Otak Syaraf Pusat Manusia

System saraf manusia terdiri dari 2 kompenen utamayang terdiri dari otak dan sumsum tulang belakang yang merupakan pusat kordinasi. System saraf pusat menghubungkan apa yang kita rasakan (misalnya apa yang kita lihat, dengar, cium, kecap, dan rasa) dengan apa yang kita lakukan (misalnya bagaimana kita menggerakkan tangan dan kaki). System saraf perifer adalah system pengantar pesan, membawa informasi dari sel reseptor ke system saraf pusat dan di arahkan kembali ke berbagai bagian tubuh untuk menanggapi rangsangan tersebut. Sel saraf (neuron) menyediakan sarana bagi system saraf untuk mentransmisikan dan mengkordinasikan informasi. Anehnya neuron tidak langsung bersentuhan, mereka mengirim pesan kimia ke neuron terdekat melalui ruang kecil yang di sebut sinapsis.neuron juga bergantung pada sel lainnya yang dikenal sebagai sel glial. Mari kita melihat sifat dari masing-masing elemen kunci dari system saraf.

1.      Neuron

Neuron memainkan tiga peran sekaligus di tubuh manusia. Neuron sensorik membawa informasi masuk dari sel reseptor, lalu dikirimkan ke interneuron untuk diintergrasikan dan ditafsirkan sehingga menghasilkan “keputusan” lalu dikirim ke motor neuron yang mengirim pesan tentang bagaimana tubuh menanggapi pesan tersebut. Seperti yang anda duga neuron sensorik dan motoric terletak di system saraf perifer. Sebagian besar interneuron yang ditemukan terletak di system saraf pusat, terutama di otak. Neuron sering di sebut materi abu-abu karena warnanya, neuron bervariasi dalam bentuk dan ukuran tetapi memiliki beberapa fitur yang sama. Neuron memiliki tubuh sel (soma) yang berinti sel inti dan bertanggung jawab atas kesehatan sel. Selain itu mereka memiliki struktur seperti cabang dikenal sebagai dendrit, yang menerima pesan dari neuron lain. Mereka juga memiliki akson (seperti lengan) yang mentransmisikan informasi ke neuron tambahan (terkadang neuron memiliki lebih dari 1 akson). Ujung dari axon dapat bercabang berkali-kali dan ujungnya memiliki  tombol terminal yang mengandung zat kimia tertentu tapi untuk beberapa neuron banyak akson yang ditutupi dengan zat lemak putih yang disebut selubung myelin. Ketika dendrit neuron dirangsang oleh sel lain, dendrit menjadi bermuatan listrik. Dalam beberapa kasus neuron mengabaikan informasi tersebut karena muatan listriknya terlalu kecil. Tapi ketika muatan berada pada level tertentu (ambang eksistensi) neuron terbakar dan mengirim denyut listrik sepanjang akson untuk tombol terminal. Selubung myelin berfungsi untuk mempercepat informasi terhantarkan.

2.      Sinapsis

Ujung percabangan akson neuron yang menjangkau dendrit dari neuron lain (tetapi tidak bersentuhan). Tranmisi informasi dalam neuron adalah listrik sedangkan antar neuron dalam bentuk kimia. Saat impuls listrik bergerak ke bawah akson neuron, itu adalah sinyal bagi tombol terminal untuk melepaskan bahan kimia yang disebut neurotransmitter. Mungkin kita pernah mendengar obat yang mengandung dopamine, epinefrin, norepinefrin, serotonin, asam amino atau peptide. Semua itu adalah neurotransmitter, seperti dopamine adalah neurotransmitter kunci yang secara aktif terlibat dalam kesadaran, perencanaan dan penghambatan prilaku yang tidak relevan.  Beberapa bukti menunjukkan bahwa skizofrenia dan gangguan kejiwaan lainnya yang serius terkadang adalah hasil dari tingkat dopamine yang abnormal

3.      Sel Glial

Hanya sekitar 10% dari sel-sel di otak yang neuron.neuron tersebut mungkin 1 sampai 5 triliun sel glial (neuroglial) yang disebut materi putih karena warnanya. Sel glial memiliki banyak peran seperti “ahli gizi” yang mengontrol aliran darah ke neuron, “dokter” yang menangani infeksi dan luka, atau “kru pembersih” yang membuang zat yang tidak diinginkan di dalam otak. Dasar bangunan blok ini (neuron, sinapsis, dan sel glial) membuat kita mungkin untuk hidup seperti bernafas dan tidur, mengidentifikasi rangsangan yang kita hadapi seperti mengakui teman atau hewan peliharaan keluarga, merasakan emosi seperti merasa takut saat menghadapi bahaya, dan terlibat dalam banyak proses pikiran sadar seperti membaca, menulis memecahkan masalah matematika.

A.    STRUKTUR OTAK DAN FUNGSINYA

1.      Metode Dalam Penelitian Otak

a.       Studi dengan binatang, yang biasanya digunakan adalah mancit (karena memiliki kekebalan dan berbagai aspek lainnya yang mendekati manusia)

b.      Penelitian postmortem, bebrapa orang saat hidup mungkin bersedia mengorbankan otaknya untuk dijadikan bahan penelitian atau seseorang bersedia menyumbangkan otak keluarga mereka yang baru saja meninggal.

c.       Studi kasus dengan orang yang memiliki cidera otak, biasanya dilakukan dengan cara pengamatan saat mereka hidup dan dilanjutkan dengan postmortem setelah mereka meninggal

d.      Rekaman listrik, atau lebih dikenal dengan electroencephalograph(EEG) yaitu menempatkan elektroda di lokasi strategis di kulit kepala. Peneliti biasanya mengambil data dengan meminta subjek melakukan kegiatan tertentu.

e.       Neuro imaging, dengan kemajuan teknologi peneliti dapat mengambil gambar dari aliran darah atau tingkat metabolism di berbagai bagian otak.

Tak satupun dari metode ini sempurna, tikus tidak memiliki kecerdasan yang tinggi, otak manusia yang mati mengalami penurunan secara keseluruhan, cidera otak dapat mempengaruhi beberapa daerah otak, electroencephalograph tidak memberi tahu dimana letak berfikir terjadi dan neuroimaging melibatkan peralatan diagnosis mahal dan ketersediaannya terbatas hanya untuk penelitian dasar. Namun metode apapun setidaknya sedikit memberikan gambaran dan manfaat untuk penelitian selanjutnya.

2.      Bagian Otak

Tiga komponen utama otak adalah otak belakang, otak tengah dan otak depan. Otak belakang terletak dibagian bawah dari otak, terdiri dari struktur yang lebih kecil (medulla, pons dan otak kecil), otak belakang terlibat dalam proses fisiologi dasar yang membuat kita tetap hidup (bernafas, menelan, tidur, mengantuk, mengatur detak jantung dll. Otak kecil aktif terlibat dalam keseimbangan dan motoric yang kompleks (berjalan, bersepeda, bermain badminton dll). Selanjutnya adalah otak tengah yang memiliki peran penting pendukung dalam penglihatan (membantu mengontrol dan mengkordinasikan mata). Formasi paling penting dari otak tengah adalah formasi reticular yaitu kunci dari perhatian dan kesadaran, dapat mengingatkan kita terhadap rangsangan potensial yang penting terhadap reseptor tubuh. Terakhir adalah otak depan yaitu tempat terjadinya kegiatan mental yang kompleks. Bagian paling atas adalah cortex yang tampak seperti 2 bagian yang sama tetapi bertolak belakang (seperti cermin). Para ahli membagi cortex menjadi 4 bagian, yaitu

1.      Lobus frontal

Terletak didepan dan atas cortex, menjadi tempat pemikiran sadar kita, bertanggung jawab untuk aktivitas manusia yang kompleks termasuk Bahasa, perhatian berkelanjutan, perencanaan dll. Selain itu sebagai penghambat pikiran dan tindakan yang tidak relevan dan tidak pantas. Sangat depan didekat dahi disebut korteks prefontal sangat penting dalam kesadaran dan pengendalian fikiran.

2.      Lobus parietal

Terletak di bagian punggung atas korteks, bertugas menerima dan menginterpretasikan informasi (suhu, tekanan, tekstur dan rasa sakit). Terlibat juga dalam memperhatikan, pengolahan suara kata dan berfikir tentang karakteristik spasial dari objek atau peristiwa.

3.      Lobus oksipital

Terletak pada sisi paling belakang, bertanggung jawab untuk menafsirkan dan mengingat informasi visual

4.      Lobus temporal

Terletak pada sisi belakang telinga, berperan dalam menafsirkan dan mengingat informasi pendengaran yang kompleks, juga tampak penting dalam mengingat informasi untuk jangka panjang terutama untuk konsep dan pengetahuan dunia umum.

Berikut adalah beberapa bagian yang perlu diketahui dari otak depan yang terletak di dalam dan dibawah kortek

·         System limbic, sekelompok struktur yang penting untuk belajar, mengingat, emosi dan motivasi.

·         Struktur hippocampus, erat terlibat dalam perhatian dan pembelajaran terutama yang kita sadari belajar dan mengingat.

·         Amigdala, menonjol dalam emosi terutama yang tidak menyenangkan seperti takut, stress marah dll

·         Thalamus, terletak di tengah otak berfungsi menerima informasi yang masuk dari berbagai neuron sensorik dan mengirimkanna ke daerah yang sesuai dari korteks. Berperan dalam gairah, perhatian dan ketakutan

·         Hipotalamus, terletak dibawah thalamus, mengatur kegiatan yang berkaitan dengan kelangsungan hidup seperti pernafasan, mengatur suhu tubuh, merasa lapar dan haus, kawin, pertempuran dan melarikan diri dari bahaya.

3. Belahan Kiri Dan Belahan Kanan

Dalam beberapa hal otak kiri dan otak kanan memiliki spesialisasi yang berbeda, anehnya otak kiri bertanggung jawab  mengendalikan sisi kanan tubuh dan sebaliknya. Untuk kebanyakan orang otak kiri tampaknya bertanggung jawab atas bahasa, dengan 2 bidang yang dikenal sebagai area broca dan wernickle, menjadi pemain utama dalam produksi ujaran dan pemahaman Bahasa. Membaca dan keterampilan perhitungan matematis juga tampaknya sangat tergantung dari otak kiri. Sebaliknya otak kanan lebih dominan dalam visual dan pengolahan spasial. Secara umum sisi kiri lebih tepat untuk menangani rincian, sedangkan sisi kanan lebih cocok untuk melihat dan mensintesiskan keseluruhan. Tidak ada yang disebut sebagai left thinker ataupun right thinker, 2 belahan otak yang kita miliki sudah terintegrasi dengan sangat baik. Contoh otak kiri menangani sintaks dan arti kata, sedangkan otak kanan mampu mempertimbangkan beberapa arti kata dan maengambil konteksnya sehingga kita bias mendeteksi sarkasme, ironi, metafora dan permainan kata.

Lelucon hanya bekerja jika otak kiri dan otak kanan bekerja secara bersamaan. Otak kiri bertanggung jawab atas Bahasa lebih dari 90% orang bertangan kanan tetapi hanya 60% orang bertangan kiri. Terkadang satu daerah bias mengambil alih fungsi daerah lain. Sebagai contoh jika sebelum usia 1 tahun mengalami kerusakan pada bagian kiri otaknya dan dioperasi untuk di hilangkan, bagian kanan mengambil alih kemampuan Bahasa untuk membantu anak menjadi normal dalam berbahasa.

4.Keterkaitan Struktur Otak

Kedua belahan otak biasanya bekerja sama untuk memahami dan menanggapi dunia, ingat juga bahwa setiap neuron memiliki ratusan sinapsis dengan neuron lain. Semakin baik kondisi setiap bagian tersebut maka akan membantu proses belajar menjadi lebih baik, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Pada intinya belajar atau berfikir tentang hampir apa saja (bahkan satu katapun) membutuhkan proses distribusi melewati banyak bagian dari otak.

B.     PERKEMBANGAN OTAK

Sebuah mitos yang tersebar menyebutkan bahwa kedua otak sepenuhnya matang dalam beberapa tahun pertama kehidupan sehingga banyak orang tua membom bardir anaknya dengan berbagai stimulus seperti belajar biola, membaca, kelas seni dan lain sebagainya bahkan sebelum anaknya mencapai umur TK. Walaupun banyak perkembangan otak terjadi sebelum kelahiran dan di beberapa tahun pertama setelah lahir, tapi otak terus berkembang hingga dewasa awal. Sebaiknya stimulus di beberapa tahun pertama kehidupan disesuaikan dengan tingkat perkembangan anak.

1.      Pengembangan Pranatal

Otak pertama kali muncul berbentuk tabung di 25 hari setelah pembuahan, lalu tabung tersebut membentuk kantong sehingga muncul 3 ruang yaitu otak depan, tengah dan otak belakang. Neuron sangat cepat terbentuk di dalam tabung tersebut, sekitar 50.000 samapai 100.000 sel baru per detik di minggu ke 5-20. Neuron bermigrasi ke berbagai lokasi ditarik oleh berbagai bahan kimia dan diukung oleh sel glia. Saat mereka mencapai tujuan, mereka mengirim dendrit dan akson untuk terhubung satu sama lain. Mereka yang terhubung mulai mengambil fungsi tertentu, sedangkan yang tidak cenderung mati.

2.      Perkembangan di Bayi dan Anak Usia Dini

Antara kelahiran dan usia 3 tahun, ukuran otak lebih besar tiga kali lipat. Korteks serebral adalah bagian otak yang telah dewasa pada saat lahir, kita akan banyak melihat kemajuan dalam berfikir, penalaran anak dan pengendalian diri. Berikut adalah ciri perkembangan otak pada tahun awal

a.      Synaptogenesis

Sinapsis pada neuron sudah terbentuk baik sebelum lahir. Tapi tak lama setelah kelahiran, tingkat pembentukan sinapsis meningkat drastic. Neuron menyebarkan dendrit baru ke segala arah dan melakukan kontak dengan banyak neuron lainnya. Berkat proses ini anak-anak mempunyai sinapsis lebih banyak dari orang dewasa. Synaptogenesis akan berhenti tetapi akan berbeda-beda waktunya untuk tiap bagian otak.

b.      Diferensiasi

Sebagai neuron membentuk sinapsis dengan satu sama lain, mereka juga mulai mengambil fungsi tertentu sehingga neuron menjadi spesialis.

c.       Pemangkasan sinaptik

Terjadi karena sinapsis tidak berguna dan tidak relevan, bahkan suatu system dibentuk untuk menjamin pemangkasan synaptic terjadi. Dengan mengirim pesan ke neuron lain, menyebabkan penerima informasi mengeluarkan zat yang menjaga kehidupan mereka yang biasa disebut dengan factor trofik. Jika neuron secara teratur menerima factor trofik dari sumber yang sama, mereka membentuk sinaps yang stabil dengan sumber tersebut. Jika suatu neuron tidak mendapatkan factor trofik dari neuron lain, maka mereka akan mati.

d.      Mielinasi

Proses terselubunginya aksos neuron oleh selubung myelin. Beberapa mielinasi dimulai menjelang akhir periode prenatal. Mielinasi meningkatkan kapasitas otak untuk menanggapi dunia dengan cepat dan efisien.

3.      Perkembangan di masa Anak, Remaja, dan Dewasa

Mielinasi berlanjut hingga ke usia dua puluhan, lobus frontal menunjukan bukti pematangan yang cukup pada masa remaja akhir atau dewasa awal, yang memungkinkan meningkatnya perhatian, perencanaan, dan control impuls. Dengan pubertas dating juga perubahan kadar horon anak muda (estrogen dan testosterone) yang mempengaruhi pematangan struktur otak dan memungkinkan peningkatan produksi dan efektivitas neurotransmitter. Tingkat neurotransmitter yang tidak normal juga dapat menyebabkan kerusakan di otak (kasus “A” di awal)

Faktor Yang Mempengaruhi Perkembangan otak

1.      Nutrisi

Nutrisi dapat mempengaruhi produksi dan mielinasi neuron dan pertumbuhan sel glial.

2.      Lingkungan yang tercemar

Timbal, merkuri, pestisida dan sebagainya memiliki dampak yang signifikan terutama selama periode  prenatal dan dalam beberapa tahun pertama setelah lahir.

3.      Alcohol

Calon ibu yang mengkonsumsi alcohol secara berlebihan selama kehamilan menyebabkan kemungkinan anak mereka mengembangkan sindrom alcohol janin, yaitu kondisi yang ditandai dengan ciri khas wajah, koordinasi motoric yang buruk, Bahasa yang tertunda, dan cacat intelektual

4.      Pengalaman

Pengalaman dapat juga membuat perbedaan, anak yang dibesarkan dalam lingkungan keluarga yang hangat akan lebih baik perkembangannya di bandingkan dengan anak yang tinggal di lingkungan keluarga yang kasar.

5.      Latihan fisik

Latihan fisik juga dapat merangsang pertumbuhan neuron.

6.      Kesempatan untuk belajar hal baru

Seperti memainkan alat music, membaca atau menyulap  memberikan hasil beda yang nyata dalam ukuran, organisasi, atau fungsi struktur otak yang relevan

Terdapat periode dimana otak dapat berkembang dengan sangat baik, sebagai contoh perhatikan penemuan terbaik ini.

·         Mereka yang mulai pelatihan music sebelum usia 10 tahun menunjukkan aktivasi yang lebih besar dibagian tertentu dari otak mereka daripada yang memulai lebih tua

·         Dalam persepsi virtual, anak-anak yang dilahirkan dengan katarak akan kemungkinan bias melihat normal jika pembedahan dilakukan diusia 2 tahun dibandingkan yang lebih tua akan cenderung buta walaupun dioperasi.

·         Dalam hal Bahasa, anak-anak pada tahun awal yang kurang terkena paparan Bahasa akan sulit berkembang dan sulit mengolah Bahasa dikemudian hari.

Tapi beberapa ahli meragukan adanya periode dimana otak berkembang dengan baik terhadap semua keterampilan dan domain pengetahuan, seringkali orang menjadi ahli dalam topic atau keterampilan yang tidak mereka lakukan hingga mereka remaja atau dewasa. Sebagai contoh saya tidak belajar mengemudi sampai saya berusia 16 tahun, tidak belajar psikologi sampai saya mencapai perguruan tinggi tapi dengan waktu dan latihan saya bisa menguasai dengan cukup mahir hal-hal tersebut.

Experience-Expectant versus Experience-Dependent Plasticity

Keterampilan yang dimiliki manusia sejak ribuan tahun (persepsi visual, Bahasa dan sebagainya) disebut Experience-Expectant. Walaupun manusia bisa membedakan Antara suara pidato dan suara disekitarnya, secara alami manusia belajar menghiraukan suara lain dan focus kepada suara pidato. Experience-Dependant adalah pengalaman atau keterampilan unik sebagai hasil dari budaya dan masyarakat social di sekitar orang tersebut. Keterampilan ini muncul ketika mereka hidup di kondisi lingkungan tersebut dalam waktu yang cukup lama dan mungkin muncul di hampir setiap usia, sebagai contoh bagaimana cara menempuh jalan dari rumah hingga ke bangk dilingkungan kita yang baru. Kembali sedikit kebelakang, ini sedikit memberi jawaban tambahan mengenai kondisi kritis atau kondisi terbaik perkembangan otak.

Untuk Apa Perluasan Otak Dipersiapkan, Untuk Mengetahui Atau Untuk Belajar Sesuatu ?

Mari kita lihat sekali lagi di Bahasa. Berbicara dan memahami Bahasa adalah prestasi ajaib bagi anak-anak, mereka tidak hanya harus menguasai gerakan motoric halus yang terlibat dalam memproduksi berbagai konsonan dan vocal tetapi juga puluhan ribu arti kata ditambah struktur sintaksis yang begitu banyak dan beragam. Bagaimana anak menguasai Bahasa secepat itu merupakan salah satu misteri terbesar dari perkembangan anak. Pertimbangkan juga penemuan ini dari penelitian bayi.

·         Dalam 24 jam, bayi memiliki beberapa kemampuan untuk membedakan Antara benda yang dekat dengan mereka dibandingkan benda yang jauh. Seolah-olah mereka dapat menilai jarak jauh sebelum mereka memiliki banyak kesempatan untuk belajar tentang jarak

·         Bayi berusia 1 atau 2 hari dapat meniru ekspresi wajah, mengerucutkan bibir mereka, membuka mulut mereka atau mencuatkan lidah mereka. Terdapat neuron cermin yang dapat mencatat dan  mengingat ketika bayi melakukan tindakan tertentu atau ketika mereka melihat orang lain melakukan hal itu.

·         Dalam 3 atau 4 bulan, bayi menunjukkan tanda kejutan ketika benda padat bertabrakan, ketika suatu objek dilempar diudara.

C.    BASIS FISIOLOGI DARI BELAJAR

Banyak teori  percaya bahwa dasar untuk belajar terletak pada perubahan interkoneksi antara neuron, khususnya penguatan dan pelemahan sinapsis yang ada atau pembentukan yang baru. Beberapa peneliti menemukan bahwa pembentukan neuron baru (neurogenesis) berlangsung seumur hidup dalam bagian tertentu dari hippocampus dan mungkin juga daerah tertentu dari frontal dan parietal lobus. Mempelajari hal baru berguna untuk meningkatkan tingkat keberlangsungan hidup dan pematangan neuron muda, tanpa pengalaman seperti itu makan neuron ini akan mati. sel glial dikenal sebagai astrosit memiliki peran yang sama penting dengan neuron (bahkan mungkin lebih penting) dalam belajar dan mengingat. Jumlah astrosit jauh melebihi jumlah neuron, memiliki zat kimia untuk berkomunikasi dengan astrosit lainnya dan dengan neuron lain, dan juga tampaknya memiliki control atas apa yang neuron lakukan ataupun tidak dan menentukan sebanyak apa neuron berkomunikasi dengan neuron lainnya. Otak yang normal memproduksi banyak astrosit sepanjang hidup manusia. Adapun jawaban untuk dimana proses pembelajaran terjadi adalah di berbagai tempat. Lobus frontal yang aktif saat kita harus memperhatikan dan memikirkan informasi baru, dan lobus dari korteks mungkin aktif untuk menafsirkan informasi tersebut. Hippocampus tampaknya menjadi tokoh sentral dalam proses pembelajaran, menyatukan informasi yang didapan dari berbagai bagian dari otak untuk membentuk kemudian mengkonsolidasikan dengan kenangan lama. Dan tetangga dari hippocampus yaitu amygdala, kemungkinan berperan dalam kenangan emosional yang anak muda bentuk.

D.    PENELITIAN OTAK DAN IMPLIKASINYA TERHADAP PENDIDIKAN

·         Hilangnya beberapa sinapsis baik itu diinginkan atau tidak, rupanya adalah upaya untuk melestarikan sebagian besar dari mereka. lebih lebih dititik beratkan pada keuntungan kehilangan sinapsis karena akan meningkatkan efisiensi otak. Kemajuan pesat dalam belajar bahkan terjadi setelah beberapa sinapsis hilang atau rusak.

·         Banyak lingkungan membina perkembangan otak normal. Misalnya untuk mendapatkan penglihatan teropong yang normal, anak membutuhkan input visual yang seimbang untuk kedua mata. Dapat dikatakan perkembangan otak akan normal jika stimulus yang diberikan sesuai dengan tingkat perkembangan anak.

·         Tahun-tahun awal sangat penting untukbelajar, tetapi begitu juga dengan tahun-tahun berikutnya. Memang anak yang mengikuti kegiatan pengayaan akan lebih meningkat dari anak yang tidak mengikuti kegiatan tersebut. Namun peningkatan tersebut akan berkurang dari waktu kewaktu bahkan akan hilang sama sekali kecuali anak tersebut terus merangsang pengalaman selama ditahun sekolah.

·         Tidak ada yang namanya mengajar untuk otak kanan maupun otak kiri. Seperti yang kita ketahui kedua belahan otak bekerja sama secara intens dihampir semua kegiatan berfikir dan belajar.

·         Dalam hal periode terbaik perkembangan otak, kesempatanakan tetap ada setidaknya selama celah masih ada. Periode terbaik memberitahu kita waktu terbaik untuk kemampuan tertentu dibina, tetapi tidak memberitahu kita bahwa itu adalah satu-satunya waktu.

·         Penelitian otak membantu kita memperbaiki teori belajar, tetapi tidak memberitahu kita tentang apa yang diajarkan dan bagaimana cara terbaik mengajarkannya.