KITA TIDAK MEMILIKI OTAK TAPI OTAK YANG MEMILIKI KITA

1. Kepala yang tembus di tusuk sebatang besi tetapi orangya tetap hidup belasan tahun.

Dia adalah Phineas Gage, seorang pekerja konstruksi rel kereta api, yang mengalami kecelakaan kerja ketika sebuah dinamit meledak secara tidak di sengaja dan menerbangkan batang besi sepanjang 3 kaki setebal 7 inchi tepat ke arah kepala si Phineas Gage yang malang. Orang-orang pun terkejut melihat besi tersebut menembus kepala si Gage dan melihat sebagian otaknya terlempar keluar. Ajaibnya dia tidak langsung meninggal di tempat. Setelah pingsan selama beberapa minggu, dia pun terlihat sembuh total. Pada awalnya dia terlihat normal, tetapi rekan-rekan kerjanya kemudian menyadari perubahan drastis sifat si Phineas Gage, dia awalnya bahagia dan suka membantu, sekarang menjadi orang yang kasar, pemusuh, dan egois. Para wanita pun di peringati untuk menjaga jarak dengannya.

Setelah si Gage meninggal belasan tahun kemudian, tengkoraknya pun di simpan oleh Dr. Harlow. Hasil scan sinar X menunjukkan bahwa bagian depan otak Phineas Gage mengalami kerusakan parah, tepat di area di belakang jidat yang bernama Frontal Lobe, pada kedua belah otak kiri dan kanan (left and right hemisphere).

Kecelakaan tersebut tidak hanya mengubah kehidupan Phineas Gage tetapi juga dunia ilmu pengetahuan. Pada awalnya semua orang mempercayai bahwa kesadaran dan otak itu adalah dua hal yang terpisah, filosofi ini di sebut juga sebagai Dualisme. Tetapi setelah kejadian ini terlihat jelas bahwa hubungan antara kesadaran (sifat2 kemanusiawian seseorang) berkaitan erat dengan otak. Karena kerusakan pada otak mengakibatkan kerusakan pada sifat seseorang.

2. Tidak bisa berbahasa karena kerusakan pada area Broca dan Wrincke.

Dokter asal Paris yang bernama Paul Broca menemukan pasien yang tidak bisa berbahasa setelah mengalami cedera di bagian otak sebelah kiri di belakang telinga, orang tersebut masih bisa memahami bahasa tetapi tidak bisa mengutarakan bahasa, kalaupun bisa banyak kata-kata yang terbuang dan bahasanya tidak dapat di pahami. Masalah yang berkebalikan di temukan oleh Dokter asal Jerman yang bernama Carl Wrincke, dia menemukan pasien yang tidak bisa memahami bahasa tetapi dapat berbahasa dengan tata bahasa dan kata yang benar, tetapi sering mengeluarkan kata-kata yang tidak nyambung dan jargon tidak bermakna. Ketika di teliti, pasien tersebut mengalami kerusakan di area sebelah kiri otak di area yang sedikit berbeda dengan area yang di temukan Broca.

Pada jaman saat itu banyak larangan agama untuk membongkar tubuh manusia untuk meneliti. Tetapi ketika perang dunia terjadi banyak pasien yang mengalami luka yang terlalu parah sehingga dokter bisa melakukan tindakan apapun yang di perlukan. Dokter asal Jerman yang bernama Gustav Fritsch menemukan secara tidak sengaja ketika prajurit yang tengkorak penutup otaknya terbuka akibat perang bergerak secara tidak sadar ketika bagian-bagian tertentu otaknya di sentuh, ketika bagian kiri otak di sentuh maka bagian kanan tubuhnya bergerak dan ketika bagian kanan otak di sentuh bagian kiri tubuhnya bergerak. Ini menunjukkan hubungan erat otak dan tubuh juga dengan aliran listrik.

3. Listrik dan otak

Dr. Wilder Penfield pada tahun 1930 menangani pasien epilepsi yang sering mengalami kejang kejang kompulsif yang mengancam kehidupan mereka. Pilihan terahir pada saat itu adalah dengan melakukan operasi yang melibatkan pembukaan tengkorak pasien dan membiarkan otak mereka terbuka, karena otak tidak memiliki saraf perasa sakit maka pasien masih bisa sadar selama operasi berlangsung. Dr. Penfield pun melihat ketika bagian otak tertentu di sentuh elektroda maka bagian ternentu tubuh akan merespon dengan gerakan, dan terkadang ingatan-ingatan lama pasien yang sudah lama terlupakan muncul kembali secara jelas. Dia pun memutuskan untuk menggambar hubungan antara bagian-bagian otak yang spesifik dengan bagian spesifik tubuh manusia. Gambar yang dia buat begitu akurat hingga saat ini itu masih di gunakan hampir tanpa pengubahan sedikit pun.

Gambar hubungan otak dan bagian tubuh oleh Dr. Penfield.

Dokumentar pendek tentang cara kerja neuron otak:

4. Otak manusia vs otak hewan

Bagian otak manusia yang lebih dalam mirip dengan otak hewan mamalia dan bagian yang paling belakan dari otak mirip dengan otak hewan reptil. Bagian yang membedakan otak manusia dengan otak hewan lainnya adalah lapisan terluar otak manusia di sebut neocortex, ini adalah bagian yang paling berkembang pada otak manusia yang hanya setipis serbet tetapi sangat padat, bagian ini adalah 80% massa otak manusia. Pada bagian inilah kemampuan intelektual manusia bertempat, lebih tepatnya pada neocortex yang paling depan di area di belakang kening kita yang di sebut Prefrontal Cortex. Bagian inilah yang bekerja saat anda membaca tulisan saya ini. Bagian inilah yang rusak pada kasus Phineas Gage. Bagian inilah yang memproses kemampuan rasional dan mempertimbangkan efek tindakan sekarang di masa depan.

Presentasi TED Speech singkat ini menjelaskan tentang perbedaan otak manusia dengan otak hewan dengan sangat menarik.

5. Otak dan Fisika Quantum

Dunia di atur hukum fisika yang teratur seperti gravitasi, elektromagnetik, dan nuclear forces (weak and strong), tetapi ini valid pada materi yang cukup besar, dari ukuran atom ke atas. Di dalam sebuah atom sendiri ada hukum lain yang berlaku, yaitu hukum fisika quantum, yang tidak dapat di prediksi. Contohnya adalah elektron, ilmuan tidak dapat mengetahui posisi pastinya sebuah elektron sebelum melakukan observasi secara langsung terhadap elektron tersebut, anehnya ketika elektron tidak di obserivasi ia berlaku seperti gelombang yang berada di banyak tempat sekaligus, dan ketika seorang memutuskan untuk melihatnyalah maka ia tampak seperti sebuah partikel. Fenomena ini di tunjukkan di dalam eksperimen Double Slit yang terkenal dimana ketika elektron di tembakkan ke arah dinding yang memiliki dua lubang, elektron tidak hanya muncul di seberang dinding tersebut pada dua titik sesuai jumlah lubang yang ada, tetapi muncul pada banyak tempat, seolah-olah elektron adalah gelombang, bukan partikel, jika ada detektor yang mengobservasi elektron maka elektron itu akan berlaku seperti partikel, dia akan jatuh hanya pada dua titik sesuai jumlah lubang yang ada. Ketika tidak di observasi elektron berada pada banyak tempat sekaligus seperti gelombang. Ini membuat para ilmuan bingung dan beradu teori sampai hari ini.

Jika subatomic partikel seperti elektron berprilaku demikian, sementara atom dan kita semua terbuat dari subatomic partikel tersebut, maka apakah kita juga berada pada banyak tempat pada saat yang sama sebagaimana ekektron penyusun tubuh kita? Karena hal ini para ilmuan pun berbeda pendapat, ada yang menganggap bahwa realitas alam semesta itu berada pada banyak kondisi sampai ada yang mengobservasi dan membuat banyak kondisi itu kolaps kedalam satu kondisi saja. Jadi kenyataan itu tergantung pada ada tidaknya mata yang melihat menurut teori ini.

Teori inilah yang banyak di pelesetkan kalangan new age sekarang itu, seperti Rhonda Byrne dalam buku best sellernya The Secret. Dimana dia mengklaim bahwa anda bisa memperoleh apapun hanya dengan fokus memikirkan keinginan anda tersebut. Ini jelas nonsense karena fisika quantum itu acak, keinginan anda tidak akan mempengaruhi tingkah laku elektron sama sekali.

Silahkan menonton video di bawah ini untuk lebih memahami apa itu fisika quantum.

Fisikawan Roger Penrose menyatakan bahwa pemikiran manusia itu tidak sepenuhnya mekanistik seperti mesin komputer, ada pengaruh efek quantum di dalam sel otak kita yang berukuran kecil, yang ia sebut microtubules. Akan tetapi hal ini sudah banyak di bantah karena ukuran neuron sel otak manusia itu cukup besar dimana kukum fisika klasik neutonian masih berlaku. Hal ini di jelaskan Fisikawan Victor J Stenger di dalam salah satu bukunya, yang berikut in saya kutip, di terjemahkan per paragraf, teks asli bahasa Inggris saya biarkan di sini untuk perbandingan jika ada terjemahan kata-kata teknis yang kurang tepat:

“Let me make this quantitative. The entity that carries signals across synaptic gaps is called a “neurotransmitter.” Its mass is typically 10^–25 kilogram. Its typical speed is 358 meters per second, the average speed of a body of this mass in thermal equilibrium at body temperature, 37 degrees Celsius. Suppose that a neurotransmitter is initially located within a synaptic gap, which is about ten nanometers (10^–8 meter) wide—about two hundred times the size of a hydrogen atom. The uncertainty in the speed of the neurotransmitter from the uncertainty principle is only 0.05 meter per second, or 0.014 percent. It follows that we can use classical Newtonian mechanics to describe the motion of the neurotransmitter with reasonable precision.”

 

“Izinkan saya membuat ini kuantitatif. Entitas yang membawa sinyal melintasi celah sinaptik disebut "neurotransmitter". Massa biasanya 10^-25 kilogram. Kecepatan tipikal adalah 358 meter per detik, kecepatan rata-rata benda bermassa ini dalam kesetimbangan termal pada suhu tubuh, 37 derajat Celcius. Misalkan sebuah neurotransmitter awalnya terletak dalam celah sinaptik, yang lebarnya sekitar sepuluh nanometer (10^–8 meter) —sekitar dua ratus kali ukuran atom hidrogen. Ketidakpastian kecepatan neurotransmitter dari prinsip ketidakpastian hanya 0,05 meter per detik atau 0,014 persen. Oleh karena itu, kita dapat menggunakan mekanika Newtonian klasik untuk menggambarkan gerakan neurotransmitter dengan ketepatan yang masuk akal.”

 

“This conclusion agrees with a detailed calculation by physicist Max Tegmark, who showed that the coherence between states that is necessary to maintain a quantum system is lost in a tiny period of time in the brain, far too short for any quantum effects to have a role.”

 

“Kesimpulan ini sesuai dengan perhitungan rinci oleh fisikawan Max Tegmark, yang menunjukkan bahwa koherensi antara keadaan yang diperlukan untuk mempertahankan sistem kuantum hilang dalam periode waktu yang sangat singkat di otak, terlalu pendek untuk efek kuantum untuk berperan.”

 

“Hameroff and two collaborators have challenged Tegmark's and my conclusions. As mentioned, Penrose and Hameroff proposed microtubules in cells as the source of quantum effects in the brain. A quantum mechanical model for microtubules has been worked out in detail by Travis John Craddock and Jack A. Tuszinski. They found that while quantum effects were possible at low temperatures, below 30 degrees Kelvin (–243 degrees Celsius), thermal vibrations of the environment at ambient temperatures are more than sufficient to remove any form of collective excitation. While mechanisms have been proposed to shield the microtubules from the environment, no experiment has produced any evidence for quantum effects in microtubules or, indeed, anywhere in the brain.”

 

“Hameroff dan dua kolaborator telah menantang Tegmark dan kesimpulan saya. Seperti disebutkan, Penrose dan Hameroff mengusulkan mikrotubulus dalam sel sebagai sumber efek kuantum di otak. Model mekanis kuantum untuk mikrotubulus telah dikerjakan secara rinci oleh Travis John Craddock dan Jack A. Tuszinski. Mereka menemukan bahwa sementara efek kuantum dimungkinkan pada suhu rendah, di bawah 30 derajat Kelvin (-243 derajat Celcius), getaran termal lingkungan pada suhu kamar lebih dari cukup untuk menghilangkan segala bentuk eksitasi kolektif. Sementara mekanisme telah diusulkan untuk melindungi mikrotubulus dari lingkungan, tidak ada eksperimen yang menghasilkan bukti efek kuantum di mikrotubulus atau, di mana pun di otak.”

 

“Hameroff has pointed to a paper in Nature in which quantum effects are reported to have been observed in photosynthesis in marine algae at ambient temperature. Now, nothing in physics prevents quantum effects at room or body temperatures. The warm quantum effects that are reported in photosynthesis involve photons, which are quantum objects. Hot photons are just as quantum as cold photons. The basic process of getting energy from light involves photons exiting electrons in atoms, a quantum process. So these results are not surprising or in violation of any known physics. Furthermore, the quantum coherence observed in the photosynthesis experiment lasted only on the order of 10^–13 second. This is, as with Tegmark's calculations, far too short to produce quantum effects in the brain.”

 

“Hameroff telah menunjuk ke sebuah makalah di Nature di mana efek kuantum dilaporkan telah diamati dalam fotosintesis ganggang laut pada suhu kamar. Sekarang, tidak ada dalam fisika yang mencegah efek kuantum pada suhu kamar atau tubuh. Efek kuantum hangat yang dilaporkan dalam fotosintesis melibatkan foton, yang merupakan objek kuantum. Foton panas sama kuantumnya dengan foton dingin. Proses dasar untuk mendapatkan energi dari cahaya melibatkan foton yang keluar dari elektron dalam atom, sebuah proses kuantum. Jadi hasil ini tidak mengherankan atau melanggar fisika yang dikenal. Lebih lanjut, koherensi kuantum yang diamati dalam eksperimen fotosintesis hanya berlangsung pada urutan 10 ^ –13 detik. Ini, seperti kalkulasi Tegmark, terlalu pendek untuk menghasilkan efek kuantum di otak.”

 

“A quantum brain is not required by either theory or experiment. Now, this does not mean that quantum mechanics cannot play any role in the brain. Ultimately, everything is quantum mechanical. The brain is made up of the same subatomic particles as a rock, and they all obey the rules of quantum mechanics. There simply is nothing special about the quantum mechanics of the brain that is any different from that of a rock.”

 

“Otak kuantum tidak dibutuhkan oleh teori atau eksperimen. Sekarang, ini tidak berarti bahwa mekanika kuantum tidak dapat memainkan peran apa pun di otak. Pada akhirnya, semuanya mekanis kuantum. Otak terdiri dari partikel subatom yang sama dengan batu, dan mereka semua mematuhi aturan mekanika kuantum. Tidak ada yang istimewa tentang mekanika kuantum otak yang berbeda dari yang ada di batu."

 

“However, quantum effects can still involve brain processes by another route. The brain is bathed in electrically charged particles from cosmic rays (muons) that reach Earth and beta-rays (electrons) from the radioactive potassium isotope K40 in our blood. These are energetic enough to break atomic and molecular bonds, unlike the radio waves from power lines and cell phones that people worry so much about. And they are ultimately quantum mechanical.”

 

“Namun, efek kuantum masih dapat melibatkan proses otak melalui jalur lain. Otak bermandikan partikel bermuatan listrik dari sinar kosmik (muon) yang mencapai bumi dan sinar beta (elektron) dari isotop potassium K40 radioaktif dalam darah kita. Ini cukup energik untuk memutus ikatan atom dan molekul, tidak seperti gelombang radio dari saluran listrik dan telepon seluler yang sangat dikhawatirkan orang. Dan mereka pada akhirnya adalah mekanika kuantum.”

 

“Although the brain is a Newtonian machine, its complexity and nonlinearity put it in a category where deterministic chaos can play a role. As we saw in chapter 6, deterministic chaos is a purely classical phenomenon in which a complex system becomes extremely sensitive to initial conditions. We can imagine someone's brain carrying out a classical algorithm, like a computer, but a high-energy muon or electron breaks up a bit or two in either the code or the data and changes the outcome. This would result in the person making a random decision. But it would give the appearance of free will.”

 

“Meskipun otak adalah mesin Newtonian, kompleksitas dan nonliniernya menempatkannya dalam kategori di mana kekacauan deterministik dapat berperan. Seperti yang kita lihat di Bab 6, kekacauan deterministik adalah fenomena klasik murni di mana sistem yang kompleks menjadi sangat peka terhadap kondisi awal. Kita dapat membayangkan otak seseorang menjalankan algoritme klasik, seperti komputer, tetapi muon atau elektron berenergi tinggi putus sedikit atau dua baik dalam kode atau data dan mengubah hasilnya. Ini akan mengakibatkan orang tersebut membuat keputusan acak. Tapi itu akan memberikan kesan kehendak bebas.”

 

“Now, that is not to say that all our decisions are random. An Australopithecus brain that decided at random whether to run from a leopard would not have left many descendants. So the brain must be mostly deterministic and perhaps an occasional random event is what provides us the creativity that Penrose argues is not possible if it is a purely algorithmic computer.”

 

“Sekarang, itu tidak berarti bahwa semua keputusan kita acak. Otak Australopithecus yang memutuskan secara acak apakah akan lari dari macan tutul tidak akan meninggalkan banyak keturunan. Jadi otak pasti sangat deterministik dan mungkin kejadian acak sesekali adalah yang memberi kita kreativitas yang menurut Penrose tidak mungkin dilakukan jika itu adalah komputer murni algoritmik.”

 

Di Kutip Dari Buku: Stenger, Victor J. “God and the Folly of Faith: The Incompatibility of Science and Religion. Chapter 11 - Matter and Mind”

Inti dari pernyataan di atas adalah bahwa neuron otak manusia itu berukuran terlalu besar untuk berlakunya efek quantum, ukurannya masih 200 kali atom hidrogen. Saya pernah membaca buku Fisikawan Michio Kaku dimana dia mengatakan bahwa efek quantum itu akan mulai terlihat pada ukuran 5 atom atau lebih kecil, karena pada ukuran itu anda tidak akan bisa memastikan dimana posisi elektron. Selain itu. Kecepatan kerja neurotransmitter otak kita itu terlalu cepat untuk untuk berlakunya efek quantum. Akan tetapi efek quantum bisa mempengaruhi melalui jalur yang berbeda yaitu dari sinar kosmik (muons) dan potassium radioisotope K20 yang terdapat di dalam darah kita. Ini cukup energetic untuk memecah ikatan molekuler dan atomic di dalam sel otak manusia. Jadi mayoritas kinerja otak itu menuruti fisika klasik neutonian yang predictable, dengan sedikit  efek quantum yang unpredictable. Itulah mengapa manusia mampu melakukan pilihan dan perhitungan yang reasional untuk masa depannya, jika otak bekerja secara acak seperti mekanis quantum maka ras manusia tidak mungkin akan bisa survive.

6. Apaka Kita Memiliki Kehendak Bebas

Peneltian menunjukkan bahwa otak melakukan keputusan beberapa milidetik sebelum tubuh manusia kemudian melakukan sesuatu. Misalnya mengangkat sendok dengan tangan, bagian otak yang berhubungan dengan pergerakan tubuh teraktivasi terlebih dahulu sebelum orang tersebut benar-benar mengangkat sendok. Ini membuat orang bertanya apakah setiap kehendak kita itu kita lalukan dengan sadar atau karena mekanika otak belaka dimana kita hanyalah boneka dari otak kita?

Satu hal yang perlu kita sadari adalah kesadaran kita dan otak kita adalah satu kesatuan yang tidak bisa terpisahkan, jadi pertanyaan tentang perbedaan antara aktifitas otak dengan aktifitas nyata fisik kita tidak bermaknya sama sekali. Karena kesadaran kita akan si ‘aku’ yang merasa memiliki control penuh atas segala keputusan kita adalah apa yang di lakukan otak kita. Pemahaman dualism otak dan kesadaran, dimana orang menganggap kesadaran diri itu ada di ruh dan otak hanyalah hardware yang dimanfaatkan ruh sudah tidak valid sama sekali karena sudah terbantahkan semua penemuan di bidang imu pengetahuan khususnya Neuroscience. Kita sudah melihat bagaimana kerusakan pada bagian otak tertentu dapat merubah prilaku dan kesadaran diri seseorang. Jika sedikit kerusakan pada area wrincke dan broca membuat anda tidak dapat berbahasa dan memahami bahasa dengan benar, apa iya ketika semua sel otak anda hancur dalam kematian anda lalu kesadaran anda akan terbang ke langit dan bisa berbahasa arab dengan fasih?

7. Apa sih si 'aku' yang muncul ketika kita bangun dari tidur lelap, dan hilang ketika kita tertidur lelap tanpa mimpi. Kesadaran tentang diri kita itu lho... Ada kuliah pendek yang menarik oleh Antonio Damasio dimana di tunjukkan bahwa sebuah arena di bagian atas/kanan brain stem kita terdapat bagian yang berperan untuk memantain kesadaran diri kita, karena jika bagian itu rusak, maka kita akan jatuh kedalam koma, dimana kesadaran diri kita (si 'aku') itu akan hilang. Sebaiknya tonton presentasinya biar lebih komplit.

In the end, the mind is what brain does.

Referensi:

1. Michio Kaku, The Future of the Mind: The Scientific Quest to Understand, Enhance, and Empower The Mind. 2014.
2. Victor J Stenger, “God and the Folly of Faith: The Incompatibility of Science and Religion.”