Archerfish Menentang Gagasan bahwa Penglihatan Kompleks Membutuhkan Korteks | Intisari TS

Lmelihat archerfish, mungkin untuk menyimpulkan beberapa fitur utama tentang biologinya. Warnanya yang pucat dan berbintik-bintik meniru belang-belang sinar matahari di atas air, menunjukkan penyamaran, dan mata serta mulutnya mengarah ke langit, mengungkapkan strategi berburu predator. Benar saja, seperti namanya, archerfish adalah pemburu yang terampil. Selain mengincar mangsa air di air keruh, archerfish juga bisa membentuk mulutnya hanya untuk menembakkan semburan cairan yang mampu mengusir serangga dan bahkan kadal kecil dari dedaunan yang menjorok beberapa meter di atas air. Karena archerfish mampu secara akurat memperkirakan jarak mangsa dari bawah permukaan air, jet mencapai kecepatan puncaknya saat menyerang targetnya—memberikan pukulan enam kali lebih kuat daripada yang dilakukan oleh otot vertebrata rata-rata.

Untungnya bagi para peneliti, archerfish (keluarga Toxotidae) dengan mudah meludahi target di laboratorium untuk ditukar dengan makanan ringan, kata ahli ekologi visual Universitas Oxford Cait Newport, yang menambahkan bahwa ikan itu ”pekerja yang sangat keras . . . dan umumnya tidak terlalu pemalu.” Fitur-fitur ini menjadikannya model yang kuat untuk mempelajari kognisi visual pada ikan, kelompok yang menyimpang dari nenek moyang terbarunya dengan manusia sekitar 420 juta tahun yang lalu. Meskipun mereka tidak memiliki korteks, bagian dari otak mamalia yang memproses rangsangan visual, archerfish masih dapat melakukan banyak tugas perilaku yang sama seperti mamalia, membuat perbandingan langsung antara kedua kelompok menjadi mungkin. “Apa pun yang dapat Anda tempatkan dalam bentuk pertanyaan pilihan ganda, Anda benar-benar dapat belajar dengan archerfish,” kata Ronen Segev, seorang ahli saraf di Ben-Gurion University of the Negev di Israel.

Pada 2016, Newport mendemonstrasikan bahwa archerfish Toxotes chatareus dapat membedakan antara wajah manusia. Tampaknya itu hal yang aneh untuk dipelajari, tetapi wajah, kata Newport, adalah cara yang baik untuk menguji kemampuan ikan untuk mendeteksi hal-hal baru pada objek yang “hewan itu belum berevolusi untuk dipelajari.” Newport dan rekan-rekannya menggunakan serangkaian gambar yang dirancang oleh para peneliti di Institut Max Planck untuk Sibernetika Biologis untuk melatih ikan meludahi satu wajah yang ditampilkan di antara serangkaian wajah baru; pilihan yang benar menghasilkan hadiah makanan. Kemudian, tim mulai menambahkan lebih banyak wajah dan menstandardisasi bentuk, warna, dan kecerahannya. Meski begitu, ikan tersebut mampu mengidentifikasi wajah yang dikenalnya dari sebanyak 44 gambar berbeda. Dalam studi lanjutan, para peneliti memperluas pekerjaan mereka untuk menunjukkan bahwa archerfish juga dapat mengenali wajah yang sama dari beberapa sudut yang berbeda.

Untungnya bagi para peneliti, archerfish siap meludahi target di laboratorium untuk ditukar dengan makanan ringan.

Temuan ini, menurut catatan Newport, menentang proses pencocokan gambar sederhana di mana ikan membandingkan gambar baru dengan katalog internal. Sebaliknya, mereka menyarankan bahwa archerfish mungkin menggunakan mekanisme kompleks yang lebih mirip dengan proses visual mamalia. Pengenalan objek adalah “tugas yang sangat rumit, dan manusia memiliki bagian dari otak kita yang didedikasikan hanya untuk mengenali wajah manusia,” kata Newport. Banyak ikan, termasuk archerfish, memiliki otak yang relatif kecil untuk ukuran tubuhnya dibandingkan dengan mamalia, tambahnya, “tetapi kami melihat mereka melakukan tugas pemrosesan yang luar biasa ini.”

Segev dan Svetlana Volotsky, seorang mahasiswa PhD yang bekerja di labnya, baru-baru ini mengambil ide ini selangkah lebih maju, memilih gambar semut, laba-laba, dan tanaman yang relevan secara ekologis. Mereka menemukan bahwa T.chatareus bisa memilih serangga individu yang telah mereka latih untuk diludahi dengan imbalan makanan. Studi tersebut juga menunjukkan bahwa ikan dapat mengenali serangga baru sebagai mangsa tanpa pelatihan tambahan, bahkan dari sudut yang berbeda. Untuk melakukan ini, kata Segev, ikan pemanah kemungkinan memiliki seperangkat aturan internal yang digunakannya untuk mengklasifikasikan hal-hal baru. “Anda tidak mengingat fakta bahwa wajah saya ada di tengah layar; Anda mempelajari aturan yang benar-benar menggambarkan wajah saya.”

Untuk menentukan apa yang dimaksud dengan aturan itu, Volotsky memecah setiap gambar menjadi bagian-bagiannya—antara lain bentuk, tekstur, kelengkungan, dan simetri. Menggunakan algoritme pembelajaran mesin, kelompok tersebut mengidentifikasi lima fitur, sebagian besar terkait dengan bentuk objek, yang tampaknya penting bagi ikan untuk mengenali objek sebagai makanan. Volotsky selanjutnya menguji fitur-fitur ini satu per satu dengan ikan dalam gambar yang dikupas. Ikan hanya melihat bentuk kasar daun dan laba-laba, misalnya, atau hanya tekstur visualnya. Pilihan mereka tentang apakah akan meludah atau tidak memperkuat kesimpulan model: “Anda dapat menghapus semua tekstur dan ikan masih dapat mengidentifikasi dan mengklasifikasikan objek, tetapi mereka tidak dapat melakukannya jika Anda menyimpannya. [only] teksturnya,” kata Volotsky.

Beberapa peneliti sekarang ingin membongkar sistem visual pada ikan pemanah yang berenang bebas untuk menentukan bagaimana otak memproses input visual secara real time. Tantangannya adalah teknologi—mengembangkan alat yang cukup kecil untuk dipakai ikan dan bisa berfungsi di air. Segev dan rekan-rekannya telah membuat perangkat yang mampu mengukur aktivitas saraf pada ikan mas yang berenang bebas, dan Volotsky sedang mengembangkan teknik terpisah yang katanya dapat merekam sel-sel otak individu dalam ikan pemanah yang ditambatkan untuk menentukan neuron mana yang diaktifkan ketika tim menunjukkan gambar ikan dari berbagai bentuk. Trevor Hamilton, ahli saraf perilaku di Universitas MacEwan di Kanada yang mempelajari kognisi visual pada ikan zebra, mengatakan mungkin ada alat dari bidangnya yang layak dipinjam, termasuk pendekatan optogenetik dan elektroensefalograf portabel yang dirancang menggunakan spesies ikan yang jauh lebih kecil daripada ikan pemanah.

Diskriminasi objek bukan satu-satunya hal mengejutkan yang tampaknya dapat dilakukan oleh ikan pemanah tanpa korteks, dan ikan pemanah sebagai kelompok tetap menjadi sumber ide penelitian yang bermanfaat, kata Shai Gabay, ahli saraf evolusioner di Universitas Haifa di Israel. Laboratorium Gabay menggunakan archerfish untuk melengkapi penelitiannya tentang otak manusia dan untuk menantang apa yang dia sebut “bias kortiko-sentris” dalam literatur ilmu saraf. Timnya berpendapat bahwa archerfish merespons rangsangan dengan cara yang disengaja—yaitu, dengan memproses dan bertindak berdasarkan informasi dengan cara yang melampaui reaksi refleksif murni—dan penelitian awal menunjukkan bahwa hewan tersebut terlibat dalam perilaku prososial seperti berbagi makanan. Dalam temuan yang baru-baru ini dipresentasikan pada konferensi oleh anggota lab Gabay, tim menemukan bahwa archerfish akan secara konsisten memilih target yang memberi imbalan bagi dirinya sendiri dan teman tangki pasifnya dengan makanan, selama pemilih menerima setidaknya sebanyak tetangganya. Meskipun diperkirakan bahwa otak yang sangat berkembang yang mencakup korteks diperlukan untuk perilaku sosial, “sekarang kita dapat melihat perilaku sosial yang sangat kompleks bahkan pada ikan,” kata Gabay. Para ilmuwan, menunjukkan bahwa mekanisme alternatif dapat menyebabkan sosialitas.