Mengapa Otak Manusia Bercahaya?

KEHIDUPAN, sebagian besar, bermandikan cahaya. Matahari membenamkan planet ini dalam energi yang mendukung sebagian besar ekosistem yang menjadikan Bumi sebagai rumah. Namun demikian kehidupan juga menghasilkan cahayanya sendiri.

Bukan hanya bioluminesensi cacing pendar dan ikan pemancing berkepala lampu atau radiasi yang dihasilkan oleh panas. Dalam fenomena yang disebut ilmuwan sebagai emisi foton ultralemah (electroencephalography/UPE), jaringan hidup memancarkan aliran cahaya intensitas rendah yang terus-menerus, atau biofoton.

Ilmuwan berpikir bahwa cahaya ini berasal dari reaksi biomolekuler yang menghasilkan energi, yang menciptakan foton sebagai produk sampingan. Semakin banyak energi yang dibakar jaringan, semakin banyak cahaya yang dipancarkannya yang berarti, dari semua jaringan tubuh manusia, otak  seharusnya bersinar paling terang.

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal iScience, para peneliti mendeteksi biofoton yang dipancarkan oleh otak manusia dari luar tengkorak untuk pertama kalinya. Terlebih lagi, emisi biofoton dari otak berubah ketika peserta beralih di antara tugas kognitif yang berbeda meskipun hubungan antara aktivitas otak dan emisi biofoton jauh dari kata jelas.

Para penulis studi berpikir hal ini mungkin mengisyaratkan peran yang lebih dalam yang mungkin dimainkan oleh partikel cahaya ini di otak. Pada tingkat tertentu, semua materi memancarkan foton, hal ini karena semuanya memiliki suhu di atas nol mutlak yang lalu memancarkan foton sebagai panas.

Sering kali dengan panjang gelombang yang lebih panjang (cahaya inframerah) daripada yang dapat dilihat dengan mata. UPE jauh lebih kuat daripada radiasi termal ini, dengan panjang gelombang dalam rentang cahaya tampak atau hampir tampak dari spektrum elektromagnetik.

Saat sel hidup menghasilkan energi melalui metabolisme, mereka menciptakan molekul oksigen dengan elektron yang tereksitasi sebagai produk sampingan. Saat elektron yang bekerja ini kembali ke keadaan energi yang lebih rendah, mereka memancarkan foton melalui proses yang disebut peluruhan radiatif.

Para peneliti yang mempelajari jaringan biologis, termasuk neuron dalam cawan petri, dapat mendeteksinya sebagai aliran cahaya yang lemah namun terus-menerus dari beberapa foton hingga beberapa ratus foton per sentimeter persegi setiap detik.

“Dengan menerapkannya pada manusia, kami ingin mengetahui apakah foton tersebut mungkin terlibat dalam beberapa pemrosesan atau penyebaran informasi [di otak],” kata penulis senior Nirosha Murugan, seorang ahli biofisika di Universitas Wilfrid Laurier di Ontario, dikutip dari Scientific American.

Para ilmuwan telah mengusulkan bahwa biofoton berperan dalam komunikasi seluler setidaknya selama satu abad. Pada tahun 1923 Alexander Gurwitsch melakukan eksperimen yang menunjukkan bahwa penghalang pemblokiran foton yang ditempatkan di antara akar bawang dapat mencegah tanaman tumbuh.

Dalam beberapa dekade terakhir, beberapa penelitian telah memperkuat kemungkinan peran biofoton dalam komunikasi seluler, yang memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan organisme. Dengan mempertimbangkan pekerjaan ini, Murugan dan timnya ingin melihat apakah mereka dapat mendeteksi petunjuk fenomena ini di tingkat otak manusia.

Pertama, mereka perlu melihat apakah mereka dapat mengukur UPE yang dipancarkan oleh otak yang sedang bekerja dari luar tengkorak. Di ruangan yang gelap, 20 peserta mengenakan penutup kepala yang dipasangi elektroda elektroensefalografi (electroencephalography/EEG) untuk mengukur aktivitas listrik otak.

Tabung penguat foton untuk mendeteksi UPE diposisikan di sekitar kepala mereka. Detektor foton dikelompokkan di dua wilayah otak: lobus oksipital di bagian belakang otak, yang bertanggung jawab untuk pemrosesan visual, dan lobus temporal di setiap sisi otak, yang bertanggung jawab untuk pemrosesan pendengaran. Untuk membedakan UPE otak dari tingkat foton latar belakang di ruangan tersebut, tim juga memasang detektor UPE terpisah yang menghadap menjauh dari peserta.

“Temuan pertama adalah bahwa foton keluar dari kepala titik. Itu independen, tidak palsu, tidak acak,” kata Murugan.

Selanjutnya, dia ingin melihat apakah intensitas emisi ini akan berubah tergantung pada jenis tugas kognitif yang dilakukan orang. Karena otak merupakan organ yang sangat mahal secara metabolik, ia beralasan bahwa intensitas UPE seharusnya meningkat ketika orang terlibat dalam tugas yang membutuhkan lebih banyak energi, seperti pemrosesan visual. Ini kira-kira yang terjadi pada neuron dalam cawan lebih banyak aktivitas saraf berarti lebih banyak emisi UPE.

Namun, sementara biofoton yang berasal dari kepala peserta dapat dengan mudah dibedakan dari tingkat foton latar belakang di ruangan, peningkatan aktivitas EEG di wilayah otak tertentu tidak menghasilkan tingkat biofoton yang lebih tinggi yang ditangkap oleh detektor terdekat. Jelas, ada yang berubah ketika Anda berpindah dari beberapa sel di cawan petri ke otak yang hidup.

“Mungkin [UPE] tidak terdeteksi oleh detektor kami karena bisa jadi mereka digunakan atau diserap atau disebarkan di dalam otak,” saran Murugan.

Namun, para peneliti menemukan bahwa perubahan pada sinyal UPE hanya terjadi saat partisipan mengubah tugas kognitif, seperti membuka atau menutup mata, yang menunjukkan adanya hubungan antara pemrosesan otak dan biofoton yang dipancarkannya. Hal ini membuat para peneliti memiliki lebih banyak pertanyaan daripada jawaban tentang apa yang dilakukan UPE ini di dalam otak.

“Saya pikir ini adalah pendekatan yang sangat menarik dan berpotensi menjadi terobosan [untuk mengukur aktivitas otak, meskipun] masih banyak ketidakpastian yang perlu dieksplorasi,” kata Michael Gramlich, seorang ahli biofisika di Universitas Auburn, yang tidak terlibat dalam penelitian baru tersebut.

“Pertanyaan penting yang harus dijawab,” katanya, adalah apakah “UPE merupakan mekanisme aktif untuk mengubah proses kognitif atau apakah UPE hanya memperkuat mekanisme kognisi yang lebih tradisional.”

Meskipun cahaya otak yang stabil tidak berperan dalam cara kerjanya, teknik pengukuran biofoton bersamaan dengan sinyal listrik yang disebut Murugan dan rekan-rekannya sebagai fotoensefalografi suatu hari nanti masih dapat menjadi cara yang berguna untuk mengukur kondisi otak secara noninvasif. hay