When we park in a big parking lot, how do we remember where we parked our car? Here's the problem facing Homer. And we're going to try to understand what's happening in his brain.
Saat memarkir mobil di tempat parkir yang luas, bagaimana kita ingat di mana mobil kita? Inilah masalah yang dihadapi Homer. Dan kami akan mencoba memahami apa yang terjadi di dalam otaknya.
So we'll start with the hippocampus, shown in yellow, which is the organ of memory. If you have damage there, like in Alzheimer's, you can't remember things including where you parked your car. It's named after Latin for "seahorse," which it resembles. And like the rest of the brain, it's made of neurons.
Jadi, kita mulai dengan hipokampus, yang berwarna kuning, yang merupakan organ ingatan. Jika organ itu rusak, seperti pada penderita Alzheimer, Anda tidak bisa mengingat, termasuk di mana Anda memarkir mobil. Organ ini diberi nama dari Bahasa Latin untuk "kuda laut," yang bentuknya mirip. Dan seperti bagian otak lainnya, organ ini tersusun dari neuron.
So the human brain has about a hundred billion neurons in it. And the neurons communicate with each other by sending little pulses or spikes of electricity via connections to each other. The hippocampus is formed of two sheets of cells, which are very densely interconnected. And scientists have begun to understand how spatial memory works by recording from individual neurons in rats or mice while they forage or explore an environment looking for food.
Di otak manusia terdapat sekitar 100 miliar neuron. Dan neuron-neuron ini saling berkomunikasi dengan mengirimkan gelombang kejut listrik kecil melalui sambungan dengan yang lain. Hipokampus terdiri dari dua lapisan sel, yang sangat terhubung. Dan para ilmuwan mulai bisa mengerti bagaimana cara kerja ingatan spatial dengan rekaman dari neuron-neuron individu pada tikus atau mencit saat mereka berjalan atau menjelajahi lingkungan untuk mencari makan.
So we're going to imagine we're recording from a single neuron in the hippocampus of this rat here. And when it fires a little spike of electricity, there's going to be a red dot and a click. So what we see is that this neuron knows whenever the rat has gone into one particular place in its environment. And it signals to the rest of the brain by sending a little electrical spike. So we could show the firing rate of that neuron as a function of the animal's location. And if we record from lots of different neurons, we'll see that different neurons fire when the animal goes in different parts of its environment, like in this square box shown here. So together they form a map for the rest of the brain, telling the brain continually, "Where am I now within my environment?"
Jadi kita akan membayangkan bahwa kita merekam sebuah neuron dari hipokampus tikus ini. Dan saat hipokampus itu menembakkan gelombang kejut listrik, akan terbentuk titik merah dan klik. Jadi apa yang kita lihat adalah neuron ini tahu kapanpun tikus itu telah pergi ke satu tempat tertentu di dalam lingkungan itu, Dan organ itu mengirim sinyal ke bagian otak lainnya dengan mengirimkan gelombang kejut listrik kecil. Dan kita bisa menunjukkan laju penembakan neuron itu sebagai fungsi dari lokasi binatang tersebut. Dan jika kita merekam dari neuron-neuron lainnya, kita akan melihat bahwa neuron yang berbeda itu menembak saat binatang itu pergi ke berbagai tempat berbeda dalam lingkungannya, seperti pada kotak persegi ini. Sehingga membentuk peta bagi bagian otak lainnya, memberi tahu kepada otak secara terus menerus, "Di mana saya berada dalam lingkungan saya ini?"
Place cells are also being recorded in humans. So epilepsy patients sometimes need the electrical activity in their brain monitoring. And some of these patients played a video game where they drive around a small town. And place cells in their hippocampi would fire, become active, start sending electrical impulses whenever they drove through a particular location in that town.
Sel tempatan juga terekam pada manusia. Jadi penderita epilepsi kadang-kadang membutuhkan monitoring aktivitas listrik pada otak penderita mereka. Dan beberapa pasien ini bermain sebuah video game saat mereka selesai mengelilingi sebuah kota kecil. Dan sel tempatan dalam hipokampus itu akan menembak, menjadi aktif, dan mulai mengirimkan kejutan listrik kapanpun mereka menjelajahi tempat tertentu di kota itu.
So how does a place cell know where the rat or person is within its environment? Well these two cells here show us that the boundaries of the environment are particularly important. So the one on the top likes to fire sort of midway between the walls of the box that their rat's in. And when you expand the box, the firing location expands. The one below likes to fire whenever there's a wall close by to the south. And if you put another wall inside the box, then the cell fires in both place wherever there's a wall to the south as the animal explores around in its box. So this predicts that sensing the distances and directions of boundaries around you -- extended buildings and so on -- is particularly important for the hippocampus. And indeed, on the inputs to the hippocampus, cells are found which project into the hippocampus, which do respond exactly to detecting boundaries or edges at particular distances and directions from the rat or mouse as it's exploring around.
Lalu bagaiamna sel seperti sel tempatan tahu dimana tikus atau manusia itu dalam lingkungannya? Baiklah dua sel disini menunjukkan kepada kita bahwa batas dari lingkungan adalah cukup penting. Jadi yang di bagian atas suka menembak di antara dinding dari kotak di mana tikus itu berada. Dan saat kotak itu diperluas, lokasi penembakannya membesar. Yang di bagian bawah kapanpun bagian selatannya dekat dengan dinding. Dan jika Anda meletakkan dinding lain di dalam kotak itu, kemudian sel ini menembak di kedua tempat dimanapun ada sebuah dinding ke selatan saat binatang ini menjelajahi kotak itu. Jadi hal ini memperkirakan bahwa merasakan jarak dan arah dari batas-batas di sekitar Anda -- gedung dan sebagainya -- sangat penting bagi hipokampus. Dan memang, pada masukan ke bagian hipokampus sel-sel yang ditemukan memproyeksikan ke dalam hipokampus yang memang menanggapi untuk mendeteksi batas-batas atau tepi-tepi pada jarak dan arah tertentu dari tikus saat binatang itu menjelajah.
So the cell on the left, you can see, it fires whenever the animal gets near to a wall or a boundary to the east, whether it's the edge or the wall of a square box or the circular wall of the circular box or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around. And the cell on the right there fires whenever there's a boundary to the south, whether it's the drop at the edge of the table or a wall or even the gap between two tables that are pulled apart. So that's one way in which we think place cells determine where the animal is as it's exploring around.
Jadi Anda bisa melihat sel di sebelah kiri, menembak kapanpun binatang itu berada di dekat dinding atau batas di sebelah barat, baik itu tepi atau dinding dari kotak persegi atau dinding melingkar dari kotak lingkaran atau bahkan tepi dari meja, di mana binatang itu berlarian. Dan sel di sebelah kanan ini menembak kapanpun ada batas di sebelah selatan, baik itu tepi dari meja ataupun dinding atau bahkan celah antara dua meja yang terpisah. Jadi itulah salah satu cara yang kita pikir adalah cara sel tempatan menentukan di mana binatang itu berada.
We can also test where we think objects are, like this goal flag, in simple environments -- or indeed, where your car would be. So we can have people explore an environment and see the location they have to remember. And then, if we put them back in the environment, generally they're quite good at putting a marker down where they thought that flag or their car was. But on some trials, we could change the shape and size of the environment like we did with the place cell.
Kami juga menguji di mana kita berpikir sebuah benda berada, seperti bendera dalam sebuah lingkungan sederhana ini -- atau, di mana mobil anda berada. Jadi ada orang-orang yang menjelajahi lingkungan tertentu dan melihat tempat yang harus mereka ingat. Lalu jika kita mengumpulkan mereka kembali di lingkungan itu biasanya mereka cukup baik dalam menandai di mana mereka pikir bendera atau mobil mereka berada. Namun dalam beberapa percobaan, kita bisa mengubah bentuk dan ukuran dari lingkungan itu seperti yang kita lakukan dengan sel tempatan.
In that case, we can see how where they think the flag had been changes as a function of how you change the shape and size of the environment. And what you see, for example, if the flag was where that cross was in a small square environment, and then if you ask people where it was, but you've made the environment bigger, where they think the flag had been stretches out in exactly the same way that the place cell firing stretched out. It's as if you remember where the flag was by storing the pattern of firing across all of your place cells at that location, and then you can get back to that location by moving around so that you best match the current pattern of firing of your place cells with that stored pattern. That guides you back to the location that you want to remember.
Pada kasus ini, kita dapat melihat bagaimana mereka berpikir bendera itu telah pindah sebagai fungsi dari bagaimana Anda mengubah bentuk dan ukuran lingkungan itu. Dan sebagai contohnya, yang Anda lihat adalah jika dalam lingkungan persegi kecil bendera itu ada pada tanda silang lalu Anda bertanya di mana bendera itu berada, namun lingkungannya Anda buat lebih besar, pikiran mereka tentang di mana bendera itu sebelumnya terentang dengan cara yang sama dengan bagaimana tembakan dari sel tempatan itu terentang. Sepertinya Anda mengingat letak bendera itu dengan menyimpan pola tembakan di seluruh sel tempatan Anda pada lokasi itu, dan kemudian Anda bisa kembali ke sana dengan bergerak sehingga cocok dengan pola tembakan dari sel tempatan Anda sekarang dengan pola yang telah tersimpan. Hal ini memandu Anda kembali ke tempat yang ingin Anda ingat.
But we also know where we are through movement. So if we take some outbound path -- perhaps we park and we wander off -- we know because our own movements, which we can integrate over this path roughly what the heading direction is to go back. And place cells also get this kind of path integration input from a kind of cell called a grid cell.
Namun kita juga tahu di mana kita berada di dalam lingkungan itu. Jadi jika kita berjalan pergi -- mungkin kita memarkir mobil dan berkeliling -- kita tahu karena pergerakan kita sendiri di mana kita dapat memadukan jalur ini kira-kira dengan arah kita untuk kembali. Dan sel tempatan juga memiliki masukan terpadu ini dari sejenis sel yang disebut sel grid.
Now grid cells are found, again, on the inputs to the hippocampus, and they're a bit like place cells. But now as the rat explores around, each individual cell fires in a whole array of different locations which are laid out across the environment in an amazingly regular triangular grid. And if you record from several grid cells -- shown here in different colors -- each one has a grid-like firing pattern across the environment, and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly relative to the other cells. So the red one fires on this grid and the green one on this one and the blue on on this one.
Sel grid juga ditemukan pada masukan hipokampus dan sel ini sedikit menyerupai sel tempatan. Namun kini saat tikus itu berkeliling setiap sel menembak pada serangkaian lokasi yang berbeda yang terletak di seluruh lingkungan itu dengan kisi berbentuk segitiga yang luar biasa teratur. Dan jika Anda merekam dari beberapa sel grid -- yang ditunjukkan dengan warna berbeda di sini -- setiap sel memiliki pola tembakan menyerupai kisi di seluruh lingkungan itu dan setiap pola tembakan itu sedikit bergeser jika dibandingkan dengan pola tembakan sel lain. Jadi kisi yang berwarna merah yang berwarna hijau dan yang berwarna biru ini.
So together, it's as if the rat can put a virtual grid of firing locations across its environment -- a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map, but using triangles. And as it moves around, the electrical activity can pass from one of these cells to the next cell to keep track of where it is, so that it can use its own movements to know where it is in its environment.
Dan bersama-sama, ibarat tikus ini dapat membuat kisi maya dari lokasi tembakan di seluruh lingkungannya -- sedikit menyerupai garis lintang dan bujur yang Anda lihat pada peta namun dengan segitiga. Dan saat tikus itu bergerak aktivitas listriknya dapat meneruskan dari salah satu sel ini ke sel berikutnya untuk terus melacak di mana dia berada, sehingga dapat menggunakan pergerakannya sendiri untuk mengetahui di mana dia berada.
Do people have grid cells? Well because all of the grid-like firing patterns have the same axes of symmetry, the same orientations of grid, shown in orange here, it means that the net activity of all of the grid cells in a particular part of the brain should change according to whether we're running along these six directions or running along one of the six directions in between. So we can put people in an MRI scanner and have them do a little video game like the one I showed you and look for this signal. And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex, which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.
Apakah manusia memiliki sel grid? Begini, karena semua pola tembakan yang menyerupai kisi ini memiliki sumbu simetri yang sama, orientasi kisi yang sama, yang berwarna oranye ini, ini berarti bahwa aktivitas total dari semua sel grid pada bagian tertentu dari otak seharusnya berubah tergantung pada apakah kita bergerak sepanjang enam arah ini atau di sepanjang enam arah di antaranya. Jadi kami dapat memasukkan orang ke dalam pemindai MRI dan menyuruh mereka bermain sebuah video game seperti yang saya tunjukkan dan melihat sinyal ini. Dan memang, Anda melihatnya pada korteks entorhinal manusia bagian otak yang sama dengan bagian di mana Anda menjumpai sel grid pada tikus.
So back to Homer. He's probably remembering where his car was in terms of the distances and directions to extended buildings and boundaries around the location where he parked. And that would be represented by the firing of boundary-detecting cells. He's also remembering the path he took out of the car park, which would be represented in the firing of grid cells. Now both of these kinds of cells can make the place cells fire. And he can return to the location where he parked by moving so as to find where it is that best matches the firing pattern of the place cells in his brain currently with the stored pattern where he parked his car. And that guides him back to that location irrespective of visual cues like whether his car's actually there. Maybe it's been towed. But he knows where it was, so he knows to go and get it.
Jadi kembali pada Homer. Mungkin dia sudah ingat di mana mobilnya dalam hal jarak dan arah pada gedung dan batas-batas di sekitar tempat di mana dia memarkirnya. Dan hal ini terwakilkan oleh tembakan sel pendeteksi batas. Dia juga ingat akan jalan yang dia ambil saat pergi dari tempat parkir yang terwakili oleh tembakan dari sel grid. Kini kedua jenis sel ini dapat membuat sel tempatan menembak. Dan dia dapat kembali ke tempat di mana mobilnya diparkir dengan bergerak untuk menemukan pola yang paling cocok dengan pola tembakan dari sel tempatan dalam otaknya sekarang dengan pola yang tersimpan saat dia memarkir mobilnya. Dan hal itu memandunya kembali ke tempat itu tanpa tergantung pada penglihatan seperti apakah mobilnya memang ada di sana. Mungkin mobilnya sudah diderek. Namun dia tahu di mana lokasinya, jadi dia tahu harus ke mana.
So beyond spatial memory, if we look for this grid-like firing pattern throughout the whole brain, we see it in a whole series of locations which are always active when we do all kinds of autobiographical memory tasks, like remembering the last time you went to a wedding, for example. So it may be that the neural mechanisms for representing the space around us are also used for generating visual imagery so that we can recreate the spatial scene, at least, of the events that have happened to us when we want to imagine them.
Lalu, di luar ingatan spatial, jika kita melihat pada pola tembakan yang menyerupai kisi ini di seluruh otak, kita melihatnya di berbagai tempat yang selalu aktif saat kita melakukan semua tugas mengingat seperti mengingat kapan terakhir kali Anda menghadiri pernikahan. Jadi mungkin saja mekanisme syaraf yang mewakili ruangan di sekitar kita juga digunakan untuk menciptakan khayalan visual sehingga kita dapat menciptakan kembali gambaran spatial dari peristiwa yang telah terjadi pada kita saat kita ingin membayangkannya.
So if this was happening, your memories could start by place cells activating each other via these dense interconnections and then reactivating boundary cells to create the spatial structure of the scene around your viewpoint. And grid cells could move this viewpoint through that space. Another kind of cell, head direction cells, which I didn't mention yet, they fire like a compass according to which way you're facing. They could define the viewing direction from which you want to generate an image for your visual imagery, so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.
Jadi jika inilah yang terjadi, ingatan Anda dimulai oleh sel tempatan yang saling mengaktifkan melalui keterhubungan yang rapat ini yang kemudian mengaktifkan kembali sel batas untuk menciptakan struktur spatial dari peristiwa dari sudut pandang Anda. Dan sel grid dapat memindahkan sudut pandang Anda melalui ruangan itu. Jenis sel yang lainnya, sel HD yang belum saya sebutkan, sel ini menembak seperti kompas tergantung ke mana arah Anda. Sel ini dapat menentukan arah pandangan di mana Anda ingin menciptakan gambaran bagi khayalan visual Anda, sehingga Anda dpat membayangkan apa yang terjadi saat Anda menghadiri pernikahan.
So this is just one example of a new era really in cognitive neuroscience where we're beginning to understand psychological processes like how you remember or imagine or even think in terms of the actions of the billions of individual neurons that make up our brains.
Ini hanyalah salah satu contoh dari jaman baru dalam ilmu syaraf kognitif di mana kita mulai memahami proses-proses psikologis seperti bagaimana Anda mengingat, membayangkan, atau berpikir dalam hal tindakan dari miliaran neuron yang menyusun otak Anda.
Thank you very much.
Terima kasih banyak.
(Applause)
(Tepuk tangan)