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

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s