Ahmad Faried, MD, PhD
Brain Interconnectedness
and Wisdom
Bagaimana OTAK bekerja?
Untuk mengetahuinya, kita harus tahu bagaimana OTAK
terbentuk dan bagaimana sinyal-sinyalnya secara luas
Terintegrasi dalam sistem jaringan dalam jaringan
(Network of Networks)
Hubungan antar modul berbeda yang sangat kompleks ini
amat unik untuk dipelajari...
NETWORKS
Gambaran SederhanaInterkoneksi Otak
Pertumbuhan interkoneksi otak jauh lebih cepat darijumlah neuron itu sendiri
Jumlah neuron 2
Jumlah neuron 4
Jumlah neuron 8
Perkembangan OTAK
Primates brain
Mammalian brain
Reptile brain
Neocortex (1)Thoughts, LogicIntelligenceRationalityFeelings
Midbrain-Limbic’s (2)Memory Emotional
Brainstem (3)Fight or flight Survival Instinct
LIMBIC
Projection, Association and Commission
The association areas integrate sensory information and stored memories. More intelligent animals have increased “uncommitted” or association areas of the cortex.
3 Types of Connections
Prinsip Organisasi Otak
Konektivitas
anatomis kombinasi
masif
1Sistem koneksi
anatomis kortikal
dan subkortikal
2Konektivitas
fungsional
yang terdistribusi luas
3 4 5Network otak yang
saling tumpang tindihNetwork otak yang
dinamis
Teknik Mengukur Konektivitas Otak
Basch et al., Neuroimage 2013
Aspek anatomis penting dari otak
• Interkonektivitas masif
• Aksesibilitas global tinggi
• Adanya regio-regio dengan konduktivitas
tinggi
Sebagai contoh:
• 92% densitas konektivitas yang tersebar di
17 pusat di cortex parietal, temporal dan
frontal
KonektivitasAnatomis
Kombinasi Masif
Sistem Koneksi Anatomis Kortikal dan SubkortikalKonsep sistem cortico–basal ganglia–thalamo–cortical → membentuk koneksi timbal balik,
paralel dan loop → sirkuit terintegrasiInput dan output sangat beragam → sangat sensitif untuk membentuk dan menerima berbagai
signal (sensoris, kognitif, emosional, motivational, motorik) dengan berbagai jenis neurotrans-mitter (acetylcholine, dopamine, epinephine, norepinephrine, serotonin)
1 regio fungsional otak biasanya berafiliasi membentuk
cluster dengan regio lain untuk membentuk sirkuit
Contoh: konektivitas fungsional amygdala lebih
berasosiasi dengan koneksi struktur monosinaptik dan
polisinaptiknya → inaktivasi kimia selektif pada
amygdala akan mendegradasi konektivitas fungsinya
terhadap regio otak lain (prefrontal, orbitofrontal,
anterior cingulate, anterior temporal cortex)
KonektivitasFungsional yang
Terdistribusi Luas
•Network otak tidak statis namun temporer dan
dinamis → sangat dipengaruhi oleh berbagai
variabel seperti kognitif, emosional dan
motivational
•Otak berevolusi seiring dengan waktu → koalisi
antara regio otak yang berbeda secara dinamis
sesuai kebutuhan
Network Otak yang Dinamis
Modeling of Human Neural Networks
Lynn and Bassett, Nature 2019
Modeling of Human Neural Networks
Computational Modeling of Neural Networks
Lynn and Bassett, Nature 2019
Computational Modeling of Neural Networks
Arsitektur SistemFungsional Teritegrasi
• Closed loop → loop kembali ke regio asal
• Open loops → loop kembali dengan cara yang tidak
berhubungan secara topografis
Kedua loop ini menghubungkan cortex dengan
area subkortikal, brainstem dan komponen berbeda lain
→ konvergensi dan integrasi regio otak
Hubungan denganBelajar & Memori
• Berdasarkan konsep ini otak dan pikiran bukan sesuatu yang
statis → dinamis dan flexibel dan sangat bergantung pada
konten → otak bukan membuat afeksi → fungsi spesifik →
proses mental multipel: kesadaran, atensi, nilai, determinasi,
membuat keputusan
• Belajar dan Memori → status fungsi yang diimplementasikan
oleh sistem neural untuk meregulasi perilaku kompleks
Apakah ada sirkuit spesifik untukBelajar dan Memori?
• Regio otak yang di midbrain yang dikenal dengan system
Limbic (entorhinal) ini menerima input aferen dari area
neokorteks melalui jaras perforantes hippocampus
• Beberapa regio tertentu di otak akan diaktivasi atau
berpartisipasi bersamaan dalam melakukan tugas tertentu
• Sangat penting untuk memahami hal ini dalam memberikan
terapi bagi gangguan belajar dan memori.
LIMBIC Systems
The Amygdala almond-shaped neural clusters linked to the emotions of fear and anger.
The Hippocampusprocesses memories
Hippocampus
AmygdalaAmmon’sHorn
3 Layers
Tidak hanya Memori, Brain Network juga
menentukan kecerdasan
Human Connectome Project
Project database online untuk melihat jaras utama
otak membandingkan sirkuit-sirkuit tertentu,
eksplorasi regio-regio dan sel otak serat fungsi-
fungsi yang bergantung kepadanya.
Database ini memuat kompilasi data persarafan dan
secara grafis menavigasi data dan kesempatan untuk
eksplorasi lebih dalam tentang otak manusia.
http://www.humanconnectomeproject.org/
Penelitian oleh Shine, et al
tugas kognitif → diameter pupil lebih
besar → aktivasi locus coeruleus → signal
aktivasi ke berbagai macam regio otak
Adanya perbedaan profile pemetaan otak
lewat fMRI saat pengerjaan tugas kognitif
→ lebih banyak regio otak yang ikut
terlibat
Profile cartography Pupil dan interkoneksi
Brain Profile CartographyTujuan: mengetahui bagaimana area terpisah dari otak berkoordinasi sepanjang waktu, saat istirahat ataupun
sedang melakukan aktivitas yang menantang secara mental dan kognitif.
Data fMRI ( functional magnetic resonance imaging) memperlihatkan real-time data regio mana dari otak yang
aktif saat orang tidak atau sedang melakukan suatu tugas. Analisis mengestimasi jumlah aliran darah di kedua
belah otak dan menggunakan hitungan matematis dari grafik untuk menyimpulkan bahwa seluruh jaringan otak
terorganisasi.
DItemukan bahwa network otak selalu berfluktuasi antara bagian otak fungsi luhur dan yang lebih rendah selalu
dialiri darah dengan jumlah yang berfluktuasi.
Ditemukan juga bahwa otak manusia lebih terintegrasi dan sangat dinamik pada orang-orang yang melakukan
tugasnya dengan cepat dan keakuratan paling baik.
Peningkatan profil peta otak saat melakukan fungsi kognitif
Hubungan brain inter-connectedness and fungsi
kognitif diperlihatkan dalam"Cognitive function Mapping"
• Melihat hubungan antara fungsi kognitif otak
• Mendapatkan pengertian yang komprehensif
tentang kognisi manusia
• Mendapatkan visualisasi dari seluruh
gambaran besar yang memperlihatkan
hubungan antara fungsi kognitif tersebut.
Cognitive Function Mapping
Pemetaan ini memperlihatkan
bagaimana cluster otak dari
berbagai regio otak tertentu
berhubungan & melakukan fungsi
kognitif yang berbeda-beda
Cognitive Function Mapping
Interconnecting Consciousness
Proses "sadar" pada manusia bukan suatu hal yang sederhana. Kesadaran
penuh dan dapat melakukan berbagai tugas kognitif, motorik serta
emosional di manusia sangat bergantung pada interkoneksi regio-regio otak
antara satu dengan yang lain.
Persepsi kesadaran manusia direpresentasikan di dalam bagian posterior
cotex otak (lobus occipital), lobus temporal dan parietal serta proses
eksekutif di prefrontal lobe.
Konsep fungsi kesadaran otak
Kesimpulan
• Otak bekerja secara dinamis dan sangat bergantung dengan interkoneksi antara
bagian-bagian struktur fungsi masing-masing regionya
• Fungsi luhur otak, emosi, kesadaran sangat dipengaruhi integritas interkoneksi otak
• Semakin terintegrasi struktur interkoneksi fungsi ini, penelitian memperlihatkan
bahwa semakin "cerdas" dan perhatian individu tersebut
• Kesadaran akan sekitar sangat bergantung pada integrasi fungsi persepsi, fungsi luhur
dan kesadaran secara fisik itu sendiri
• And men should know that from nothing else but from the brain came joys,
delights, laughter and jests, and sorrows, griefs, despondency and lamentations.
And by this, in an especial manner, we acquire wisdom and knowledge and see
and hear and know what are foul, and what are fair, what sweet and what
unsavory (HIPPOCRATES)
Nothing in life is to be feared.
It is only to be Understood.Marie Curie. Scientist (1867-1934)
Have Fun, go Mad..