Sistem atensi selektif yang dinamis: Masalah pada efisiensi proses

Hari ini saya menghadiri kuliah publik (Donders Lecture) yang dibawakan oleh Prof. Sabine Kastner (Department of Psychology, Princeton Neurocience Institute, Princeton University).  Kuliah ini menarik bagi saya yang tengah mencoba memahami interaksi emosi dan kognisi (pemrosesan semantik) lewat mekanisme atensi dalam bahasa pertama dan bahasa kedua.  Kebetulan juga, saya merasa riset Prof. Kastner baik untuk dicermati mengingat beliau seorang ahli elektrofisiologi baik dalam model binatang non-manusia maupun manusia (lewat single-cell recording pada macaque dan ECoG pada manusia).  Biasanya seorang elektrofisiologis tertarik tidak hanya pada struktur tapi juga proses, dan proses adalah bagian yang paling ditekankan bagi seorang ahli ilmu kognitif.

Prof. Kastner memulai kuliahnya dengan menjelaskan dua pertanyaan mendasar: (1) Bagaimana sistem atensi di otak di-set-up sedemikian rupa sehingga bisa memproses informasi secara efisien? (2) Kode neural apa yang bisa memprediksi perilaku atentif?

Prof. Sabine Kastner memulai dengan jaringan neural tipikal (ventral stream) yang selama ini digunakan sebagai model oleh berbagai peneliti di bidang pemrosesan visual/spasial.  Beliau menampilkan lay out otak manusia dalam ruang dua dimensi, dan memperlihatkan bagaimana aktifitas neural secara on-line awalnya sangat kuat di bagian posterior (sensory) cortex lalu disambut dengan aktifitas yang berangsur-angsur menguat dari area pemrosesan kognitif di area frontal dan parietal, hingga akhirnya mereka menyatu menjadi satu kesinambungan (konektifitas).  Artinya ada proses feed-forward dan feedback yang terjadi antara proses sensorik dan atensi selama otak memproses aliran informasi.  Singkat kata, beliau ingin merevisi model tersebut dengan mencermati proses transmisi informasi di level neural selama pemrosesan atentif berlangsung.

Dalam konteks pemrosesan visuo-spasial, model ventral pathway yang tipikal akan mengasumsikan paling tidak dua area otak perlu aktif di visual cortex, yaitu area V4 dan area Temporo-Occipital Cortex (seterusnya saya sebut : TEO).  Menariknya Prof. Kastner tidak puas dengan model ini, karena meskipun kedua area cortex ini penting untuk pemrosesan visual, perlu ada “pihak ketiga” yang mengkoordinasi transmisi signal menjadi efisien.  Calon kuat untuk jadi pihak ketiga ini adalah Pulvinar, gundulan sel yang terletak di posterior thalamus dan langsung berhubungan dengan berbagai area cortex dan karenanya kemungkinan memiliki peran dalam pemrosesan informasi di cortex.  Masalahnya apa peran Pulvinar dalam mekanisme atensi visual?  Beliau mengajukan hipotesis bahwa area Pulvinar adalah koordinator tempo pemrosesan signal, sehingga terjadi sinkronisasi neural (dalam delayed processing yang kemudian termanifestasi lewat frekuensi Gamma) dalam kondisi saat subyek atentif.  Cara pertama yang beliau lakukan adalah melakukan eksperimen behavioral, yaitu Eriksen Flanker (spatial) Task dalam dua kondisi: atentif dan non-attentif, pada macaque yang terlatih sementara aktivitas otak mereka dimonitor dengan teknik single-cell recordings dan DTI (Diffusion Tensor Imaging).  Dengan teknik single-cell recording, para macaque ini memiliki elektrode yang ditanamkan di otak mereka di tiga area yang terkait tujuan penelitian: V4, TEO, dan Pulvinar.  Variabel dependen yang beliau gunakan adalah waktu reaksi (seterusnya disebut RT), SUA (Single Unit Activity of spiking), dan frekuensi signal (dari LFP/Local Field Potentials).

Hasil behavioral-nya cukup menarik, karena Flanker Task ini sudah dilakukan ratusan kali pada manusia, dan pola RT yang didapat dari macaque menunjukkan pola yang sebanding dengan pola RT manusia.  Berarti ada proses yang mirip antar perilaku primata dalam melakukan tugas kognitif ini.  Hasil berikutnya, menunjukkan pola SUA yang diharapkan antara kondisi atentif dan tidak, yaitu, SUA menguat saat “cue” muncul, lalu menurun, dan menguat kembali saat subyek dihadapkan dengan jajaran target yang harus dipilih sesuai cue yang diberikan.  Analisis spektral dilakukan untuk memeriksa apakah ada sinkronisasi neural yang muncul saat subyek atentif dibandingkan ketika tidak atentif.  Secara umum, saat subyek atentif, LFP V4 dan TEO menunjukkan perbedaan sinkronisasi/osilasi yang signifikan (dibandingkan saat tidak atentif) pada frekuensi Gamma. Sejauh ini hasilnya sangat baik.  Tapi belum jelas apa yang terjadi pada Pulvinar dan perannya pada kedua area lain di visual dan temporal cortex.  Untuk menjawab pertanyaan ini, beliau melihat lebih dekat apa yang terjadi selama delayed processing (400-800 ms post stimulus on-set), yaitu setelah cue muncul dan sebelum jajaran target muncul.   Hasilnya menunjukkan menunjukkan saat delay, ada perbedaan sinkronisasi neural yg signifikan pada gelombang Alpha yang datang dari frekuensi LFP Pulvinar dan V4, dan LFP Pulvinar dan TEO dalam kondisi atentif dan non-attentif.  Hal ini mengindikasikan bahwa Pulvinar “sibuk” mengkoordinir tempo sinyal V4 dan TEO saat delay, yaitu saat tidak ada stimulus visual apapun yang dimunculkan, ketika subyek atentif. Artinya, peran Pulvinar memang penting dalam transmisi informasi antara V4 dan TEO, terutama untuk mengatur tempo pemrosesan sinyal visual.

Untuk pertanyaan kedua, beliau memonitor sinkronisasi SUA dan phases pada sinyal elektrofisiologis dari LFP. Beliau menemukan ada perubahan yang terjadi saat subyek atentif dibandingkan saat tidak atentif, yang merujuk pada perubahan pola spiking pada signal phases. Artinya, ada kode neural tertentu yang berasosiasi dengan aktifitas atentif dan non-atentif.

Setelah riset ini dipublikasi, riset-riset mekanisme kognitif pada pasien-pasien yang mengalami lesi di area Pulvinar juga tidak menunjukkan masalah dalam pemrosesan kognitif (recognition, decision-making, memory, dll), tapi mereka mengalami masalah dalam menyelesaikan tugas-tugas kognitif ringan secara efisien.  Prof. Kastner juga telah mereplikasi temuan-temuan ini pada manusia, dan hasil-hasilnya menunjukkan pola yang sebanding.  Hasil-hasil ini menunjukkan, secara umum, bahwa Pulvinar adalah bagian penting dalam mekanisme atensi otak, dan karenanya perlu juga dipertimbangkan dalam model pemrosesan visual yang tradisional.  Pertanyaan saya (dalam hati saja) dan mungkin para kolega lain yang hadir di kuliah hari itu: apakah Pulvinar juga berperan dalam mengatur sinkronisasi aktivitas neural saat pengambilan keputusan?  Yah, ini mungkin masih jadi pertanyaan terbuka.  Mungkin ada di antara teman-teman yang ingin mencoba menguji hal ini?  Bagi saya sendiri, sebenarnya saya akan fokus di aktivitas Anterior Cingulate Cortex/ACC dalam mekanisme atensi.  Jadi soal peran Pulvinar atau Pulvino-cortical connectivity ini untuk sementara saya renungi dulu.

Bila ada yang tertarik membaca artikel Prof. Kastner yang terkait, sila masuk tautan berikut ini:

http://www.sciencemag.org/content/337/6095/753.short

Oke, ini hanya untuk sharing saja.  Mudah-mudahan berguna dan bisa menimbulkan banyak pertanyaan tentang cara berpikir kita (dan merangsang ketertarikan teman-teman untuk belajar cognitive neuroscience). Saya masih perlu membuat power-point untuk PI group meeting mengenai bagaimana melakukan analisis data EEG.  Selamat beraktivitas!

Nijmegen dalam bayangan nan berangin,

Agnes

Cum laude?

Kali ini saya mau berbagi pengalaman menghadiri sidang seorang kandidat PhD.  Sidangnya berjalan sangat baik, bahkan lebih baik dari yang pernah saya hadiri sebelumnya.   Si kandidat, teman saya sesama PhD di Donders Institute, telah berhasil menyelesaikan 2 artikel studi behavioral, 2 artikel studi fMRI, dan 2 artikel tinjauan teoretik mengenai teorisasi/modeling dan studi empirik pemrosesan konseptual dan perseptual dalam upaya individu memahami perilaku orang lain.   Semua studi dipresentasikan dengan luwes dan cerdas dan dipublikasikan dalam jurnal dengan impact factor tinggi.  Pada saat sesi tanya-jawab, semua pertanyaan dijawab dengan penjelasan yang sarat dengan wawasan baru baik secara filosofis maupun empirik eksperimental.  Para penguji yang berasal dari Oxford University, University College London (Britania Raya) dan University of Trento (Italia) pun memuji-muji kualitas analisis dan teori sang kandidat PhD ini.

Terkagum-kagum, saya pun bertanya-tanya: Akankah dia jadi cum laude?  Saya yang penasaran lalu bertanya pada seorang teman yang ikut hadir bersama saya di sidang itu.  Menurut teman saya, predikat cum laude menurut standard Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour – bukan standard Radboud University Nijmegen – hanya dianugerahkan pada seorang PhD, apabila ia berhasil mempublikasikan banyak artikel (bukan presentasi dalam konferensi) dalam jurnal dengan impact factor tinggi.  Okay, saya mengangguk-angguk.  Tapi berapa banyak artikel yang harus dihasilkan?  Enam?  Delapan?  Teman saya menggeleng-gelengkan kepalanya.  Ternyata untuk mendapatkan predikat cum laude dari Donders Institute, seorang PhD harus menghasilkan minimum 12 artikel jurnal.  Mendengar ini, saya hanya bisa melongo sementara teman saya menjelaskan lebih lanjut bahwa ternyata sudah pernah ada anak PhD di Donders Institute yang berhasil mencapai predikat cum laude dengan jumlah artikel sekitar 25 buah!   *Hening di alam mental saya*  Sekitar sedetik kemudian saya kembali ke alam sadar dan hanya bisa tersenyum kecut.  Pantas saja, hampir tidak ada PhD Donders Institute yang lulus dengan predikat cum laude.  :-P  :-D

Research: Individual or group outcomes?

Is research a lonely, individual enterprise or is it a group enterprise?  Logically, it is both as you always need other people whom you can get more knowledge or discuss with while working on an individual research project.   For me, the research evaluation process usually gives an insight to empirically answer such question.  Every 4 years, an external committee that comprises of 9 (nine) highly respected researchers in Neuroscience world community, comes to Donders Institute to evaluate the quality of achievements that the institute has already shown throughout the years.  At some points of the evaluation process, the external committee will be asked to attend presentation events delivered by each of our Principal Investigators and to visit each of the research centers that comprise the whole Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour.  These research centers are Donders Centre for Cognition, Donders Centre for Cognitive Neuroimaging, and Donders Centre for Neuroscience.  In total, there are 400 researchers working at the institute.  They come from around 35 countries all over the world and their projects in Neuroscience range from molecule to behavioral level, from studying epilepsy in rats to neuroplasticity, perception and language processing in special/clinical populations.  So, it’s sorta big deal for a 2-day evaluation visit! 

However, this evaluation process can be exciting for a PhD like me.  First of all, some of the committee members are famous neuroscience celebrity such as Dr. Michael Gazzaniga, Dr. Paul Matthews, and Dr. Kia Nobre.  Secondly, this is the special time for a PhD researcher to do direct within-group observation, comparison and evaluation regarding the average quality of your colleagues as members of a bigger research sub-group as a group achievement is driven by excellent work of the group members, NOT merely by that of the principal investigator aka advisor aka professor.  A similar comparison can also be carried out in a between-sub-group perspective such that you compare the strength differences among sub-groups within a research center (the one that you work for at the moment, of course).  The sub-groups might be linked to each other as they (apparently) work within the same research theme/scope but they use slightly different approaches or techniques in the imaging analysis.  By doing all of this, I hope to find which part is interesting to be worked jointly in our center or just plainly observe what is better on other groups’ performance to learn new things that might be important to be worked on in my own group in the coming year.  As a PhD, it is a privilege to have the opportunity to judge and calibrate where and when I should better perform in order to overcome insufficient results.  This means during a certain period, I should be able to learn whether better planning, more efficient communication and discussions, etc are necessary.  Taking the right action following all of these insights is another step of becoming a researcher, in my heartily opinion.

For a quite big research institute such as Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, a comprehensive evaluation system (which includes an external committee) can help its researchers as group members and individuals, to improve their performance and to increase the scope of their research enterprise.   Finally, the group performance in the end strongly indicates the scope and quality of our individual research and therefore it might be more realistic to think of research as collaboration and teamwork, not merely a lonely project.

Database Psikolinguistik Bahasa Indonesia untuk partisipasi umum

Link survei internet Bahasa Indonesia

Bagi para pembicara Bahasa Indonesia, silakan berpartisipasi dalam on-line survey kami.  On-line survey ini akan dikembangkan sebagai database Bahasa Indonesia demi menunjang riset-riset eksperimental mengenai berbagai aspek pemrosesan bahasa, yang juga terkait dengan perilaku, otak dan pikiran.   Bila anda juga pembicara salah satu/beberapa bahasa lokal di Indonesia, atau menguasai bahasa lainnya sejak usia dini, anda tetap bisa berpartisipasi dalam survey ini.  Silakan memulai dengan meng-klik link di atas.

Welcome!!

Welcome to my blog! The blog is intended to be a virtual room for my catharsis or soliloquy while catching up with what’s been going on in cognitive and affective neuroscience fields nowadays. However, I’d love to share some of my thoughts with you and any comments on them are heartily welcome.  Speaking about cognitive neuroscience, my scientific interests basically lie in the broader areas of cognitive science, concepts/knowledge representation, psycholinguistics, lexical-semantics, conceptual processing and emotional language processing in bi-/multilinguals.  In the year of 2011, I started working on my PhD at Donders Institute for Brain, Cognition, and Behaviour (Donders Centre for Cognition) at Radboud University Nijmegen, Netherlands, focusing on the neural correlates of various aspects of emotional L2 processing.  In addition to working on some experimental studies on bilingual language processing in Indo-European speakers, I also want to contribute to the people of my country and motherland, Indonesia, by constructing some psycholinguistic measures of Bahasa Indonesia.  These measures are intended to be the basis of a comprehensive psycholinguistic database of Bahasa Indonesia.  If you are an Indonesian speaker and willing to participate in the survey, please search for INDANEW/ http://cognitivestuff.wordpress.com/tag/indanew/ on my website.