Gelombang Mu
Ritme sensorimotor mu, juga dikenal sebagai gelombang mu, adalah pola sinkronisasi aktivitas listrik yang melibatkan sejumlah besar neuron, mungkin dari jenis piramidal, di bagian otak yang mengontrol gerakan yang disengaja.[1] Pola-pola ini diukur dengan elektroensefalografi (EEG), magnetoensefalografi (MEG), atau elektrokortikography (ECoG), secara berulang pada frekuensi 7,5-12,5 (dan terutama 9-11) Hz, dan paling menonjol ketika tubuh secara fisik beristirahat.[1] Tidak seperti gelombang alfa yang terjadi pada frekuensi yang sama di atas korteks visual yang beristirahat di bagian belakang kulit kepala, gelombang mu ditemukan di atas korteks motorik, dalam pita kira-kira dari telinga ke telinga. Seseorang menekan ritme mu ketika dia melakukan aksi motorik atau dengan latihan saat dia memvisualisasikan aksi motorik. Penekanan ini disebut desinkronisasi gelombang karena bentuk gelombang EEG disebabkan oleh sejumlah besar neuron yang merangsang secara sinkron. Gelombang mu bahkan ditekan ketika seseorang mengamati orang lain melakukan tindakan motorik atau gerakan abstrak dengan karakteristik biologis. Peneliti seperti VS Ramachandran, dkk. berpendapat bahwa fenomena ini adalah tanda bahwa sistem neuron cermin terlibat dalam penekanan ritme mu,[2][3] meskipun banyak pihak yang tidak setuju pada pendapat tersebut.[4]
Gelombang mu menarik bagi berbagai ilmuwan. Para ilmuwan yang mempelajari perkembangan saraf tertarik dengan detail perkembangan gelombang mu pada masa bayi dan kanak-kanak serta perannya dalam pembelajaran.[5] Sejak sekelompok peneliti percaya bahwa gangguan spektrum autisme (ASD) sangat dipengaruhi oleh sistem neuron cermin yang berubah[2][6][7] dan bahwa penekanan gelombang mu merupakan indikasi akhir dari aktivitas neuron cermin, [3] banyak dari para ilmuwan ini telah mengembangkan minat yang lebih populer dalam menyelidiki gelombang mu pada orang yang mengidap ASD. Berbagai peneliti juga sedang dalam proses menggunakan gelombang mu untuk mengembangkan teknologi baru seperti antarmuka otak-komputer (BCI). Dengan munculnya sistem BCI, para dokter atau psikiater diharapkan dapat memberikan metode komunikasi baru kepada populasi penyandang disabilitas berat dan sarana untuk memanipulasi dan menavigasi lingkungan mereka.[8]
Neuron cermin
Sistem neuron cermin terdiri dari kelas neuron yang pertama kali dipelajari pada tahun 1990-an pada makaka.[7] Studi telah menemukan rangkaian neuron yang menyala ketika makaka-makaka ini melakukan tugas-tugas sederhana dan juga ketika para makaka tersebut melihat yang lain melakukan tugas-tugas sederhana yang sama.[9] Ini menunjukkan bahwa hal itu berperan dalam memetakan gerakan orang lain ke dalam otak tanpa benar-benar melakukan gerakan secara fisik. Kumpulan neuron ini disebut neuron cermin dan bersama-sama membentuk sistem neuron cermin. Gelombang Mu ditekan ketika neuron ini aktif, sebuah fenomena yang memungkinkan peneliti untuk mempelajari aktivitas neuron cermin pada manusia. [10] Ada bukti bahwa neuron cermin ada pada manusia dan juga pada hewan non-manusia. Girus fusiformis kanan, lobulus parietal inferior kiri, korteks parietal anterior kanan, dan girus frontal inferior kiri merupakan objek yang menjadi perhatian khusus.[7][11][12] Beberapa peneliti percaya bahwa penekanan gelombang mu dapat menjadi konsekuensi dari aktivitas neuron cermin di seluruh otak, dan mewakili pemrosesan integratif tingkat yang lebih tinggi dari aktivitas neuron cermin.[3] Pengujian pada monyet (menggunakan teknik pengukuran invasif) dan manusia (menggunakan EEG dan fMRI) telah menemukan bahwa neuron cermin ini tidak hanya menyala selama tugas motorik dasar, tetapi juga memiliki komponen yang berhubungan dengan niat atau tujuan.[13] Terdapat bukti peran penting neuron cermin pada manusia, dan gelombang mu dapat mewakili koordinasi tingkat tinggi dari neuron cermin tersebut.[3]
Perkembangan
Konseptualisasi gelombang bermanfaat dalam penggunaan pediatrik menunjukkan bahwa penekanan gelombang mu adalah representasi dari aktivitas yang terjadi di dunia, dan dapat dideteksi di jaringan frontal dan parietal.[3] Osilasi yang beristirahat menjadi tertekan selama pengamatan informasi sensorik seperti pada suara atau pemandangan, biasanya dalam wilayah kortikal frontoparietal(motor). [3] Gelombang mu terdeteksi selama masa bayi paling awal empat sampai enam bulan, ketika frekuensi puncak gelombang mencapai bisa serendah 5,4 Hz.[5] [14] Ada peningkatan pesat dalam frekuensi puncak pada tahun pertama bayi itu lahir,[14] dan pada usia dua tahun frekuensi biasanya dapat mencapai 7,5 Hz. [11] Frekuensi puncak gelombang mu meningkat seiring bertambahnya usia hingga matang hingga dewasa, ketika mencapai frekuensi akhir dan stabilnya 8–13 Hz.[5][11][14] Frekuensi yang bervariasi ini diukur sebagai aktivitas di sekitar sulkus sentral, di dalam korteks Rolandic.[3]
Gelombang Mu dianggap sebagai indikasi perkembangan kemampuan bayi untuk meniru. Hal ini penting karena kemampuan meniru berperan penting dalam pengembangan keterampilan motorik, penggunaan alat, dan pemahaman informasi kausal melalui interaksi sosial.[11] Meniru merupakan bagian integral dalam pengembangan keterampilan sosial dan pemahaman isyarat nonverbal.[5] Hubungan sebab akibat dapat dilakukan melalui pembelajaran sosial tanpa memerlukan pengalaman langsung. Dalam eksekusi tindakan, gelombang mu hadir pada bayi dan orang dewasa sebelum dan sesudah pelaksanaan tugas motorik dan desinkronisasi yang menyertainya. Saat melakukan tindakan yang berorientasi pada tujuan, bagaimanapun, bayi menunjukkan tingkat desinkronisasi yang lebih tinggi daripada orang dewasa. Seperti halnya eksekusi tindakan, selama pengamatan tindakan, gelombang mu bayi tidak hanya menunjukkan desinkronisasi, tetapi menunjukkan desinkronisasi yang lebih besar derajatnya daripada yang ada pada orang dewasa.[5] Kecenderungan perubahan derajat desinkronisasi ini, daripada perubahan frekuensi yang sebenarnya, menjadi ukuran perkembangan gelombang mu sepanjang masa dewasa, meskipun sebagian besar perubahan terjadi selama tahun pertama ketika lahir.[14] Memahami mekanisme yang dibagi antara persepsi tindakan dan eksekusi di tahun-tahun awal kehidupan memiliki implikasi untuk perkembangan bahasa. Pembelajaran dan pemahaman melalui interaksi sosial berasal dari meniru gerakan serta bunyi vokal. Berbagi pengalaman untuk melihat suatu objek atau peristiwa dengan orang lain dapat menjadi kekuatan yang kuat dalam perkembangan bahasa.[15]
Autisme
Autisme adalah gangguan yang berhubungan dengan kekurangan dalam aspek sosial dan komunikasi. Penyebab tunggal autisme belum dapat diidentifikasi, tetapi gelombang mu dan sistem neuron cermin telah dipelajari secara khusus untuk peran kedua hal itu dalam gangguan autisme. Pada individu yang umumnya berkembang, sistem neuron cermin merespons ketika mereka melihat seseorang melakukan tugas atau orang tersebut melakukan tugas itu sendiri. Pada individu dengan autisme, neuron cermin menjadi aktif (dan akibatnya gelombang mu ditekan) hanya ketika individu melakukan tugas itu sendiri dan tidak pada mengamati orang lain saat melakukan tugas.[6][16] Temuan ini telah menyebabkan beberapa ilmuwan, terutama VS Ramachandran, dkk. melihat autisme sebagai gangguan untuk memahamin niat dan tujuan orang lain karena adanya masalah dengan sistem neuron cermin.[7] Kekurangan ini akan menjelaskan kesulitan penyandang autisme dalam berkomunikasi dan memahami orang lain. Sementara sebagian besar studi tentang sistem neuron cermin dan gelombang mu pada orang dengan autisme berfokus pada tugas motorik sederhana, beberapa ilmuwan berspekulasi bahwa studi ini dapat diperluas untuk menunjukkan bahwa masalah dengan sistem neuron cermin mendasari kurangnya aspek kognisi dan sosial yang menyeluruh dalam diri penyandang autisme.[2][6]
Besaran aktivasi fMRI di girus frontal inferior meningkat seiring bertambahnya usia pada orang yang mengidap autisme, tetapi tidak pada individu yang normal. Lebih jauh, aktivasi yang lebih besar dikaitkan dengan jumlah kontak mata yang lebih besar dan fungsi sosial yang lebih baik.[17] Para ilmuwan percaya girus frontal inferior adalah salah satu saraf utama yang berkorelasi dengan sistem neuron cermin pada manusia dan sering dikaitkan dengan kekurangan yang terkait dengan autisme.[12] Temuan ini menunjukkan bahwa sistem neuron cermin mungkin tidak berfungsi pada individu dengan autisme, walau secara sederhana perkembangannya tidak normal. Informasi ini penting untuk pembahasan saat ini karena gelombang mu mungkin mengintegrasikan berbagai area aktivitas neuron cermin di otak.[3] Studi lain juga menilai upaya untuk secara sadar merangsang sistem neuron cermin dan menekan gelombang mu menggunakan umpan balik saraf (sejenis umpan balik biologis yang diberikan melalui komputer yang menganalisis rekaman aktivitas otak secara real time, dalam hal ini EEG gelombang mu). Jenis terapi ini masih dalam tahap awal implementasi untuk individu dengan autisme, dan memiliki perkiraan untuk gagal memberikan hasil yang tepat.[18][19]
Antarmuka otak-komputer
Antarmuka otak-komputer (BCI) adalah teknologi yang berkembang yang diharapkan oleh para dokter suatu hari nanti akan membawa lebih banyak kemandirian dan agensi bagi penyandang cacat fisik yang parah. Teknologi ini berpotensi membantu termasuk orang dengan kelumpuhan total atau hampir total, seperti mereka yang menderita tetraplegia (quadriplegia) atau sklerosis lateral amiotrofik (ALS); BCI dimaksudkan untuk membantu mereka berkomunikasi atau bahkan memindahkan objek seperti kursi roda bermotor, neuroprostesis, atau alat penggenggam robot.[8] [20] Beberapa dari teknologi ini saat ini digunakan secara reguler oleh penyandang disabilitas, tetapi beragam jenis sedang dikembangkan pada tingkat eksperimental.[8][21][22] Salah satu jenis BCI menggunakan sistem event-related desynchronization (ERD) dari gelombang mu untuk mengontrol komputer. [8] Metode pemantauan aktivitas otak ini memberi kelebihan dari fakta bahwa ketika sekelompok neuron dalam keadaan istirahat, mereka cenderung aktif secara sinkron satu sama lain. Ketika seorang peserta diberi isyarat untuk membayangkan gerakan ("peristiwa"), desinkronisasi yang dihasilkan (kelompok neuron yang mengaktifkan gelombang sinkron saat itu mengaktifkan dalam pola yang kompleks dan individual) dapat dideteksi dan dianalisis oleh komputer. Pengguna antarmuka semacam itu dilatih dalam memvisualisasikan gerakan, biasanya kaki, tangan, dan/atau lidah, yang masing-masing berada di lokasi berbeda pada homunculus kortikal dan dengan demikian dapat dibedakan dengan rekaman aktivitas elektroensefalograf (EEG) atau elektrokortikograf (ECoG) di korteks motorik.[8][21] Dalam metode ini, komputer memantau pola khas gelombang mu ERD kontralateral dengan gerakan yang divisualisasikan yang dikombinasikan dengan sinkronisasi terkait peristiwa (ERS) di jaringan sekitarnya.[21] Pola berpasangan ini diintensifkan dengan pelatihan,[8][21][22][23] dan pelatihan semakin lama dapat meningkat ke dalam bentuk permainan, beberapa di antaranya memanfaatkan realitas virtual.[8] [21] [23] Beberapa peneliti telah menemukan bahwa umpan balik dari permainan realitas virtual sangat efektif dalam memberikan alat kepada pengguna untuk meningkatkan kontrol pola gelombang mu-nya.[8] [23] Metode ERD dapat dikombinasikan dengan satu atau lebih metode lain untuk memantau aktivitas listrik otak untuk membuat BCI hibrida, yang seringkali menawarkan lebih banyak fleksibilitas daripada BCI yang menggunakan metode pemantauan tunggal.[8][21]
Sejarah
Gelombang Mu telah dipelajari sejak tahun 1930-an, dan pernah disebut sebagai ritme gawang karena gelombang EEG yang membulat menyerupai gawang helipad. Pada tahun 1950, Henri Gastaut dan rekan kerjanya melaporkan desinkronisasi gelombang ini tidak hanya selama gerakan aktif subjek mereka, tetapi juga saat subjek mengamati tindakan yang dilakukan oleh orang lain.[24] Hasil ini kemudian dikonfirmasi oleh kelompok penelitian tambahan,[25] termasuk studi menggunakan grid elektroda subdural pada pasien epilepsi.[26] Studi terakhir menunjukkan penekanan gelombang mu saat pasien mengamati bagian tubuh yang bergerak di area somatik korteks yang berhubungan dengan bagian tubuh yang digerakkan oleh peraga. Studi lebih lanjut telah menunjukkan bahwa gelombang mu juga dapat disinkronkan dengan membayangkan tindakan[27][28] dan dengan pasif melihat gerakan biologis titik-cahaya.[29]
Lihat juga
Gelombang otak
- Gelombang delta – (0,1 – 3 Hz)
- Gelombang Theta – (4 – 7 Hz)
- Gelombang alfa – (8 – 12)
- Gelombang Mu – (8 – 13 Hz) [30]
- Gelombang SMR – (12,5 – 15,5 Hz)
- Gelombang beta – (16 – 31 Hz)
- Gelombang gamma – (32 – 100 Hz)
Referensi
- ^ a b Amzica, Florin; Fernando Lopes da Silva (2010). "Cellular Substrates of Brain Rhythms". Dalam Schomer, Donald L.; Fernando Lopes da Silva. Niedermeyer's Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields (edisi ke-6th). Philadelphia, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins. hlm. 33–63. ISBN 978-0-7817-8942-4.
- ^ a b c Oberman, Lindsay M.; Edward M. Hubbarda; Eric L. Altschulera; Vilayanur S. Ramachandran; Jaime A. Pineda (July 2005). "EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders". Cognitive Brain Research. 24 (2): 190–198. doi:10.1016/j.cogbrainres.2005.01.014. PMID 15993757.
- ^ a b c d e f g h Pineda, Jaime A. (1 December 2005). "The functional significance of mu rhythms: Translating "seeing" and "hearing" into "doing"". Brain Research Reviews. 50 (1): 57–68. doi:10.1016/j.brainresrev.2005.04.005. PMID 15925412.
- ^ Churchland, Patricia (2011). Braintrust: What Neuroscience Tells Us About Morality . Princeton, NJ: Princeton University Press. hlm. 156. ISBN 978-0-691-13703-2.
- ^ a b c d e Nyström, Pär; Ljunghammar, Therese; Rosander, Kerstin; Von Hofsten, Claes (2011). "Using mu rhythm desynchronization to measure mirror neuron activity in infants". Developmental Science. 14 (2): 327–335. doi:10.1111/j.1467-7687.2010.00979.x. PMID 22213903.
- ^ a b c Bernier, R.; Dawson, G.; Webb, S.; Murias, M. (2007). "EEG mu rhythm and imitation impairments in individuals with autism spectrum disorder". Brain and Cognition. 64 (3): 228–237. doi:10.1016/j.bandc.2007.03.004. PMC 2709976 . PMID 17451856.
- ^ a b c d Williams, Justin H.G.; Waiter, Gordon D.; Gilchrist, Anne; Perrett, David I.; Murray, Alison D.; Whiten, Andrew (1 January 2006). "Neural mechanisms of imitation and 'mirror neuron' functioning in autistic spectrum disorder" (PDF). Neuropsychologia. 44 (4): 610–621. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2005.06.010. PMID 16140346. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 11 June 2012. Diakses tanggal 6 January 2013.
- ^ a b c d e f g h i Pfurtscheller, Gert; Christa Neuper (2010). "EEG-Based Brain–Computer Interfaces". Dalam Schomer, Donald L.; Fernando H. Lopes da Silva. Niedermeyer's Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields (edisi ke-6th). Philadelphia, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins. hlm. 1227–1236. ISBN 978-0-7817-8942-4.
- ^ di Pellegrino, G.; Fadiga, L.; Fogassi, L.; Gallese, F.; Rizzolatti, G. (1992). "Understanding motor events: A neurophysiological study". Experimental Brain Research. 91 (1): 176–180. doi:10.1007/bf00230027. PMID 1301372.
- ^ Rizzolatti, G; Fogassi, L; Gallese, V (September 2001). "Neurophysiological mechanisms underlying the understanding and imitation of action". Nature Reviews. Neuroscience. 2 (9): 661–70. doi:10.1038/35090060. PMID 11533734.
- ^ a b c d Marshall, Peter J.; Meltzoff, Andrew N. (2011). "Neural mirroring systems: Exploring the EEG mu rhythm in human infancy". Developmental Cognitive Neuroscience. 1 (2): 110–123. doi:10.1016/j.dcn.2010.09.001. PMC 3081582 . PMID 21528008.
- ^ a b Keuken, M.C.; Hardie, A.; Dorn, B. T.; Dev, S.; Paulus, M.P.; Jonas, K.J.; Den Wildenberg, W.P.; Pineda, J.A. (April 2011). "The role of the left inferior frontal gyrus in social perception: an rTMS study". Brain Research. 1383: 196–205. doi:10.1016/j.brainres.2011.01.073. PMID 21281612.
- ^ Sinigaglia, C; Rizzolatti, G (March 2011). "Through the looking glass: self and others". Consciousness and Cognition. 20 (1): 64–74. doi:10.1016/j.concog.2010.11.012. PMID 21220203.
- ^ a b c d Berchicci, M.; Zhang, T.; Romero, L.; Peters, A.; Annett, R.; Teuscher, U.; Bertollo, M.; Okada, Y.; Stephen, J. (21 July 2011). "Development of Mu Rhythm in Infants and Preschool Children". Developmental Neuroscience. 33 (2): 130–143. doi:10.1159/000329095. PMC 3221274 . PMID 21778699.
- ^ Meltzoff, A. N.; Kuhl, P. K.; Movellan, J.; Sejnowski, T. J. (17 July 2009). "Foundations for a New Science of Learning". Science. 325 (5938): 284–288. Bibcode:2009Sci...325..284M. doi:10.1126/science.1175626. PMC 2776823 . PMID 19608908.
- ^ Oberman, L.M.; Pineda, J. A.; Ramachandran, V.S. (2006). "The human mirror neuron system: A link between action observation and social skills". Social Cognitive and Affective Neuroscience. 2 (1): 62–66. doi:10.1093/scan/nsl022. PMC 2555434 . PMID 18985120.
- ^ Bastiaansen, JA; Thioux, M; Nanetti, L; van der Gaag, C; Ketelaars, C; Minderaa, R; Keysers, C (May 1, 2011). "Age-related increase in inferior frontal gyrus activity and social functioning in autism spectrum disorder". Biological Psychiatry. 69 (9): 832–838. doi:10.1016/j.biopsych.2010.11.007. PMID 21310395.
- ^ Holtmann, Martin; Steiner, Sabina; Hohmann, Sarah; Poustka, Luise; Banaschewski, Tobias; Bölte, Sven (November 2011) [14 July 2011]. "Neurofeedback in autism spectrum disorders". Developmental Medicine & Child Neurology. 53 (11): 986–993. doi:10.1111/j.1469-8749.2011.04043.x. PMID 21752020.
- ^ Coben, Robert; Linden, Michael; Myers, Thomas E. (March 2010) [24 Oct 2009]. "Neurofeedback for Autistic Spectrum Disorder: A Review of the Literature". Applied Psychophysiology and Biofeedback. 35 (1): 83–105. doi:10.1007/s10484-009-9117-y. PMID 19856096.
- ^ Machado, S; Araújo, F; Paes, F; Velasques, B; Cunha, M; Budde, H; Basile, LF; Anghinah, R; Arias-Carrión, O (2010). "EEG-based brain–computer interfaces: an overview of basic concepts and clinical applications in neurorehabilitation". Reviews in the Neurosciences. 21 (6): 451–68. doi:10.1515/REVNEURO.2010.21.6.451. PMID 21438193.
- ^ a b c d e f Pfurtscheller, Gert; McFarland, Dennis J. (2012). "BCIs that use sensorimotor rhythms". Dalam Wolpaw, Jonathan R.; Wolpaw, Elizabeth Winter. Brain–Computer Interfaces: Principles and Practice. Oxford: Oxford University Press. hlm. 227–240. ISBN 9780195388855.
- ^ a b Leuthardt, Eric C.; Schalk, Gerwin; Roland, Jarod; Rouse, Adam; Moran, Daniel W. (2009). "Evolution of brain–computer interfaces: going beyond classic motor physiology". Neurosurgical Focus. 27 (1): E4. doi:10.3171/2009.4.FOCUS0979. PMC 2920041 . PMID 19569892.
- ^ a b c Allison, B Z; Leeb, R; Brunner, C; Müller-Putz, G R; Bauernfeind, G; Kelly, J W; Neuper, C (February 2012) [7 Dec 2011]. "Toward smarter BCIs: extending BCIs through hybridization and intelligent control". Journal of Neural Engineering. 9 (1): 013001. Bibcode:2012JNEng...9a3001A. doi:10.1088/1741-2560/9/1/013001. PMID 22156029.
- ^ Cochin, S.; Barthelemy, C.; Roux, S.; Martineau, J. (1999). "Observation and execution of movement: similarities demonstrated by quantified electroencephalography" (PDF). Eur J Neurosci. 11 (5): 1839–1842. doi:10.1046/j.1460-9568.1999.00598.x. PMID 10215938.
- ^ Arroyo, S.; Lesser, R. P.; Gordon, B.; Uematsu, S.; Jackson, D.; Webber, R. (1993). "Functional significance of the mu rhythm of human cortex: an electrophysiologic study with subdural electrodes". Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 87 (3): 76–87. doi:10.1016/0013-4694(93)90114-B. PMID 7691544.
- ^ Pfurtscheller, G.; Brunner, C.; Schlogl, A.; Lopes da Silva, F. H. (2006). "Mu rhythm (de)synchronization and EEG single-trial classification of different motor imagery tasks". NeuroImage. 31 (1): 153–159. doi:10.1016/j.neuroimage.2005.12.003. PMID 16443377.
- ^ Pineda, J. A.; Allison, B. Z.; Vankov, A. (2000). "The effects of self-movement, observation, and imagination on mu rhythms and readiness potentials (RP's): toward a brain–computer interface (BCI)" (PDF). IEEE Trans Rehabil Eng. 8 (2): 219–222. doi:10.1109/86.847822. PMID 10896193.
- ^ Ulloa, E. R.; Pineda, J. A. (2007). "Recognition of point-light biological motion: mu rhythms and mirror neuron activity". Behav Brain Res. 183 (2): 188–194. doi:10.1016/j.bbr.2007.06.007. PMID 17658625.
- ^ Hobson, HM; Bishop, DV (March 2017). "The interpretation of mu suppression as an index of mirror neuron activity: past, present and future". Royal Society Open Science. 4 (3): 160662. Bibcode:2017RSOS....460662H. doi:10.1098/rsos.160662. PMC 5383811 . PMID 28405354.