Model Komputer Menyimulasikan Lamunan

Walaupun semua orang melamun, cara otak membuat lamunan telah tidak jelas.

Kini, saintis telah mencipta model otak maya yang melamun seperti yang dilakukan oleh manusia.

Daydreaming secara tradisinya didefinisikan sebagai pengasingan jangka pendek dari persekitaran seseorang dan merangkumi khayalan, pemikiran, harapan atau cita-cita yang bahagia, menyenangkan. Selalunya lamunan berlaku apabila seseorang itu bosan dengan tugas rutin.

Dalam kajian baru itu, para penyelidik membuat model komputer berdasarkan dinamika sel-sel otak dan banyaknya hubungan yang dibuat oleh sel-sel tersebut dengan jiran mereka dan dengan sel-sel di kawasan otak lain.

Mereka berharap model itu dapat membantu mereka memahami mengapa bahagian otak tertentu berfungsi bersama ketika seseorang melamun atau tidak aktif secara mental. Ini pada gilirannya, suatu hari nanti dapat membantu doktor untuk mendiagnosis dan merawat kecederaan otak dengan lebih baik.

"Kami dapat memberikan luka model seperti yang kita lihat pada strok atau barah otak, melumpuhkan kumpulan sel maya untuk melihat bagaimana fungsi otak terjejas," kata pengarang kanan Maurizio Corbetta, MD, dari Washington University School of Medicine di St. Louis. "Kami juga dapat menguji cara-cara untuk mendorong pola aktivitas kembali normal."

Kajian ini kini tersedia dalam talian di Jurnal Neurosains.

Para saintis pertama kali menyedari pada akhir 1990-an dan awal 2000-an bahawa otak tetap sibuk walaupun tidak melakukan tugas mental.

Para penyelidik telah mengenal pasti beberapa rangkaian otak "keadaan istirahat", yang merupakan kumpulan dari wilayah otak yang berlainan yang mempunyai tahap aktiviti yang naik dan turun selaras ketika otak sedang dalam keadaan rehat. Mereka juga menghubungkan gangguan dalam jaringan yang berkaitan dengan kecederaan otak dan penyakit dengan masalah kognitif dalam ingatan, perhatian, pergerakan dan pertuturan.

Model baru ini dikembangkan untuk membantu para saintis mempelajari bagaimana struktur anatomi otak menyumbang kepada penciptaan dan pemeliharaan rangkaian keadaan rehat.

Para penyelidik memulakan dengan proses untuk mensimulasikan kumpulan neuron kecil, termasuk faktor-faktor yang menurunkan atau meningkatkan kemungkinan sekumpulan sel akan menghantar isyarat.

"Dengan satu cara, kami memperlakukan kawasan kecil otak seperti unit kognitif: bukan sebagai sel individu tetapi sebagai kumpulan sel," kata pengarang bersama Gustavo Deco, Ph.D.

"Kegiatan unit kognitif ini mengirimkan isyarat rangsangan ke unit lain melalui sambungan anatomi. Ini menjadikan unit yang disambungkan lebih kurang cenderung untuk menyegerakkan isyarat mereka. "

Berdasarkan data dari imbasan otak, para penyelidik mengumpulkan 66 unit kognitif di setiap hemisfera, dan saling menghubungkannya dalam corak anatomi yang serupa dengan hubungan yang terdapat di otak.

Para saintis menyusun model tersebut sehingga unit individu menjalani proses pemberian isyarat pada frekuensi rendah rawak yang sebelumnya diperhatikan dalam sel otak dalam budaya dan dalam rakaman aktiviti otak yang sedang berehat.

Seterusnya, penyelidik membiarkan model berjalan, perlahan-lahan mengubah gandingan, atau kekuatan hubungan antara unit. Pada nilai gandingan tertentu, hubungan antara unit yang menghantar dorongan segera mula membuat corak aktiviti yang diselaraskan.

"Walaupun kami memulakan unit kognitif dengan tahap aktiviti rendah secara rawak, sambungan membolehkan unit diselaraskan," kata Deco.

"Pola penyegerakan spasial yang akhirnya kita amati menghampiri dengan sangat baik - sekitar 70 persen - dengan pola yang kita lihat dalam imbasan otak manusia yang sedang berehat."

Menggunakan model untuk mensimulasikan 20 minit aktiviti otak manusia memerlukan sekumpulan komputer yang kuat 26 jam. Tetapi penyelidik dapat mempermudah matematik untuk memungkinkan menjalankan model pada komputer biasa.

"Model keseluruhan otak yang lebih sederhana ini memungkinkan kita menguji sejumlah hipotesis yang berbeza mengenai bagaimana hubungan struktur menghasilkan dinamika fungsi otak pada waktu rehat dan semasa tugas, dan bagaimana kerosakan otak mempengaruhi dinamika otak dan fungsi kognitif," kata Corbetta.

Sumber: Universiti Washington di St. Louis