Para peneliti melaporkan bahwa mereka telah mengembangkan metode untuk menggabungkan tiga teknik pencitraan otak untuk lebih tepat menangkap waktu dan lokasi respons otak terhadap suatu stimulus. Studi mereka adalah yang pertama menggabungkan tiga teknologi yang banyak digunakan untuk pencitraan simultan aktivitas otak. Pekerjaan tersebut dilaporkan dalam jurnal Human Brain Mapping.
Pendekatan “trimodal” baru menggabungkan MRI fungsional, elektroensefalografi, dan teknik ketiga, yang disebut EROS, yang melacak aktivitas neuron di dekat permukaan otak menggunakan cahaya inframerah-dekat.
“Kami tahu bahwa fMRI sangat bagus dalam memberi tahu kami di mana hal-hal terjadi di otak, tetapi sinyalnya cukup lambat,” kata peneliti postdoctoral Matthew Moore, penulis pertama studi tersebut, yang dilakukan di University of Illinois Urbana- Institut Beckman Champaign untuk Sains dan Teknologi Lanjutan. “Dan ketika kita mengukur aktivitas listrik melalui EEG, sangat baik untuk memberitahu kita kapan sesuatu terjadi di otak — tetapi kurang tepat tentang di mana.”
Metode ketiga, yang disebut sinyal optik terkait peristiwa, memberikan ukuran informasi spasial yang mirip dengan fMRI tetapi, seperti EEG, dapat menilai waktu respons otak dengan lebih akurat. Ini membantu peneliti mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh dua teknologi lainnya, kata Moore. Hasilnya adalah gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana berbagai bagian otak diaktifkan dan berkomunikasi satu sama lain ketika seseorang terlibat dalam tugas kognitif dan terganggu — dalam hal ini, oleh informasi yang menantang secara emosional.
MRI fungsional menangkap sinyal dari aliran darah beroksigen di otak ketika seseorang melihat atau merespons suatu stimulus. Sinyal ini sangat berguna untuk menentukan struktur otak mana yang sedang diaktifkan, kata Moore.
“Perubahan tingkat oksigenasi darah terjadi selama beberapa detik, tetapi otak sebenarnya merespons dalam ratusan milidetik,” katanya. Jeda antara aktivitas otak dan sinyal oksigenasi ini berarti fMRI tidak dapat mendeteksi perubahan yang terjadi lebih cepat dari beberapa detik.
“Di sisi lain, EEG sangat baik dalam memberi tahu kita ketika sesuatu terjadi,” kata Moore. “Tapi kami mengumpulkan dari sensor yang ditempatkan di kulit kepala, dan kami mendapatkan penjumlahan aktivitas, jadi sungguh, kami mengaburkan sentimeter di kulit kepala.”
Teknik ketiga, EROS, dikembangkan oleh dua rekan penulis laporan baru, profesor psikologi U. of I. Monica Fabiani dan Gabriele Gratton. Metode ini menyorotkan cahaya inframerah-dekat ke otak dan mengukur perubahan bagaimana cahaya menyebar, sebuah refleksi dari aktivitas saraf. EROS memberikan informasi yang tepat tentang di mana dan kapan otak merespons, tetapi hanya dapat menembus beberapa sentimeter di bawah kulit kepala, sehingga tidak dapat mendeteksi peristiwa yang terjadi lebih dalam di otak, seperti yang dapat dilakukan fMRI, kata para peneliti.
Menggabungkan ketiga teknik bukanlah tugas yang mudah. Ada ruang terbatas yang tersedia di kulit kepala untuk berbagai elektroda dan sensor, dan peralatan EEG dan EROS harus sesuai dengan koil fMRI dan tidak boleh mengandung logam magnetik apa pun, kata para peneliti. Selama bertahun-tahun, para peneliti menemukan cara untuk memasukkan tambalan EROS yang dapat berbagi ruang dengan elektroda EEG di kulit kepala. Mereka menguji kombinasi yang berbeda dari tiga teknik untuk menentukan bagaimana menjalinnya dan bagaimana menafsirkan informasi yang datang melalui saluran yang berbeda.
Untuk mempelajari bagaimana otak berperilaku ketika seorang individu mencoba untuk fokus pada tugas tetapi terganggu oleh informasi emosional, para peneliti memberi peserta studi tujuan untuk dengan cepat memilih lingkaran dari serangkaian kotak dan gambar lain yang memiliki konten netral atau negatif secara emosional. .
Hasil pencitraan mengungkapkan bahwa berbagai daerah otak merespons rangsangan dengan cepat. Sinyal berputar bolak-balik antara lokasi di bagian korteks prefrontal dan parietal, area otak yang bekerja sama untuk mempertahankan perhatian dan memproses gangguan. Pergantian ini terjadi pada skala waktu ratusan milidetik, para peneliti menemukan.
Kemampuan untuk mengalihkan perhatian dari gangguan dan kembali ke tugas sangat relevan dengan fungsi kognitif normal, kata pemimpin studi Florin Dolcos, seorang profesor psikologi di Illinois yang mempelajari regulasi emosi dan kognisi.
“Kadang-kadang orang dengan depresi atau kecemasan tidak dapat beralih dari gangguan emosional dan fokus,” katanya. “Studi pencitraan yang lebih baik akan memudahkan untuk menguji individu yang telah dilatih dalam strategi pengaturan emosi tertentu untuk melihat apakah strategi tersebut bekerja untuk meningkatkan kognisi mereka. Dan sekarang kita dapat membayangkan ini dengan presisi secara real time, dengan kecepatan pikiran, ” dia berkata.
Pendekatan trimodal akan memberikan jawaban yang lebih baik untuk pertanyaan lain tentang bagaimana otak beroperasi, kata para peneliti.
“Dalam pekerjaan sebelumnya, ketiga teknologi ini diterapkan pada individu yang sama pada waktu yang berbeda,” kata Gratton. “Tapi kami mendapat banyak manfaat dari mengukur hal-hal ini bersama-sama.”
“Pendekatan baru ini dapat memiliki efek mendalam pada teori ilmu saraf secara umum, pada ilmu saraf manusia,” kata Fabiani. “Karena sekarang kita tidak perlu menebak-nebak bagaimana sinyal-sinyal yang berbeda ini sejajar.”
