Mikroskop Satu Gram Memungkinkan Ilmuwan Mengamati 8.500 Neuron Sekaligus

Memahami bagaimana otak mengubah miliaran neuron yang menyala bersama menjadi satu keputusan, ingatan, atau gerakan tiba-tiba adalah salah satu masalah tersulit dalam sains. Sebagian besar kesulitannya adalah sekadar melihatnya terjadi: sebagian besar alat pencitraan berukuran besar, terikat kabel, atau hanya dapat mengamati sebagian kecil jaringan otak pada satu waktu. Tim peneliti Tiongkok mengatakan kini telah membangun mikroskop nirkabel teringan dari jenisnya, perangkat dengan berat hanya satu gram yang dapat merekam aktivitas ribuan neuron pada hewan yang bergerak bebas.

Instrumen ini adalah mesoskop, kelas mikroskop yang dirancang untuk mencitrakan area jaringan yang relatif luas daripada sel tunggal. Menurut CCTV, perangkat tim tersebut bekerja pada bidang pandang selebar enam milimeter dan dapat membedakan sel individu. Dalam pengujian pada tikus, perangkat ini menangkap aktivitas lebih dari 8.500 neuron di korteks serebral sekaligus — sekitar 25 kali jumlah yang dapat direkam secara bersamaan oleh peralatan sejenis yang ada. Hasilnya diterbitkan secara online pada 19 Oktober di Nature, salah satu jurnal ilmiah terkemuka dunia.

Terobosan ini sama-sama merupakan prestasi rekayasa dan biologi. Mikroskop meja konvensional tidak dapat dipasang di kepala tikus, dan kabel yang terhubung ke rig tetap akan mengikat hewan dan mendistorsi perilaku yang justru ingin diamati ilmuwan. Memadatkan optik, sensor, daya, dan transmisi nirkabel ke dalam sesuatu yang dapat dibawa hewan tanpa tekanan berarti memerlukan pendekatan baru dalam miniaturisasi dan penanganan data. Dengan berat satu gram, perangkat ini cukup ringan sehingga peneliti yakin tidak akan mengganggu gerakan alami secara berarti.

Hal itu penting karena perilaku adalah tempat aktivitas otak menjadi bermakna. Mengamati neuron menyala saat hewan menjelajah, bersosialisasi, mempelajari tugas, atau bereaksi terhadap ancaman adalah inti untuk memahami bagaimana sirkuit saraf mengatur perilaku kompleks. Hingga kini, laboratorium sering harus memilih antara perekaman resolusi tinggi pada hewan yang kepalanya terfiksasi dan pengamatan lebih luas pada hewan yang dapat bergerak bebas. Perangkat nirkabel yang menangkap ribuan sel sekaligus menjanjikan akan memperkecil trade-off itu secara signifikan.

Publikasi di Nature memberikan visibilitas internasional pada karya ini dan menandakan bahwa hasilnya lolos tinjauan sejawat yang ketat. Ini juga menempatkan kelompok riset Tiongkok dengan kuat di antara para pemimpin dalam perangkat keras neuroteknologi, bidang di mana pembuatan alat secara historis didominasi oleh laboratorium di Amerika Serikat dan Eropa. Tim belum merinci peluncuran komersial, tetapi perangkat seperti ini cenderung menyebar cepat di komunitas neurosains, karena jendela yang lebih baik ke otak berguna bagi hampir setiap laboratorium yang mempelajarinya.

Bagi masyarakat luas, manfaat praktisnya kemungkinan tidak langsung tetapi nyata. Memetakan bagaimana populasi neuron besar berkoordinasi adalah fondasi untuk penelitian tentang pembelajaran, memori, tidur, dan penyakit neurologis. Alat yang lebih baik tidak secara otomatis menghasilkan pengobatan, tetapi mengubah pertanyaan mana yang menjadi dapat dijawab. Mikroskop yang dapat mengikuti ribuan neuron melalui perilaku sehari-hari mengubah beberapa eksperimen yang sebelumnya hipotetis menjadi rutin.

Ada batasan yang perlu dicatat. Pekerjaan ini dilakukan pada tikus, dan menerjemahkan temuan antarspesies tidak pernah otomatis. Perangkat ini juga merekam dari korteks, wilayah permukaan, bukan struktur otak dalam. Namun, angka utama — satu gram, pandangan enam milimeter, lebih dari 8.500 neuron sekaligus — adalah jenis tonggak yang mengatur ulang ekspektasi tentang apa yang bisa menjadi sensor otak yang dapat dikenakan.

Bagi bidang yang telah lama dibatasi oleh instrumennya, itu signifikan. Langkah berikutnya adalah melihat seberapa luas laboratorium lain mengadopsi perangkat ini dan penemuan apa yang menyusul setelah mengamati ribuan neuron sekaligus menjadi hal biasa.