Informasi lingkungan dari reseptor tubuh atau indra menuju
pusat pengolahan informasi misalnya otak, memerlukan suatu media. Media
tersebut berupa sel, yaitu sel
saraf ( sel neuron ). Jadi, sel tersebut
berfungsi
mengantarkan informasi dari reseptor ke sistem pengolahan
informasi, kemudian menyampaikan tanggapannya ke efektor. Adapun efektor berupa sel atau organ
yang digunakan hewan untuk bereaksi terhadap rangsangan. Informasi yang disampaikan
disebut impuls saraf . Sistem saraf
tersusun atas sel-sel saraf dan sel-sel pendukungnya (neuroglia). Sel-sel
neuroglia merupakan jaringan penyokong, sebagai isolasi dan tempat makanan
cadangan karena banyak mengandung glikogen.
1. Sel Saraf
Sistem saraf dibangun oleh sel-sel saraf. Sel saraf atau
neuron merupakan sebuah sel dengan struktur yang khas. Untuk mendukung kinerja
menyampaikan sinyal ke sel lainnya, sel neuron membentuk sebuah juluran juluran
sitoplasma yang disebut dendrit. Dendrit
inilah yang menjadi perantara bagi pergerakan sinyal dari organ reseptor ke
pusat pengolahan saraf. Jika simpul ini hilang atau rusak, seseorang akan
mengalami kepikunan
(jika terjadi di otak), atau mati rasa (jika terjadi di
bagian organ lain).
Sebuah sel saraf terdiri atas
dendrit, selubung mi elin, nodus Ranvier, sel Schwann, badan sel, dan inti
sel. Akson ( neurit ) merupakan bagian
sel saraf yang merupakan perpanjangan dari sitoplasma dalam bentuk tunggal.
Akson dibungkus oleh sebuah lapisan lemak yang disebut selubung mielin. Selubung mielin adalah
bagian khusus dari membran plasma sel aksesoris neuron yang disebut sel Schwann
.
Sel Schwann berfungsi melindungi akson dari kerusakan, luka,
atau tekanan.
Sel Schwann termasuk neuroglia. Sel Schwann tersusun
beraturan pada akson. Namun, terdapat bagian akson yang tidak tertutup oleh Sel
Schwann yang disebut nodus Ranvier .
Nodus Ranvier sangat berguna dalam mekanisme penghantaran impuls atau rangsang.
Badan sel saraf mengandung inti sel, neurofibril, badan Golgi, mitokondria, dan
sitoplasma.
Berdasaran fungsinya sel saraf dapat dibedakan atas sel
saraf sensorik (saraf aferen), sel saraf
motorik (saraf eferen), dan sel saraf interneuron (saraf konektor, asosiasi,
atau ajustor). Sel saraf sensorik membawa informasi dari reseptor yang berhubungan
langsung dengan lingkungan. Sel saraf
motorik membawa informasi ke otot atau kelenjar dan membuat mereka
bergerak atau bereaksi. Adapun sel saraf interneuron merupakan penghubung
informasi antara sel saraf sensorik dan sel saraf motorik.
Berdasarkan strukturnya, sel saraf dibedakan atas neuron
bipolar, neuronunipolar, dan neuron multipolar (Guttman, 1999: 875).
Neuron bipolar memiliki dua juluran dari badan selnya, menjadi dendrit dan
akson. Neuron unipolar memiliki satu juluran dari badan sel yang bercabang
menjadi dendrit dan akson. Adapun neuron multipolar memiliki banyak juluran
dendrit dari badan selnya dan memiliki satu juluran akson.
Arah perambatan dari sinapsis sangat khas, yaitu hanya
terjadi dalam satu arah. Jadi,
pergerakan impuls saraf hampir sama dengan pergerakan arus listrik searah. Sel
saraf menghubungkan antara sel penerima rangsang dan pusat informasi serta
menghantarkan perintah pada organ target dalam satu
arah. Secara umum, neuron memiliki beberapa fungsi sebagai
berikut.
Menghubungkan impuls ke pusat saraf atau neuron sensorik
(neuron aferen). Pada neuron sensorik, bagian dendritnya akan berhubungan
dengan organ reseptor, sedangkan aksonnya berhubungan dengan neuron lain.
Menyampaikan impuls dari pusat saraf ke organ target atau
neuron motorik (neuron eferen). Dendrit akan berhubungan dengan sistem saraf
pusat, sedangkan aksonnya berhubungan dengan organ
efektor.
Menghubungkan antara neuron sensorik dan motorik atau
disebut interneuron . Bagian interneuron
yang menghubungkan antarneuron di otak dinamakan neuron konektor. Sementara
itu, interneuron di sumsum tulang belakang disebut neuron ajustor.
2. Komunikasi Neuron
Neuron-neuron yang berhubungan dalam sebuah sinapsis
mempunyai mekanisme khas dalam menyampaikan perambatan impuls. Antara neuron
dan neuron tidak terjadi hubungan langsung karena terdapat sebuah celah sempit
yang berfungsi untuk menghantarkan impuls di sinapsis. Celah ini disebut dengan
celah sinaptik yang akan meneruskan
impuls dari neuron ke neuron lainnya melalui sebuah perantara yang disebut neurotransmitter .
Neurotransmitter merupakan sebuah cairan kimia dalam tubuh,
seperti asetilkolin, serotonin, atau noradrenalin yang berfungsi menghantarkan
impuls. Sinapsis terdapat di antara akson neuron yang satu dengan dendrit atau
badan sel atau akson dari neuron lain.
Agar dapat menghantarkan impuls, akson harus mencapai
potensial tertentu yang lebih negatif hingga mencapai suatu ambang batas. Pada
saat ambang batas ini, keadaan potensial di dalam akson dinamakan potensial aksi . Jadi, neuron dapat
merambatkan impuls jika mencapai potensial aksi.
Potensial ini sebenarnya terbentuk dari perbedaan muatan
yang dimiliki oleh ion-ion yang berada di dalam sel, yaitu Cl–, A-, Na+, dan K+
yang beradadi luar dan di dalam sel. Ion A– (anorganik) hanya terdapat di
cairanintraseluler. Pada saat istirahat, ion Cl– dan Na+ lebih banyak terdapat diluar sel
(ekstraseluler) dibandingkan ion A– dan K + yang berada di dalam sel
(intraseluler).
Membran selubung mielin adalah sebuah membran yang
semipermeabel yang dapat ditembus oleh ion-ion dengan mekanisme transpor aktif
atau pompa ion. Adanya rangsang akan mengubah susunan potensial listrik yang
ada sehingga terjadi pergerakan keluar-masuknya ion. Neuron yang berada dalam
keadaan istirahat dengan potensial di dalam selnya lebih negatif dibandingkan
potensial di bagian luar disebut dalam keadaan polarisasi atau potensial
istirahat. Perubahan potensial atau depolarisasi akan terjadi jika ada
perubahan muatan dalam membran. Ion Na+ dan Cl – akan bergerak masuk ke dalam
sel pada saat adanya impuls.
Daerah yang mengalami depolarisasi akan membentuk suatu aliran listrik sehingga
menjadi depolarisasi. Bagian yang terdepolarisasi ini akan kembali membentuk
aliran listrik dengan daerah lainnya yang masih dalam keadaan polarisasi
sehingga menjadi terdepolarisasi. Begitu seterusnya sehingga terjadi penjalaran
listrik atau yang dikenal dengan impuls saraf.
Ketika impuls mencapai ujung akson. Impuls tersebut harus
melewati sinapsis menuju otot, kelenjar, atau saraf lainnya. Misalkan sebuah
neuron memiliki hubungan sinapsis dengan neuron lain, akson dari neuron pertama
akan melepaskan neuronsmitter yang akan menyebabkan penjalaran impuls pada
neuron kedua. Misalkan, sebuah neuron memiliki hubungan sinapsis dengan sebuah
sel otot. Untuk membuat otot tersebut berkontraksi, sinyal impuls harus
mencapai sel otot.
Ketika impuls mencapai ujung akson, akson akan mengekresikan
neurotransmitter, yaitu asetilkolin. Molekul asetilkolin berfungsi melewati
sinapsis sel otot. Ketika mereka berikatan dengan reseptor molekul pada membran
sel, sel otot akan berkontraksi. Asetilkolin tidak akan aktif selamanya. Sel
otot mengeluarkan enzim yang disebut asetilkolinterase
. Enzim ini membuat asetilkolin tidak aktif dan sel otot relaksasi. Sel otot
akan berinteraksi kembali jika asetilkolin dilepaskan kembali oleh akson.
Arah impuls saraf hanya terjadi dalam satu arah, baik dari
dendrit menuju akson ataupun antarneuron. Jika bekerja terus-menerus, sel saraf
akan mengalami kelelahan. Contohnya, ketika kita membaui sesuatu yang tidak
enak, lama-kelamaan bau tersebut tidak akan sekeras pada awalnya.
Kecepatan rambat impuls dipengaruhi oleh beberapa faktor, di
antaranya sebagai berikut.
a. Diameter serabut saraf
Sel saraf dengan diameter besar akan lebih cepat merambatkan
impuls dibandingkan dengan sel saraf dengan diameter yang lebih kecil.
b. Selubung mielin
Daerah akson yang tertutup mielin akan menghantarkan impuls
lebih cepat dibandingkan dengan akson yang tidak tertutup mielin.
c. Suhu
Hingga ambang batas tertentu kenaikan suhu akan mempercepat
penghantaran impuls dibandingkan ketika suhu rendah. Hal tersebut dibuktikan
dengan lebih cepatnya perambatan impuls pada hewan homoioterm, seperti Mammalia
dibandingkan hewan berdarah dingin poikiloterm, seperti Reptilia atau Amphibia.
Impuls saraf yang telah mencapai sinapsis, diteruskan oleh
cairan kimia yang disebut neurotransmitter. Saat ini, telah diketahui 50 jenis
neurotransmitter dan neuropeptida (suatu molekul protein kecil yang berfungsi
seperti neurotransmitter). Beberapa neurotransmitter yang dikenal luas adalah
sebagai berikut.
a. Asetilkolin
Asetilkolin banyak ditemukan di otak dan merupakan
satu-satunya neurotransmitter yang ditemukan di sinapsis dan otot.
b. Dopamin
Neurotransmitter ini dikeluarkan oleh bagian neuron yang
mengalami kerusakan. Dopamin akan banyak ditemukan pada sinapsis penderita
penyakit Parkinson. Penyakit Parkinson, seperti yang diderita oleh petinju
legendaris Mohammad Ali, adalah jenis penyakit dengan ciri-ciri susah
mengendalikan pergerakan dan goncangan pada tangan (tremor ).
c. Serotonin
Serotonin merupakan jenis neurotransmitter yang ada di otak
dan sumsum tulang belakang. Serotonin bertugas dalam penghambatan impuls rasa
sakit. Selain itu, serotonin juga diduga memengaruhi tidur dan perasaan kita (
mood).
d. Norepinefrin
Norepinefrin banyak dikeluarkan pada sinapsis yang
berhubungan dengan alat kerja organ dalam, seperti jantung, hati, paru-paru,
serta alat pencernaan. Struktur kimianya mirip dengan hormon adrenalin yang
bekerja pada saat kondisi tubuh tertekan (stress).
e. Neuropeptida
Contoh neuropeptida adalah opioid yang banyak berpengaruh
dalam pengaturan kondisi tubuh, seperti rasa lapar, temperatur tubuh, rasa
marah, dan perasaan-perasaan lain yang ditimbulkan secara emosional.
Sistem saraf, bersama-sama dengan sistem endokrin, melakukan
sebagian besar fungsi pengaturan untuk tubuh. Pada umumnya, sistem saraf
mengatur kegiatan tubuh yang cepat, seperti kontraksi otot, peristiwa yang
berkaitan dengan organ tubuh yang berubah dengan cepat, dan bahkan kecepatan
pengeluaran hormon-hormon tubuh. Jadi dapat dikatakan ada 3 tugas pokok penting
pada sistem saraf . Kegiatan ini disebut fungsi motorik sistem saraf, dan otot
dan kelenjar disebut efektor karena mereka melakukan fungsi yang diperintahkan
oleh sinyal saraf.
Pengolahan informasi, sistem saraf sama sekali tidak efektif
dalam mengatur fungsi tubuh jika tiap sedikit informasi sensorik menyebabkan
suatu reaksi motorik. Oleh karena itu, salah satu fungsi utama sistem saraf
adalah untuk mengolah informasi yang masuk sedemikian rupa sehingga terjadi
reaksi motorik yang tepat. Sebenarnya 99 persen dari semua informasi yang masuk
terus dibuang oleh otak karena tidak penting. Misalnya, orang biasanya sama
sekali tidak menyadari bagian tubuhnya yang bersentuhan dengan pakaian dan juga
tidak menyadari tekanan pada tempat duduknya ketika ia sedang duduk. Demikian
pula perhatiannya hanya ditujukan ke suatu obyek khusus di dalam lapangan
penglihatannya dan bahkan bunyi terus-menerus dari sekitarnya dipindahkan ke
latar belakang. Sebagian besar sisanya disimpan untuk mengatur kegiatan motorik
di masa yang akan datang dan digunakan dalam proses berfikir. Penyimpanan
informasi merupakan proses yang kita sebut sebagai daya ingat, dan juga
merupakan suatu fungsi sinaps.
Fungsi-fungsi Dasar Sistem Saraf
Sistem saraf (nervous system) merupakan sirkuit komunikasi
elektrokimia tubuh. Bidangnya yang mempelajari sistem saraf disebut neurosains
(neuroscience), dan orang-orang yang mempelajarinya disebut ilmuwan neurosains
(neuroscientist).
Sistem saraf manusia terbuat dari miliaran sel yang saling
terhubung, dan mungkin merupakan gugusan teroganisir yang paling rumit dari
materi planet bumi. Sebuah sentimenter kubik tunggal dari otak manusia terdiri
atas lebih dari 50 juta sel saraf, tiap-tiapnya berkomunikasi dengan banyak sel
saraf lainnya dalam jaringan kerja pengolahan informasi yang membuat komputer
yang paling elaborative terlihat primitif.
Karakteristik Sistem Saraf
Otak dan sistem saraf memadu interaksi kita dengan dunia
disekeliling kita, menggerakkan tubuh melalui dunia, dan mengarahkan adaptasi
kita terhadap lingkungan. Beberapa
karakteristik yang luar biasa memungkinkan sistem saraf mengarahkan prilaku
kita : kompleksitas, integrasi, adaptabilitas, dan transmisi elektrokimia.
Kemampuan otak khusus otak untuk beradaptasi dan berubah disebut plastisitas.
Berbagai Jalur Dalam Sistem Saraf
Pengambilan keputusan dalam sistem saraf terjadi dalam jalur
sel saraf yang khusus. Tiga jalur ini adalah masukan sensoris, keluaran
motorik, dan jejaring saraf.
·
Kompleksiitas otak dan sistem saraf luar biasa rumit. Otak sendiri
terdiri atas miliaran sel saraf. Orkestrasi dari seluruh sel ini-- memungkinkan
orang-orang bernyanyi, berdansa, menulis, berbicara, dan berfikir—merupakan
tugas yang mengagumkan. Seiring dengan kita membaca, otak kita melakukan
sejumlah besar tugas—mencangkup bernapas, melihat, berpikir, bergerak—dimana
perakitan yang lebih luas dari sel-sel saraf terjadi.
· Integrasi
ilmuwan neurosains Steven Hyman (2001), menyebutkan otak sebagai “penyatu yang
hebat”. Maksudnya adalah otak melakukan tugas yang luar biasa menarik informasi
bersama-sama. Suara, penglihatan, sentuhan, merasa, membaui, mendengar, gen,
lingkungan—otak menyatukan seluruhnya seiring dengan kita berfungsi di dalam
dunia kita.
Otak dan sistem saraf memiliki tingkatan berbeda-beda dan
banyak bagian yang berbeda-beda. Aktivitas otak di integrasikan sepanjang
tingkatan ini melalui interkoneksi yang tak terhingga dari sel-sel otak dan
jalur luas yang menghubungkan bagian-bagian otak yang berbeda. Tiap-tiap sel
saraf rata-rata berkomunikasi dengan 10.000 sel saraf lainnya, membuat koneksi
bermil-mil (Bloom, Nelson, & Lazerson, 2001). Pikirkan apa yang terjadi
ketika nyamuk mengigit tangan kita. Bagaimana otak kita mengetahui kita digigit
dan dimana letak gigitan tersebut? Berikat- ikat sel saraf terhubung meneruskan
informasi mengenai gigitan dari tangan kita melalui sistem saraf dalam cara
yang sangat teratur kepada tingkatan otak teringgi.
·
Adaptabilitas dunia di seputar kita terus menerus berubah. Untuk
bertahan hidup kita harus beradaptasi terhadap kondisi baru. Otak dan sistem
saraf kita bersama-sama berfungsi sebagai agen dalam beradaptasi terhadap
dunia. Meskipun sel-sel saraf menetap dalam wilayah otak tertentu, mereka
bukanlah struktur yang tetap dan tak dapat berubah. Mereka memiliki dasar
biologis dan turun menurun, tetapi mereka terus-menerus beradaptasi terhadap
perubahan dalam tubuh dan lingkungan (Coch, Ficher, & Dawson, 2007)
Istilah plastisitas (plasticity) melambangkan kemampuan
khusus otak untuk modifikasi dan perubahan. Contoh plastisitas yang muncul
tidak terlalu dramatis muncul dalam diri kita semua. Pengalaman yang kiata
miliki menyumbang pada pendawaian (wiring) dan pendawaian ulang (rewiring) otak
(Mills & Sheehan, 2007). Misalnya, setiap kali bayi menyentuh sebuah benda
atau menatap dengan sungguh-sungguh pada sebuah wajah, impuls-impuls listrik
dan perantara kimia menembak melalui otak si bayi, merajut sel-sel otak bersama
menuju berbagai jalur dan jaringan kerja.
Transmisi
Elektrokimia otak dan sistem saraf pada dasarnya berfungsi sebagai sebuah
sistem pengolahan informasi, di perkuat oleh berbagai impuls listrik dan
perantara kimia (Chichilnisky, 2007). Ketika orang berbicara dengan yang lain,
mereka menggunakan berbagai kimia.
JARINGAN SYARAF TIRUAN
1.1. Pengenalan
Jaringan Syaraf Tiruan
Jaringan syaraf tiruan (ANN) adalah suatu paradigma
pengolahan informasi yang adalah diilhami oleh sistem syaraf biologi,
seperti halnya otak dalam memproses
informasi. Kunci utama dari paradigma ini adalah struktur sistem pengolahan
informasi oleh syaraf biologi. yang terdiri atas sejumlah syaraf sangat saling
behubungan memproses dan bekerja secara berkesinambungan dalam memecahkan
permasalahan spesifik.
Jaringan
syaraf tiruan adalah suatu pengembangan terbaru pada bidang teknologi komputer, Pelopor pengembangan jaringan
syaraf tiruan adalah Minsky dan Papert pada tahun (1969). Pada awalnya jaringan
syaraf tiruan diperkenalkan pada tahun
1943 oleh neurophysiologist Mcculloch
dan ahli logika Walter Pits. Akan tetapi teknologi yang tersedia pada waktu itu
tidak memungkinkan metode yang telah dikembangkan oleh Mc-Culloch-Pits menjadi
lebih berguna.
Jaringan syaraf tiruan, dengan kemampuan luar biasa
digunakan untuk memperoleh tujuan dari data tidak jelas atau data yang memiliki
kompleksitas dalam pengolahannya. Jaringan syaraf tiruan dapat digunakan untuk
mengekstrak pola dan mendeteksi
kecenderungan hal yang dapat dikatakan terlalu kompleks untuk dicatat oleh
baik manusia maupun lain teknik komputer. Suatu jaringan syaraf
tiruan yang dilatih dapat
dikategorikan sebagai suatu "
pakar" dalam menganalisis persoalan
jika jaringan tersebut dapat
memberikan solusi dan menjawab " akibatnya bagaimana jika"
dari sebuah persoalan atau pertanyaan.
keuntungan dari penggunaan jaringan syaraf tiruan adalah
sebagai berikut:
a. Bersifat Adaptif,
yaitu jaringan syaraf tiruan mampu mengubah parameter dan struktur dirinya
berdasarkan masukan yang diberikan, serta menangani masukan yang sebelumnya
belum pernah dikenalnya.
b. Merupakan
pemrosesan non-linier, yaitu fungsi aktivasi merupakan unit non linier dari
jaringan syaraf tiruan.
c. Merupakan
pemrosesan paralel, yaitu sistem kerja paralel dari neuron sehingga dapat
melakukan proses yang bersamaan atau simultan.
1.2. Jaringan syaraf tiruan dan komputer konvensional
Jaringan
syaraf tiruan mengambil suatu pendekatan
yang berbeda dengan pendekatan masalah yang menggunakan komputer konvensional. Komputer konvensional
menggunakan suatu pendekatan dengan algoritma yaitu. komputer mengikuti
sekumpulan perintah atau instruksi dalam memecahkan suatu masalah, sedangkan
jaringan syaraf tiruan memproses informasi dengan cara yang menyerupai kerja
otak manusia. Jaringan syaraf tiruan terdiri atas sejumlah elemen jaringan yang
bekerja paralel untuk memecahkan suatu masalah spesifik dan kompleks dan proses
pengolahannya adalah saling berhubungan. Jaringan syaraf belajar dengan contoh
yang diberikan berupa data. Contoh-contoh berupa data harus dipilih secara
cermat sesuai untuk tujuan dari penggunaannya.
Pada sisi lain, komputer konvensional menggunakan pendekatan
kognitif dalam memecahkan sebuah masalah
dimana cara untuk memecahkan masalah dengan menggunakan komputer adalah berupa
instruksi yang jelas. Instruksi ini kemudian dikonversi kedalam program bahasa
dan kemudian ke dalam kode mesin komputer. Jaringan syaraf tiruan dan sistem
algoritma pemograman pada penggunaannya harus dapat melengkapi satu sama
lain. Jaringan syaraf tiruan digunakan sebagai metode untuk pendekatan masalah,
sedangkan algoritma dan pemograman komputer digunakan untuk merepresentasikan
metode dari jaringan syaraf tiruan.
1.3. Sistem Syaraf Biologis
Masih banyak orang yang belum mengenal proses otak dala.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
semoga bermanfaat.... kalo ada yang salah,, mungkiin ada kritik dan sebagaiinya.. komenn aja, sebagai masukan. terima kasih.