Otak manusia sering digambarkan sebagai jaringan listrik yang rumit, tempat miliaran sinyal berpindah dari satu sel ke sel lainnya dengan kecepatan luar biasa. Tapi bagaimana sebenarnya sinyal itu bergerak? Apakah mereka benar-benar seperti aliran listrik di kabel, atau ada mekanisme lain yang lebih kompleks dan elegan?
Sebuah penelitian baru yang diterbitkan di Scientific Reports tahun 2025 oleh Usman Younas dan rekan-rekannya memberikan cara pandang baru yang menarik: sinyal otak mungkin bergerak bukan hanya sebagai arus listrik, tetapi sebagai gelombang nonlinier khusus yang disebut “soliton.”
Temuan ini membuka kemungkinan bahwa otak kita tidak sekadar bekerja seperti mesin elektronik, melainkan seperti samudra yang penuh ombak dinamis, tempat setiap pikiran dan impuls saraf mengalun dalam bentuk gelombang.
Sejak lama, para ilmuwan memahami bahwa neuron (sel saraf) berkomunikasi melalui sinyal listrik yang disebut impuls saraf atau action potentials. Sinyal ini bergerak sepanjang “kabel” kecil bernama akson, lalu diteruskan ke neuron lain melalui sambungan yang disebut sinaps.
Namun, model klasik yang menjelaskan proses ini dikenal sebagai model Hodgkin-Huxley berfokus pada aliran ion (natrium dan kalium) melewati membran sel, seperti arus listrik yang melintasi sirkuit. Model itu bekerja dengan baik, tetapi ada hal yang aneh:
Beberapa hasil eksperimen menunjukkan bahwa ketika sinyal saraf melewati akson, tidak hanya terjadi perubahan listrik, tetapi juga perubahan tekanan, suhu, dan struktur mekanik membran sel.
Dengan kata lain, sinyal otak tampaknya bukan sekadar listrik, melainkan fenomena fisik yang lebih kaya, mirip gelombang yang membawa energi sekaligus getaran.
Baca juga artikel tentang: Mengungkap Perasaan Sedih dari Pandangan Neurosains, Psikologi, dan Fisiologi
Mengenal Soliton: Gelombang yang Tak Pernah Pudar
Untuk menjelaskan fenomena ini, para peneliti menggunakan konsep dari fisika nonlinier yang disebut soliton. Soliton adalah gelombang tunggal (solitary wave) yang memiliki sifat luar biasa: ia bergerak tanpa kehilangan bentuk atau energi, bahkan ketika bertabrakan dengan gelombang lain.
Fenomena ini pertama kali ditemukan pada abad ke-19 di permukaan air kanal, seorang insinyur Skotlandia melihat “gelombang tunggal” yang meluncur jauh tanpa memudar. Sejak itu, soliton ditemukan di berbagai bidang: dari serat optik, plasma, hingga biologi molekuler.
Kini, para ilmuwan seperti Younas dan timnya mencoba menerapkan konsep ini ke neurosains, dengan gagasan bahwa impuls saraf adalah sejenis soliton yang meluncur di sepanjang akson neuron.
Soliton di Dalam Neuron
Dalam model yang diajukan para peneliti, gelombang saraf bukan sekadar aliran ion, tapi juga gelombang tekanan termodinamika yang menjalar di membran sel neuron.
Bayangkan membran neuron seperti permukaan laut yang elastis. Ketika ada rangsangan listrik, permukaan itu bergetar dan menghasilkan satu “gelombang kesadaran kecil” soliton yang meluncur dari ujung ke ujung.
Menariknya, soliton ini tidak memudar seiring waktu. Mereka bisa terus melaju stabil sepanjang akson, membawa informasi secara efisien tanpa kehilangan energi yang signifikan. Inilah yang membuat model ini menarik untuk menjelaskan efisiensi tinggi komunikasi saraf di otak manusia.
Matematika di Balik Gelombang Otak
Untuk memodelkan gelombang ini, para peneliti menggunakan persamaan nonlinier diferensial, rumus kompleks yang biasanya digunakan untuk menggambarkan fenomena alam yang tidak mengikuti pola sederhana.
Dalam studi ini, Younas dan timnya menerapkan berbagai metode matematis seperti:
- Kumar–Malik Method,
- Generalized Exponential Rational Integral Function Method, dan
- Riccati Modified Extended Simple Equation Method.
Nama-namanya terdengar rumit, tapi intinya semua metode itu bertujuan untuk mencari solusi stabil dari bentuk gelombang soliton.
Hasilnya, mereka menemukan beragam tipe gelombang di dalam model neuron:
- Gelombang campuran (mixed solitons),
- Gelombang terang dan gelap (bright-dark solitons),
- Gelombang tunggal atau ganda,
- Dan bahkan gelombang kompleks yang saling bertumpuk.
Setiap jenis gelombang ini bisa mewakili kondisi atau pola aktivitas saraf yang berbeda di otak manusia.
Apa Artinya bagi Ilmu Otak
Mengapa semua ini penting? Karena model berbasis soliton bisa menjelaskan banyak hal yang tidak bisa dijelaskan oleh teori klasik.
Misalnya:
- Mengapa sinyal saraf bisa tetap stabil walau neuron mengalami perubahan fisik kecil.
- Mengapa energi yang dilepaskan dalam transmisi saraf tidak sebesar yang diperkirakan model listrik murni.
- Mengapa sinyal otak bisa saling berinteraksi tanpa “menghancurkan” satu sama lain, seperti gelombang laut yang saling melintas tanpa pecah.
Jika konsep ini terbukti benar, maka kita sedang melihat cara kerja otak dari sudut pandang fisika baru di mana pikiran manusia bukan sekadar hasil aliran listrik, tapi juga orkestra gelombang energi yang harmonis.
Lebih dari Sekadar Otak
Yang menarik, penelitian ini juga punya dampak lintas disiplin. Metode dan pemahaman tentang soliton bisa diterapkan di:
- Teknologi komunikasi optik, untuk memperkuat sinyal cahaya di serat fiber tanpa kehilangan energi.
- Bioteknologi dan sistem seluler, untuk memahami transmisi sinyal pada jaringan biologis lain.
- Fisik komputasi dan sistem nonlinier, yang bisa digunakan dalam simulasi otak buatan (AI berbasis model fisik, bukan sekadar jaringan matematis).
Dengan kata lain, sains gelombang otak ini bisa menjadi jembatan antara biologi, fisika, dan teknologi.
Dari Gelombang ke Kesadaran?
Pertanyaan paling menarik tentu saja: apakah kesadaran manusia juga bisa dijelaskan lewat gelombang seperti ini?
Walau penelitian ini belum sampai sejauh itu, beberapa ilmuwan mulai berspekulasi bahwa pola soliton kompleks di otak bisa menjadi dasar dari pengalaman sadar.
Jika benar, maka setiap pikiran, emosi, atau ingatan yang kita miliki mungkin hanyalah hasil dari tarian rumit gelombang energi mikroskopis di dalam jaringan saraf.
Penelitian Younas dan rekan-rekannya memberi kita cara baru untuk memandang otak, bukan hanya sebagai sirkuit listrik, tapi sebagai lautan dinamis yang penuh gelombang stabil dan berirama.
Di dunia mikroskopis otak, mungkin tak ada “arus” yang mengalir, melainkan gelombang yang menari, bergerak maju tanpa pernah padam. Dan di balik setiap pikiran, perasaan, dan kesadaran kita, ada harmoni fisika murni yang bekerja tanpa henti, membuktikan bahwa otak manusia, seperti alam semesta itu sendiri, adalah permainan indah antara energi dan gelombang.
Baca juga artikel tentang: Bagaimana Cara Neurosains mengubah Mindset Manusia?
REFERENSI:
Younas, Usman dkk. 2025. Analyzing the neural wave structures in the field of neuroscience. Scientific Reports 15 (1), 7181.
