Peneliti Ciptakan Mikroskop 1 Gram untuk Deteksi Saraf Presisi

BEIJING — Sebuah terobosan besar kembali dicapai dalam dunia ilmu saraf dan teknologi medis. Tim ilmuwan dari China berhasil mengembangkan mikroskop nirkabel super ringan dengan bobot hanya 1 gram yang dinamai Airscope. Perangkat inovatif ini mampu merekam aktivitas saraf di korteks serebral tikus dengan resolusi sel tunggal saat hewan tersebut beraktivitas secara alami.

Teknologi ini dikembangkan oleh tim yang dipimpin oleh Dai Qionghai, akademisi dari Akademi Teknik Tiongkok sekaligus profesor di Universitas Tsinghua, bekerja sama dengan sejumlah peneliti dari berbagai lembaga riset. Hasil penelitian penting ini juga telah dipublikasikan secara resmi dalam jurnal ilmiah bergengsi, Nature.

Mengatasi Kendala Riset Ilmu Saraf

Selama ini, memahami bagaimana otak mengatur perilaku di lingkungan alami yang kompleks menjadi tantangan besar dalam ilmu saraf. Penelitian sebelumnya kerap terkendala oleh ukuran dan bobot mikroskop. Perangkat pencitraan konvensional umumnya mewajibkan kepala hewan uji dipasangi instrumen berat atau terhubung dengan kabel rumit, sehingga membatasi ruang gerak dan mengganggu perilaku alami mereka.

Di sisi lain, mikroskop portabel yang ada di pasaran sebelumnya hanya memiliki bidang pandang sangat terbatas, yakni kurang dari 1 milimeter. Jika bidang pandangnya diperluas, mikroskop justru menjadi jauh lebih berat dan boros daya.

Kehadiran Airscope berhasil memecahkan dilema tersebut. Perangkat ini memungkinkan ilmuwan mengamati kinerja ribuan neuron secara bersamaan untuk mendukung perilaku hewan dalam kondisi yang mendekati kehidupan nyata. Terobosan ini membuka jalan baru untuk memahami dasar saraf dari kecerdasan serta memajukan teknologi antarmuka otak-komputer (brain-computer interface) berbasis optik.

Spesifikasi Canggih dengan Bobot Super Ringan

Melalui optimasi sistematis dan desain terintegrasi, Airscope hadir dengan bobot luar biasa ringan, yakni 1 gram. Meski berukuran mungil, perangkat ini memiliki bidang pandang mencapai 6 milimeter dengan resolusi sel tunggal sekitar 4 hingga 6 mikrometer.

Airscope dipasang langsung di kepala tikus dan dibekali sensor gambar 2 megapiksel. Sensor ini mampu melakukan kompresi data langsung di perangkat, sehingga data visual beresolusi tinggi dapat ditransmisikan secara nirkabel tanpa hambatan.

Uji coba menunjukkan bahwa tikus yang mengenakan Airscope tetap dapat memanjat tali dan melintasi tabung sempit dengan lincah. Tidak ditemukan perbedaan signifikan dalam jarak tempuh, kecepatan, maupun pola pergerakan jika dibandingkan dengan tikus tanpa perangkat.

Secara kualitas, sinyal neuron yang direkam Airscope setara dengan hasil pencitraan mikroskop laboratorium konvensional. Dipadukan dengan algoritma ekstraksi data canggih, Airscope mampu merekam lebih dari 8.500 neuron di 14 area kortikal pada satu belahan otak tikus secara simultan. Kapasitas pencitraan ini 25 kali lebih banyak dibanding perangkat nirkabel sebelumnya, dengan ketahanan pemantauan di titik yang sama hingga lebih dari 200 hari.

Aplikasi Riset dan Potensi di Masa Depan

Guna menguji keandalan perangkat dalam kondisi alami, para peneliti membuat habitat khusus seluas 5 meter persegi yang dilengkapi tempat berlindung, tanjakan, hingga lubang pohon. Di arena ini, tikus bergerak dua kali lebih cepat dan menunjukkan 16 variasi perilaku alami, mulai dari menggali hingga berinteraksi sosial.

Hasil pemantauan mengungkapkan bahwa aktivitas kortikal otak berubah secara sistematis mengikuti lokasi medan tempat tikus berada. Dengan mengandalkan data aktivitas saraf tersebut, model pembelajaran mendalam (deep learning) bahkan mampu memprediksi posisi tikus dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi.

Pengembangan Airscope tidak hanya berdampak pada studi kognisi dan penyakit otak, tetapi juga berpotensi diterapkan di luar bidang ilmu saraf, seperti penelitian sistem imun dan onkologi (kanker), untuk melacak proses perkembangan penyakit secara menyeluruh.