Otak Ternyata Bisa Memakai Ulang “Modul” untuk Menyimpan Ingatan dan Rencana

Peneliti MIT dan Princeton menemukan bukti bahwa otak tidak harus menyediakan satu kelompok neuron khusus untuk setiap jenis informasi. Sebagian kelompok neuron di korteks prefrontal—wilayah otak yang berperan dalam memori kerja, pengambilan keputusan, dan perencanaan—tampaknya dapat digunakan kembali. Kelompok yang sama bisa mempertahankan ingatan tentang rangsangan sensorik, lalu beralih untuk menyimpan rencana tindakan.

Temuan ini menggambarkan otak sebagai sistem yang tidak hanya memiliki “perangkat” khusus, tetapi juga dapat merakit dan memakai ulang komponen yang sudah tersedia. Karena itu, para peneliti mengibaratkannya sebagai “LEGO kognitif”.

Apa yang dilakukan dalam eksperimen pada tikus?

Tikus menjalani tugas delayed match-to-sample with delayed report. Dalam tugas ini, tikus mendengar nada tinggi atau rendah, mengingat nada pertama, lalu membandingkannya dengan nada kedua. Setelah menentukan apakah keduanya cocok, tikus harus mempertahankan keputusan atau rencana tindakannya sampai saat memberikan respons.

Peneliti merekam aktivitas ribuan neuron di korteks prefrontal medial dan korteks parietal posterior. Analisis komputasional menemukan sejumlah “ruang” aktivitas saraf yang berhubungan dengan pemrosesan rangsangan dan pemeliharaan informasi dalam memori.

Hasil terpenting terlihat di korteks prefrontal. Kelompok neuron yang membantu mempertahankan ingatan sensorik selama jeda pertama dapat digunakan kembali untuk mempertahankan rencana tindakan selama jeda berikutnya. Dengan kata lain, kelompok neuron tersebut tampaknya menjalankan komputasi yang sama—mempertahankan informasi—untuk isi yang berbeda.

Korteks prefrontal fleksibel, korteks parietal lebih khusus

Pola di korteks parietal posterior berbeda. Kelompok neuron di wilayah ini cenderung lebih terspesialisasi dan lebih konsisten berkontribusi pada jenis informasi tertentu, alih-alih berganti peran seperti kelompok di korteks prefrontal.

Perbedaan ini mengarah pada dugaan adanya pembagian kerja: korteks parietal mungkin membantu memproses atau mempertahankan representasi yang lebih spesifik, sementara korteks prefrontal memiliki susunan yang lebih fleksibel untuk mengatur informasi sesuai kebutuhan tugas.

Apa yang ditunjukkan oleh jaringan saraf buatan?

Untuk menguji apakah pola tersebut hanya kebetulan pada tikus, peneliti melatih jaringan saraf berulang (recurrent neural network atau RNN) menghadapi tuntutan tugas yang serupa. Jaringan ini mengembangkan organisasi modular yang dapat digunakan kembali. Ketika kelompok tertentu dinonaktifkan, komputasi tertentu ikut terganggu—sebuah hasil yang mendukung gagasan bahwa modul-modul tersebut berguna secara fungsional, bukan sekadar pola aktivitas yang terlihat dalam rekaman.

Namun, simulasi itu bukan bukti bahwa otak tikus dan jaringan buatan bekerja dengan cara yang sepenuhnya sama. Hasilnya lebih tepat dipahami sebagai dukungan bahwa arsitektur modular dan penggunaan ulang merupakan solusi komputasi yang masuk akal untuk menjalankan tugas kognitif yang fleksibel.

Mengapa “LEGO kognitif” penting?

Konsep ini mendukung gagasan tentang kognisi komposisional: perilaku yang kompleks dapat dibangun dengan menggabungkan dan menggabungkan ulang komponen yang lebih sederhana. Dengan sumber daya saraf yang terbatas, otak tidak perlu mempelajari setiap tugas dari nol. Ia dapat memakai kembali operasi yang telah dikuasai, lalu mengubah kombinasi modul atau jenis informasi yang dibawa modul tersebut.

Arsitektur semacam ini mungkin membantu menjelaskan beberapa kemampuan otak, antara lain:

• belajar dengan contoh yang lebih sedikit karena operasi yang sudah dipelajari dapat digunakan kembali;
• berpindah cepat di antara aturan, tugas, ingatan, dan rencana;
• membangun perilaku baru dengan mengombinasikan komponen lama; serta
• beradaptasi tanpa harus membentuk jaringan yang benar-benar baru untuk setiap situasi.

Temuan ini juga menawarkan arah bagi pengembangan kecerdasan buatan. Banyak sistem AI masih memerlukan pelatihan ulang yang besar ketika menghadapi tugas terkait dan dapat mengalami catastrophic forgetting, yakni kehilangan kemampuan lama saat mempelajari kemampuan baru. Memahami cara otak menggunakan kembali modul mungkin membantu peneliti merancang sistem yang lebih hemat data dan lebih mudah beradaptasi.

Apa yang belum terbukti?

Rekaman aktivitas neuron pada tikus menunjukkan pola yang konsisten dengan penggunaan ulang kelompok neuron, tetapi belum membuktikan bahwa setiap kelompok tersebut secara kausal menghasilkan perilaku tertentu. Dengan kata lain, penelitian ini menemukan hubungan antara aktivitas saraf dan fungsi yang diamati, bukan mekanisme lengkap yang membuktikan sebab-akibat atau menjelaskan seluruh fleksibilitas berpikir seperti manusia.

Selain itu, salah satu sumber yang tersedia menyebut karya terkait sebagai pracetak yang belum melalui tinjauan sejawat. Karena itu, temuan tersebut masih perlu dinilai melalui penelitian lanjutan dan replikasi independen.

Eksperimen kausal berikutnya

Para peneliti berencana memanipulasi atau mengganggu kelompok neuron prefrontal yang telah diidentifikasi pada tahap-tahap tertentu dalam tugas. Tujuannya adalah menguji apakah kontribusi kelompok yang sama benar-benar berubah dari mempertahankan ingatan sensorik menjadi mempertahankan rencana tindakan.

Prediksi utamanya: jika kelompok neuron yang sama diganggu pada waktu yang berbeda, gangguan tersebut akan memengaruhi fungsi informasi yang berbeda. Bukti yang tersedia belum menjelaskan metode intervensi maupun jadwal eksperimen secara spesifik.

Bagaimana penelitian ini didanai?

Sumber yang tersedia belum memberikan bukti yang cukup untuk menetapkan pendanaan penelitian MIT–Princeton ini secara khusus. Pernyataan pendanaan dari Princeton yang menyebut U.S. Office of the Director of National Intelligence dan National Institutes of Health berkaitan dengan proyek terpisah tentang koneksi otak tikus, sehingga tidak boleh secara otomatis dikaitkan dengan penelitian modular ini.