Apakah bayi memahami dunia sejak lahir?

Putra pertama Rebecca Sachs , Arthur, pertama kali masuk ke tabung mesin MRI untuk membangun pemindaian otak ketika ia baru berusia satu bulan. Sachs, seorang spesialis kognitif di Massachusetts Institute of Technology, pergi ke sana bersamanya. Dia merasa tidak nyaman berbaring tengkurap dengan wajahnya di sebelah popok bayi, tetapi dia membelai dan menenangkannya sementara tiga magnet Tesla berputar di sekitar mereka. Arthur tidak menunjukkan kekhawatiran dan tertidur.

Semua orang tua tertarik dengan apa yang terjadi di kepala bayi, tetapi hanya sedikit orang yang memiliki kesempatan untuk mengetahuinya. Pada saat Sachs hamil, dia telah bekerja dengan rekan-rekannya selama bertahun-tahun untuk mengembangkan skema untuk mendapatkan gambar aktivitas otak pada bayi. Namun perkiraan tanggal pengirimannya pada September 2013 memberi proyek dorongan yang dibutuhkan untuk menyelesaikannya.

Selama 20 tahun terakhir, para peneliti telah menggunakan MRI fungsional untuk memeriksa fungsi otak anak-anak dan orang dewasa. Tetapi fMRI, seperti daguerreotype abad ke-19, membutuhkan imobilitas total objek pemindaian, atau gambar akan buram. Bayi yang bangun adalah gerakan yang gelisah, dan mereka tidak bisa dipaksa berbaring diam dengan bujukan atau janji. Sejumlah kecil penelitian fMRI yang ada saat ini didasarkan pada gambar otak bayi yang tidur yang telah bermain musik.

Tapi Sachs ingin mencari tahu bagaimana bayi melihat dunia saat bangun. Dia perlu mendapatkan gambar otak Arthur melihat klip video. Dengan subjek dewasa, ini mudah. Ini diperlukan untuk mendapatkan pertanyaan yang lebih serius: apakah otak bayi bekerja seperti miniatursalinan otak orang dewasa , atau mereka berbeda secara fundamental? "Saya memiliki masalah perkembangan otak yang mendasar, dan saya memiliki bayi dengan otak yang berkembang," katanya. "Dua hal terpenting dalam hidup saya untuk sementara bergabung di dalam mesin MRI."

Sachs mengambil cuti hamil, tergantung dengan Arthur di dalam mobil. "Kadang-kadang dia tidak menyukainya, kadang-kadang dia tertidur, atau nakal, atau berpakaian," katanya. "Jarang mendapatkan data bagus tentang otak bayi." Di sela-sela sesi, Sachs dan rekannya memeriksa data, menyetel eksperimen, dan mencari pola di otak Arthur. Ketika mereka berhasil mendapatkan hasil pertama yang bermanfaat, Arthur berusia 4 bulan, dan Sachs "melompat ke langit-langit dengan gembira."

Pekerjaan terbaruyang muncul di Nature Communications adalah puncak lebih dari dua tahun bekerja dengan gambar otak Arthur dan delapan bayi lainnya. Dalam karya tersebut, para ilmuwan menemukan kesamaan tak terduga dengan mana otak bayi dan orang dewasa merespons stimulasi visual, serta beberapa perbedaan yang menarik. Studi ini adalah langkah pertama di jalan yang diharapkan Sax akan menjadi upaya besar untuk memahami tahap awal perkembangan pikiran.

* * *

fMRI mungkin merupakan alat yang paling berguna, dengan pengecualian pembedahan tengkorak yang dimiliki para ilmuwan. Itu tergantung pada perubahan aliran darah di area otak yang paling aktif, yang membuat sinyal terdeteksi oleh mesin. Ada kritik dalam teknik ini, karena sistem ini tidak mengukur aktivitas otak secara langsung, dan gambar yang sederhana dan jelas tergantung pada manipulasi statistik yang terjadi di balik layar proses. Namun demikian, fMRI membuka kemungkinan baru, dan memberi para ilmuwan, seperti kata Sachs, "peta otak yang bergerak." Para ilmuwan telah menemukan dalam detail terkecil bagaimana bagian otak yang berbeda mengatur aktivitas mereka tergantung pada apa yang dilakukan, dirasakan, atau dipikirkan seseorang.

Area berbeda dari korteks serebral juga melakukan tugas yang berbeda. Nancy Canviser[Nancy Kanwisher], seorang ahli saraf di MIT dan mantan supervisor penelitian Sax, telah menemukan area KGM dari “area wajah berbentuk gelendong” yang merespons gambar wajah lebih dari stimulasi visual lainnya. Laboratoriumnya juga bekerja pada penemuan gyrus para-hippocampal, yang merespons gambar tempat. Sebagai seorang mahasiswa pascasarjana dan bekerja di laboratorium Canviser, Sachs menemukan area otak yang dirancang untuk bekerja dengan model jiwa manusia (memahami kesadaran orang lain) - yaitu, untuk memproses pikiran yang berkaitan dengan pemikiran orang lain. Sejak itu, beberapa laboratorium telah menemukan daerah otak yang menganalisis situasi sosial dan membuat keputusan.

Sax, yang berbicara dengan cepat dan terpancar dengan intelek, paling prihatin dengan pertanyaan filosofis dan mendasar tentang otak. Dari sudut pandangnya, pertanyaan jelas berikutnya adalah: bagaimana organisasi otak? "Ketika Anda melihat fungsi yang kaya dan abstrak dilakukan oleh otak - moralitas, model kondisi mental - Anda langsung bertanya-tanya bagaimana semua itu muncul di sana?" Katanya.



Apakah otak telah berevolusi sedemikian rupa untuk menyoroti area yang terpisah untuk hal-hal paling penting bagi kelangsungan hidup kita? Atau "apakah kita dilahirkan dengan kotak alat multifungsi yang luar biasa yang dapat mempelajari organisasi dunia yang disediakan untuknya?" Apakah kita datang ke dunia ini dengan cetak biru bawaan, yang sesuai dengan area khusus yang muncul di otak, misalnya, untuk pengenalan wajah, atau apakah kita mengembangkan area khusus seperti itu berbulan-bulan atau bertahun-tahun setelah kita melihat banyak wajah di sekitar kita? "Struktur dasar otak manusia bisa serupa untuk semua orang, karena bagi semua orang dunia hampir sama," katanya. Atau dasar-dasar ini mungkin ada sejak lahir.

* * *

Riley LeBlanc memuntahkan putingnya dan mulai berteriak. Dia berusia lima bulan, di kepalanya ada setumpukan rambut cokelat bergelombang, dan dia sibuk dengan pakaiannya yang terbungkus kain, sementara Heather Kosakowski, kepala lab Sax, mengayunkan Riley, berdiri di sebelah mesin MRI besar di lantai dasar gedung. Departemen Penelitian Otak dan Ilmu Kognitif di MIT. Lori Fauci, ibu Riley, duduk di kursi pemindai, mengeluarkan boneka lain untuk bayinya dari saku belakangnya.

Semuanya dilakukan di sini untuk menenangkan Riley. Ruangan itu remang-remang, lagu pengantar tidur terdengar dari speaker dalam bentuk versi tingling lagu-lagu populer untuk piano mainan (saat ini Guns N 'Roses, "Sweet Child o' Mine").


Sama sekali bukan piano mainan, tetapi kinerjanya bagus.

Di kursi pemindai terdapat koil frekuensi radio yang dirancang khusus - bangku tempat tidur dan helm berukuran anak-anak - yang seharusnya berfungsi seperti antena untuk sinyal radio selama pemindaian. Mesin MRI diprogram untuk menghasilkan lebih sedikit noise dari biasanya agar tidak merusak pendengaran halus bayi.

Setelah beberapa kesalahan dimulai, Riley siap untuk berbaring dalam gulungan tanpa ribut-ribut. Ibunya sedang berbaring tengkurap sehingga tangan dan wajahnya berada di sebelah Riley dan menenangkannya. Kozakowski mendorong ibu dan anak ke dalam pemindai dan pergi ke kamar sebelah, dan Lyne Herrera, teknisi laboratorium lain, tetap berada di ruangan dengan MRI dan tangan Kozakowski untuk mengetahui apakah mata Riley terbuka dan dia melihat ke cermin di atas kepalanya, yang menampilkan gambar yang diproyeksikan dari bagian belakang mesin.

Tujuan tim adalah untuk mengumpulkan 10 menit data dari setiap bayi, tanpa memindahkan video menonton. Untuk melakukan ini, biasanya cukup data yang dikumpulkan dalam dua jam kerja. "Semakin sering seorang bayi datang kepada kita, semakin besar kemungkinannya untuk mendapatkan 10 menit," kata Kozakovsky. Ini adalah kunjungan kedelapan Riley.

Ketika Herrera memberi sinyal bahwa Riley sudah bangun, Kozakowski memulai pemindai dan memulai serangkaian klip video, karena anak-anak lebih cenderung melihat gambar bergerak daripada yang diam. Setelah beberapa saat, Herrera meremas jari-jarinya, menunjukkan bahwa mata Riley telah tertutup lagi. "Kadang-kadang bagiku bayi bisa tidur dengan kita," kata Kozakovsky sambil tertawa.

Mempelajari bayi selalu menuntut kreativitas. “Itu adalah tugas yang menarik,” kata Charles Nelson."Seorang ahli saraf kognitif di Harvard Medical School dan Rumah Sakit Anak-anak Boston yang mempelajari perkembangan anak - karena Anda berurusan dengan organisme non-verbal, yang dibatasi bicara dengan defisit perhatian, dan mencoba untuk mencari tahu apa yang terjadi di kepalanya." Terkadang teknologi untuk mempelajari bayi bertepatan dengan teknologi untuk mempelajari primata hewan, atau anak-anak cacat yang tidak dapat berbicara. "Kami memiliki berbagai macam metode tersembunyi untuk melihat ke dalam monyet, bayi, atau anak dengan masalah perkembangan," kata Nelson.

Cara termudah untuk mengamati perilakunya dan menandai arah pandangannya, baik melalui pengamatan eksternal, atau melalui teknologi untuk melacak gerakan mata. Anda dapat mengukur aktivitas otak. Misalnya, untukelectroencephalography, Anda hanya perlu menempelkan helm dengan elektroda dan kabel ke kepala bayi, dan Anda dapat menghilangkan fluktuasi gelombang otak. Dalam teknologi baru, spektroskopi inframerah dekat ( spektroskopi NIR; spektroskopi inframerah dekat, NIR), cahaya melewati tengkorak bayi yang lembut dan tipis untuk membantu menentukan perubahan aliran darah otak.

Kedua metode melacak perubahan aktivitas otak, tetapi spektroskopi NIR hanya mencapai lapisan atas, dan EEG tidak menunjukkan area otak mana yang diaktifkan. “Untuk mempelajari organisasi spasial yang terperinci dan sampai ke bagian terdalam otak, Anda harus menggunakan fMRI,” kata Ben Dean , penulis studi pertama, sekarang bekerja di Universitas Rockefeller.

Dengan menggunakan metode lain, para peneliti menemukan petunjuk bahwa bayi bereaksi berbeda terhadap rangsangan visual dari berbagai kategori, khususnya, pada wajah. Wajah adalah "bagian nyata dari lingkungan," kata Michelle de Haan , seorang ilmuwan saraf yang berspesialisasi dalam pengembangan otak di University College London. Dalam beberapa minggu pertama kehidupan, mata bayi paling baik difokuskan pada benda-benda yang jauh dari wajah ibu menyusui. Beberapa peneliti percaya bahwa bayi memiliki mekanisme bawaan yang mengarahkan mata mereka ke wajah.

Ada bukti bahwa bayi lebih lama memandang wajah mereka. Dengan waktu dan pengalaman, reaksi terhadap wajah bayi menjadi lebih spesifik. Sebagai contoh, sulit bagi orang dewasa untuk membedakan wajah secara terbalik, tetapi bayi di bawah 4 tahun tidak memiliki masalah seperti itu - mereka membedakan wajah terbalik maupun wajah yang tidak terbalik. Tetapi setelah 4 bulan kehidupan, mereka menjadi rentan terhadap individu yang ditempatkan dengan benar. Pada usia 6 bulan, bayi yang melihat wajah memiliki EKG yang mirip dengan EKG orang dewasa yang melihat wajah.


Warna putih dan biru menunjukkan daerah otak yang merespons situasi. Kuning, oranye, dan merah adalah daerah yang merespons wajah.

Tapi, seperti kata Dean, meskipun penelitian mengklaim bahwa mungkin ada spesialisasi tertentu di otak bayi untuk kategori tertentu, "kami memiliki sedikit detail tentang dari mana sinyal-sinyal ini berasal."

Untuk pekerjaan mereka saat ini, Sachs dan rekannya menerima data tentang sembilan dari 17 bayi yang dipindai oleh mereka. Dan meskipun laboratorium semakin mengandalkan bantuan pihak ketiga, mereka sangat terbantu oleh “aliran bayi laboratorium”, termasuk Arthur, putra kedua Saks, Percy, putra saudara perempuannya dan putra seorang calon sains. Film dengan wajah, gambar alam, tubuh manusia, mainan, serta gambar campuran di mana bagian-bagian yang tercampur ditampilkan kepada bayi. Sachs mengatakan bahwa mereka berkonsentrasi pada wajah mereka, bukan pada lingkungan, karena pada otak orang dewasa, kedua reaksi ini jelas berbeda dan terjadi di bagian otak yang sangat berbeda.

Menariknya, pola yang sama ditemukan pada bayi. "Setiap wilayah yang kita tahu, dengan preferensi untuk merespons wajah atau lingkungan, juga bereaksi pada bayi dari 4 hingga 6 bulan," kata Sachs. Ini menunjukkan bahwa korteks "sudah memiliki spesialisasi."

Apakah anak-anak dilahirkan dengan peluang ini? "Anda tidak bisa dengan tegas mengatakan bahwa semuanya ada di dalamnya," kata Dean. "Kita dapat mengatakan bahwa ini berkembang sangat awal." Sachs mencatat bahwa reaksi ini melampaui zona visual korteks serebral. Para peneliti juga menemukan perbedaan di bagian depan korteks, yang bertanggung jawab untuk emosi, evaluasi dan kesadaran diri. Untuk melihat bagaimana lobus frontal diaktifkan pada bayi benar-benar hebat, ”katanya. - Dipercayai bahwa bagian ini sedang mengembangkan yang terakhir.

Pada saat yang sama, meskipun tim Sachs menemukan bahwa area otak yang sama aktif pada bayi dan orang dewasa, mereka tidak menemukan bukti bahwa bayi memiliki area yang hanya memproses satu jenis input tertentu, seperti wajah atau pengaturan. Nelson, yang tidak bekerja dengan tim ini, mengatakan bahwa otak bayi "lebih universal." "Ini menunjukkan perbedaan mendasar antara otak bayi dan orang dewasa."

* * *

Sungguh menakjubkan betapa miripnya fungsi otak bayi dan orang dewasa, mengingat betapa mereka berbeda. Di layar komputer di kamar sebelah MRI di MIT, saya bisa melihat gambar otak Riley saat dia sedang tidur. Dibandingkan dengan pemindaian otak orang dewasa yang menunjukkan berbagai struktur, otak Riley sangat gelap.

"Sepertinya foto yang buruk, bukan?" - kata Kozakovsky. Dia menjelaskan bahwa pada tahap ini pada bayi isolasi lemak dari serabut saraf, mielin , yang terdiri dari materi putih, kurang berkembang . Corpus callosum, penjepit serat saraf yang menghubungkan dua belahan otak, hampir tidak terlihat.

Pada usia ini, otak masih mengembang - korteks serebral membengkak sebesar 88% pada tahun pertama kehidupan. Sel mengubah organisasi, dengan cepat membentuk koneksi-koneksi baru, yang banyak di antaranya sudah hilang pada masa kanak-kanak dan remaja. Pada tahap ini, otak sangat fleksibel: ketika anak-anak mengalami stroke atau kram yang membutuhkan pengangkatan seluruh belahan otakMereka secara mengejutkan pulih dengan baik. Tetapi fleksibilitas ini juga memiliki keterbatasan; jika bayi dianiaya, ketidakmampuan belajar dapat tetap bersama mereka seumur hidup.

Mempelajari perkembangan otak yang sehat dapat membantu memahami mengapa proses ini terkadang terdistorsi. Sebagai contoh, diketahui bahwa banyak anak-anak dan orang dewasa dengan autisme mengalami kesulitan dengan aspek sosial, misalnya, dengan interpretasi individu . Apakah masalah ini hadir pada tahap awal perkembangan otak, atau apakah itu bagian dari pengalaman masa kanak-kanak dan disebabkan oleh kurangnya perhatian pada individu dan kehalusan sosial?

Kami baru mulai memahami pengaturan otak pada bayi. Membangun gambaran lengkap otak mereka akan membutuhkan lebih banyak waktu untuk mengumpulkan data dari jumlah anak yang jauh lebih besar. Tapi Sachs dan rekannya menunjukkan bahwa studi seperti itu mungkin dilakukan, dan ini membuka area baru untuk sains. “Adalah mungkin untuk mendapatkan data fMRI berkualitas tinggi dari bayi yang terjaga - jika Anda sangat sabar,” kata Sachs. "Sekarang mari kita coba memahami apa yang bisa kita pelajari dari ini."

Source: https://habr.com/ru/post/id400937/