencolok antara otak dan komputer. Pada dasarnya, otak adalah sistem kimia, bukan sistem listrik. Banyak reaksi kimia berlangsung dalam tiap sel, dan ini benar-benar berbeda dengan cara kerja komputer. Selain itu, sebagaimana diamati Dr. Susan Greenfield, ”otak sama sekali tidak perlu diprogram: otak adalah organ yang proaktif, beroperasi secara spontan”. Ini berbeda dengan komputer, yang harus diprogram.

Neuron-neuron saling berkomunikasi dengan cara yang rumit. Banyak neuron bereaksi terhadap lebih dari 1.000 masukan sinapsis. Untuk memahami apa artinya ini, perhatikan penelitian salah seorang neurobiolog. Ia meneliti satu bagian di sebelah bawah otak, persis di atas dan di belakang hidung untuk mencari tahu bagaimana kita mengenali bau. Komentarnya, ”Tugas yang tampaknya sederhana ini pun​—yang semudah menjentikkan jari jika dibandingkan dengan membuktikan teorema geometri atau memahami komposisi kwartet alat musik gesek Beethoven​—melibatkan sekitar 6 juta neuron, masing-masing mungkin menerima 10.000 masukan dari rekan-rekannya.”

Akan tetapi, otak bukan sekadar kumpulan neuron. Untuk setiap neuron, ada beberapa sel glia. Selain menyatukan otak, sel-sel ini menjadi insulator elektris untuk neuron, memerangi infeksi, dan bersama-sama membentuk perintang darah-otak yang protektif. Para peneliti berpendapat bahwa sel glia mungkin memiliki fungsi-fungsi lain yang belum ditemukan. ”Penganalogian dengan komputer buatan manusia, yang memproses informasi elektronik dalam bentuk digital, boleh dikata sangat tidak lengkap dan bahkan menyesatkan,” demikian kesimpulan majalah Economist.

Masih ada lagi misteri lain untuk kita bahas.

Terdiri dari Apakah Ingatan Itu?

Ingatan​—”barangkali fenomena yang paling luar biasa dalam dunia hayati”, menurut Profesor Richard F. Thompson​—melibatkan beberapa fungsi yang berbeda dari otak. Sebagian besar sarjana yang meneliti otak membagi ingatan menjadi dua jenis, deklaratif dan prosedural. Ingatan prosedural mencakup keterampilan dan kebiasaan. Sedangkan ingatan deklaratif mencakup penyimpanan fakta. The Brain​—A Neuroscience Primer mengurutkan proses ingatan dari segi waktu: ingatan sesaat, yang bertahan sekitar 100 milidetik; ingatan jangka pendek, yang berdurasi beberapa detik; ingatan kerja, yang menyimpan pengalaman terbaru; dan ingatan jangka panjang, yang menyimpan materi lisan yang telah diulang-ulang, serta keterampilan motorik yang telah dilatih.

Satu hal yang mungkin bisa menjelaskan ingatan jangka panjang adalah bahwa itu dimulai dengan aktivitas di otak bagian depan. Informasi yang dipilih untuk ingatan jangka panjang dihantarkan dalam bentuk impuls elektris menuju bagian otak yang dikenal sebagai hippocampus. Di sini, sebuah proses yang disebut pengaktifan jangka panjang (long-term potentiation) meningkatkan kesanggupan neuron untuk menghantarkan berita.​—Lihat kotak ”Menjembatani Celahnya”.

Sebuah teori lain tentang otak didasarkan atas gagasan bahwa gelombang otak memainkan peran kunci. Para pendukungnya berpendapat bahwa getaran yang teratur pada aktivitas elektris otak, yang mirip dengan entakan genderang, turut mempertajam ingatan dan mengendalikan saat-saat untuk mengaktifkan berbagai sel otak.

Para peneliti berpendapat bahwa otak menyimpan berbagai aspek ingatan di tempat yang berlainan, tiap-tiap konsep dikaitkan dengan bagian otak yang dikhususkan untuk mengindranya. Yang pasti, beberapa bagian dari otak berperan dalam hal mengingat. Amigdala, sekumpulan saraf berbentuk gumpalan kecil seukuran kenari di dekat tangkai otak, memproses ingatan tentang rasa takut. Bagian basal ganglia berfokus pada kebiasaan serta keterampilan fisik, dan di dasar otak terdapat serebelum yang berfokus pada gerakan terlatih serta gerak refleks. Konon, di sinilah tersimpan keterampilan yang melibatkan keseimbangan​—misalnya, keterampilan yang dibutuhkan untuk bersepeda.

Sudah tentu, ini hanyalah sekilas pandang cara kerja otak, tanpa perincian fungsi-fungsi lain yang menakjubkan, seperti ketepatwaktuannya, kecenderungannya untuk menguasai bahasa, keterampilan motoriknya yang rumit, dan caranya mengatur sistem saraf otak maupun organ-organ vital, serta menghadapi rasa nyeri. Selain itu, yang sedang dalam penelitian adalah pembawa-pembawa berita kimiawi dari otak yang berkaitan dengan sistem kekebalan tubuh. ”Kerumitannya sedemikian luar biasa,” kata pakar ilmu saraf bernama David Felten, ”sehingga kita bertanya-tanya apakah kita akan pernah dapat mengetahui cara kerjanya.”

Meskipun masih banyak misteri otak yang belum terpecahkan, organ yang menakjubkan ini memberi kita kapasitas untuk berpikir, merenung, dan mengingat kembali apa yang telah kita pelajari. Tetapi, bagaimana kita dapat memanfaatkan otak dengan cara yang terbaik? Artikel penutup dalam seri ini menyediakan jawabannya.

[Kotak/Gambar di hlm. 8]

MENJEMBATANI CELAHNYA

Sewaktu neuron mendapat rangsangan, sebuah impuls saraf melewati akson pada neuron. Setibanya di sinapsis, impuls ini menyebabkan bola-bola kecil (vesikel sinapsis) di dalamnya, masing-masing berisi ribuan molekul neurotransmiter, melebur dengan permukaan gelembung itu dan melepaskan muatannya ke seluruh sinapsis.

Melalui sistem rumit seperti kunci dan anak kunci, neurotransmiter membuka dan menutup saluran-saluran pada neuron berikutnya. Hasilnya, partikel-partikel bermuatan listrik mengalir ke neuron sasaran dan menyebabkan perubahan kimia tambahan yang memicu impuls elektris di sana atau menghambat aktivitas elektris lebih lanjut.

Sebuah fenomena yang disebut pengaktifan jangka panjang (long-term potentiation) terjadi sewaktu neuron-neuron secara teratur mendapat rangsangan dan melepaskan neurotransmiter melintasi sinapsis. Beberapa peneliti berpendapat bahwa hal ini memperdekat neuron-neuron. Peneliti lain mengemukakan adanya bukti bahwa berita dikirimkan kembali dari neuron penerima ke neuron pengirim. Selanjutnya, hal ini menyebabkan perubahan kimia yang menghasilkan lebih banyak protein lagi yang berfungsi sebagai neurotransmiter. Protein-protein ini kemudian mempererat ikatan antara neuron-neuron.

Perubahan sambungan-sambungan dalam otak, plastisitasnya, menjadi dasar untuk moto, ”Allah bisa karena biasa”. Jadi, untuk terus mengingat sesuatu, Anda perlu sering mengingatnya kembali.

Akson

Serabut pembawa sinyal yang menghubungkan neuron-neuron.

Dendrit

Sambungan pendek dan bercabang banyak yang menghubungkan neuron-neuron.

Neurit

Juluran seperti tentakel pada neuron. Ada dua jenis​—akson dan dendrit.

Neuron

Sel-sel saraf. Otak memiliki kira-kira 10 miliar hingga 100 miliar neuron, ”masing-masing berhubungan dengan ratusan, adakalanya ribuan, sel lain”.

Neurotransmiter

Bahan kimia yang membawa sinyal saraf melintasi celah sinapsis antara sel saraf pengirim, atau neuron, dan sel penerima.

Sinapsis

Celah antara neuron atau saraf pengirim dan penerima

[Keterangan]

Berdasarkan The Human Mind Explained, oleh Profesor Susan A. Greenfield, 1996.

CNRI/Science Photo Library/PR

[Kotak/Gambar di hlm. 9]

KESANGGUPAN KHAS MANUSIA

Bagian khusus pada otak yang dikenal sebagai pusat bahasa memperlengkapi manusia dengan keterampilan komunikasi yang menakjubkan. Apa yang ingin kita ucapkan tampaknya diorganisasi oleh daerah di belahan kiri otak yang dikenal sebagai daerah Wernicke (1). Ini berkomunikasi dengan daerah Broca (2), yang menerapkan aturan-aturan tata bahasa. Selanjutnya, impuls tiba di daerah motorik di dekatnya yang mengendalikan otot-otot wajah dan membantu kita menyusun kata-kata yang tepat. Selain itu, daerah-daerah ini berhubungan dengan sistem visual otak sehingga kita dapat membaca; dengan sistem pendengaran sehingga kita dapat mendengar, memahami, dan menanggapi apa yang orang lain katakan kepada kita; dan, tak terlupakan, dengan bank ingatan kita untuk menyimpan gagasan-gagasan yang bermanfaat. ”Yang benar-benar membedakan manusia dari binatang,” komentar buku kecil Journey to the Centres of the Brain, ”adalah kesanggupan mereka mempelajari berbagai keterampilan, fakta, dan peraturan yang menakjubkan, bukan sekadar hal-hal fisik dalam dunia di sekeliling mereka, tetapi khususnya tentang orang-orang lain dan apa di balik perilaku mereka.”