Otak kita secara bawah sadar membentuk sistem representasi yang memungkinkan kita untuk menentukan lokasi diri dalam ruang dan menghubungkan peristiwa terkini dengan ingatan masa lalu. Elemen seperti jendela, pintu, penataan furnitur, dan posisi buku secara instan terdaftar dalam benak kita. Saat kita keluar dari sebuah ruangan melalui lorong, sebuah peta mental yang ditenun oleh aktivitas listrik ratusan neuron muncul dalam kesadaran kita. Peta ini membantu kita merasakan perubahan tekstur dinding, mengidentifikasi sinyal yang menunjukkan lokasi kita, dan mengenali bahwa melintasi sebuah pintu mengarah kembali ke ruangan yang sama dari sisi berlawanan, menunjukkan bahwa lorong tersebut melingkar.
Sebuah studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Neuron untuk pertama kalinya mendemonstrasikan bahwa informasi tentang lingkungan kita terorganisir secara geometris di dalam otak. Para peneliti menganalisis aktivitas ratusan neuron di hippocampus, sebuah area yang krusial untuk memori dan navigasi. Dalam kasus ruangan dan lorong, representasi ini berbentuk cincin tiga dimensi. Setiap kali seekor tikus menavigasi koridor labirin, neuronnya aktif di sepanjang lintasan yang menyelesaikan lingkaran penuh dalam ruang abstrak: sebuah cincin yang mewakili seluruh pengalaman perjalanan. Temuan ini memberikan pemahaman baru tentang bagaimana otak memproses informasi spasial, mengaitkannya dengan memori untuk menciptakan pemahaman kita tentang dunia.
Hipokampus, yang terletak di lobus temporal, memainkan peran sentral dalam memori deklaratif dan spasial. Bagian belakang hipokampus secara khusus terlibat dalam pemrosesan memori spasial, seperti mengingat rute perjalanan. Hipokampus juga berperan dalam memperkuat memori, terutama saat tidur, yang menghasilkan ingatan yang lebih tajam. Bagian otak ini bertindak sebagai pusat pengiriman memori sebelum disimpan sebagai memori jangka panjang. Gangguan pada hipokampus dapat menyebabkan masalah serius, termasuk penyakit Alzheimer, di mana neurogenesis terhambat dan kematian sel otak menyerang area ini terlebih dahulu.
Tidak semua neuron berpartisipasi secara merata. Beberapa neuron mengkodekan informasi sensorik yang sangat spesifik, seperti tekstur lantai atau keberadaan imbalan. Neuron lain merekam dan memanfaatkan informasi eksternal untuk mengorganisir representasi, mengandalkan sinyal dari lingkungan yang lebih luas untuk mempertahankan orientasi yang stabil. Populasi neuron yang berbeda ini membentuk cincin paralel dalam ruang aktivitas neuronal tetapi melayani fungsi yang berbeda. Ketika semuanya berfungsi dengan baik, mereka bekerja secara terkoordinasi untuk memberikan stabilitas pada pengalaman. Namun, jika sesuatu mengorientasikan kita, seperti diputar atau mata ditutup, mekanisme lain berperan. Dalam kasus seperti itu, salah satu representasi ini tetap tetap, bertindak sebagai kompas internal, dan membantu mempertahankan persepsi lingkungan, sementara neuron lain menyesuaikan diri untuk merepresentasikan perubahan. Penyesuaian mental ini memberi kita kepastian bahwa kita terorientasi.
Pengetahuan bahwa otak mengkodekan strukturnya dengan bentuk geometris yang presisi membuka jalan baru untuk memahami cara kita berpikir, mengingat, dan mengorientasikan diri di dunia. Bidang studi geometri dan topologi aktivitas otak adalah bidang yang sedang berkembang, menggabungkan matematika dan ilmu data dengan alat bioengineering paling canggih yang diterapkan pada studi otak. Saat ini, kita dapat mengidentifikasi subtipe neuron berdasarkan profil genetik mereka, seperti neuron eksitatori, inhibitori, dan penghasil dopamin, serta memodifikasinya untuk mengekspresikan protein fluoresen yang memungkinkan kita memvisualisasikan dan mengontrol aktivitas mereka secara real-time. Pendekatan ini memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana otak membangun peta internalnya. Setiap penemuan tidak hanya membantu kita menguraikan dasar-dasar biologis memori dan orientasi, tetapi juga membuka jalan bagi aplikasi baru dalam neuroteknologi, kecerdasan buatan, dan, mungkin suatu hari nanti, dalam pengobatan gangguan neurologis di mana peta ini memburuk, seperti Alzheimer.