TUGAS MATA KULIAH SEL DAN SISTEM FISIOLOGI
Alat Pengukur Waktu Reaksi Dosen Pengampu : dr. V.Sutarmo Setiadji, Ph.D
Osmalina Nur Rahma NPM 1306501892
TEKNOLOGI BIOMEDIS FAKULTAS PASCASARJANA UNIVERSITAS INDONESIA 2014
Pendahuluan 1. Sel Saraf (Neuron) Jaringan saraf tersusun atas sel-sel yang mempunyai bentuk khusus. Sel-sel tersebut dinamakan neuron dan neuroglia. Kedua sel tersebut ibarat pasangan tak terpisahkan yang menyusun jaringan saraf. Jika ada sel neuron, pasti sel neuroglia akan menyertai. Adapun sel neuroglia berfungsi memberikan nutrisi dan bahan-bahan lain yang digunakan untuk kehidupan neuron. Dengan kata lain, neuroglia berfungsi untuk menjamin kehidupan neuron agar tetap dapat melaksanakan kegiatan. Neuron merupakan unit struktural dan fungsional dari sistem saraf. Neuron memiliki kemampuan sebagai konduktivitas (penghantar) dan eksistabilitas (dapat dirangsang, serta memiliki kemampuan merespon rangsangan dengan sangat baik). Neuron terdiri dari tiga bagian yang berbeda satu dengan yang lain, yaitu sebagai berikut. a. Badan Sel (Perikarion) Bagian sel menyimpan inti sel (nukleus) dan anak inti (nukleolus), berjumlah satu atau lebih yang dikelilingi sitoplasma granuler. Dalam sitoplasma badan sel juga terdapat badan Nissl yang merupakan modifikasi dari retikum endoplasma kasar. Badan Nissl mengandung protein yang digunakan untuk mengganti protein yang habis. Selama metabolisme, protein ini juga bermanfaat untuk pertumbuhan neuron. Jika badan sel rusak, maka serabut-serabut neuron akan mati. b. Dendrit Dendrit merupakan tonjolan sitoplasma dari bagian badan sel. Dibandingkan akson, dendrit ini lebih halus, lebih pendek, dan memiliki percabangan yang lebih banyak. Fungsi dendrit ini adalah untuk meneruskan rangsang dari organ penerima rangsang (reseptor) menuju ke badan sel. c. Akson Akson sering disebut juga neurit. Bagian ini merupakan tonjolan sitoplasma yang panjang dan berfungsi untuk meneruskan impuls saraf yang berupa informasi berita dari badan sel. Akson memiliki bagian-bagian yang spesifik, yaitu sebagai berikut. 1) Neurofibril Neurofibril merupakan bagian terdalam dari akson yang berupa serabutserabut halus. Bagian-bagian inilah yang memiliki tugas pokok untuk meneruskan implus. 2) Selubung Mielin Bagian ini tersusun oleh sel-sel pipih yang disebut sel Schwann. Selubung mielin merupakan bagian paling luar dari akson yang berfungsi untuk melindungi akson. Selain
itu, bagian ini pulalah yang memberikan nutrisi dan bahan-bahan yang diperlukan untuk mempertahankan kegiatan dari akson. 3) Nodus Ranvier Nodus ranvier merupakan bagian akson yang menyempit dan tidak dilapisi selubung mielin. Bagian ini tersusun dari sel-sel pipih. Dengan adanya bagian ini, terlihat bagian akson tampak berbuku-buku.
Gambar 1 Sel Saraf Sel-sel saraf tersebut membentuk jaringan saraf. Antara sel satu dengan yang lain terjalin saraf dan saling berhubungan. Ujung dendrit berhubungan langsung dengan penerima rangsang (reseptor). Selain itu, ujung dendrit ada pula yang berhubungan dengan ujung akson dari neuron lain. Ujung akson pada sel-sel lain ada juga yang berhubungan dengan efektor, yaitu struktur yang memberikan jawaban terhadap impuls yang diterima reseptor, misalnya otot dan kelenjar. Pertemuan antara akson dengan dendrit atau efektor disebut sinapsis.
2. Mekanisme Jalannya Impuls Secara umum, fungsi sel saraf adalah menerima rangsang dan dapat menanggapi rangsang tersebut. Seperti sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa sistem saraf merupakan jaringan komunikasi yang kompleks. Mekanisme jalannya impuls saraf, yaitu sebagai berikut :
Gambar 2 Mekanisme Jalannya Impuls
a. Impuls Dihantarkan Melalui Sel Saraf Impuls dapat diteruskan dan mengalir melalui sel saraf yang disebabkan adanya perbedaan potensial listrik yang disebut dengan polarisasi. Muatan listrik di luar membran sel saraf adalah positif sedang muatan yang di luar adalah negatif. Apabila sel saraf diberi rangsangan akan mengakibatkan polarisasi membran berubah, sehingga polarisasi akan mengalami pembalikan. Proses pembalikan akan diulang yang menyebabkan rantai reaksi. b. Impuls Dihantarkan Lewat Sinaps. Struktur sinaps dapat Anda lihat pada Gambar berikut.
Gambar 3 Sturktur Sinaps Apabila impuls mengenai tombol sinaps, maka permeabilitas membran prasinapsis terhadap ion kalsium menjadi meningkat. Ion kalsium kemudian akan
masuk, sedangkan gelembung sinaps akan melepaskan neutransmitter ke celah sinaps. Gelembung sinaps melebur dengan membran prasinaps. Impuls sampai ke membran
postsinaps
karena
dibawa
oleh
neurotransmitter,
kemudian
neurotransmitter dihidrolisis oleh enzim yang dihasilkan oleh membran postsinaps.
3. Waktu Reaksi Waktu reaksi adalah waktu yang terjadi antara pemberian rangsang tunggal sampai timbul respon terhadap rangsangan tersebut. Alat yang digunakan dalam pengukuran waktu reaksi adalah alat pengukur waktu reaksi atau reaction timer. Waktu reaksi ini dapat dipengaruhi oleh faktor kelelahan. Kelelahan adalah suatu kondisi menurunnya efisiensi, performa kerja dan erkurangnya kekuatan atau ketahanan fisik tubuh untuk terus melanjutkan kegiatan yang harus dilakukan. Kelelahan diatur secara sentral oleh otak. Terdapat struktur susunan syaraf pusat yang angat penting yang mengontrol fungsi secara luas dan konsekuen yaitu reticular formation atau sistem penggerak pada medula yang dapat meningkatkan dan mengurangi sensitivitas dari cortex cerebri. Cortex cerebri merupakan pusat kesadaran meliputi persepsi, perasaan subyektif, refleks dan kemauan. Keadaan dan perasaan lelah merupakan reaksi fungsional dari pusat kesadaran yaitu cortex cerebri yang dipengaruhi oleh sistem antagonistik yaitu sistem penghambat (inhibisi) dan sistem penggerak (aktivasi) yang saling bergantian. Sistem penghambat terdapat dalam thalamus yang mampu menurunkan kemampuan manusia bereaksi dan menyebabkan kecenderungan untuk tidur, sedangkan sistem penggerak terdapat dalam formatio retikularis yang dapat merangsang pusat-pusat vegetatif untuk konversi ergotropis dari peralatan dala tubuh untuk bekerja.
Gambar 4 Sistem penggerk dan penghambat
Perangcangan Alat Pengukur Waktu Reaksi atau Reaction Timer Alat pengukur waktu reaksi terdiri atas 2 bagian yaitu unit pencacah waktu dan unit pengendali logika.
Gambar 5 Pembagian blok unit alat pengukur waktu reaksi 1. Skema Blok Alat Pngukur Waktu Reaksi
Gambar 6 Diagram blok alat pengukur waktu reaksi
2. Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja alat pengukur waktu reaksi adalah menghitung jeda waktu antara lampu menyala hingga lampu padam yang menunjukkan kecepatan waktu reaksi tangan. Berdasarkan blok diagram di atas, cara kerja alat adalah mula-mula keluaran D-flip-flop(1) berlogika 0 sedangkan D-flip-flop(2) berlogika 1, kemudian jika tombol operator-1 ditekan maka keluaran dari D-flip-flop(1) akan berubah menjadi logik 1. Hal ini menyebabkan keluaran gerbang AND-1 berlogika 1 sehingga membuat lampu-1 menyala. Sinyal tersebut diteruskan ke pintu NOR (keluaran berubah menjadi logika 0) dan dibalik oleh NOT Schmitt Hex sehingga keluaran kembali berlogika 1. Rangkaian NOR dan NOT Schmitt Hex ini berfungsi sebagai penghilang derau atau noise. Keluaran tersebut mengakibatkan gerbang AND-5 bekerja sesuai dengan pembangkit denyut. Pembangkit denyut menggerakkan pencacah dan diubah menjadi angka pada seven segmen oleh BCD. Selanjutnya lampu akan mati dan pencacah waktu akan berhenti bila tombol responden-1 ditekan. Tombol responden1 bila ditekan akan mengakibatkan gerbang D-flip-flop(2) berubah menjadi logika 0 sehingga keluaran gerbang AND-1 akan berlogika 0. Besarnya angka yang tertera pada seven segmen tersebut merupakan waktu reaksi tangan mulai ada rangsangan hingga adanya reson aksi atau yang disebut dengan waktu reaksi (reaction time). Secara sederhana, alur prinsip kerja alat dapat digambarkan padadiagram berikut :
Gambar 7 Alur kerja alat pada kondisi mula-mula
Gambar 8 Alur kerja alat saat tombol I operator ditekan
Gambar 9 Alur kerja alat saat tombol I responden ditekan 3. Rangkaian Pengendali Logika Rangkaian pengendali logika ini pada prinsipnya merupakan saklar start dan stop dari pencacah yang dikendalikan secara logika oleh gerbang-gerbang digital. Rangkaian ini terdiri dari 4 buah IC 7474 sebagai rangkaian D-flip-flop, 1 buah IC 7425 sebagai gerbang NOR, 1 buah IC 7414 sebagai gerbang NOT Schmitt Hex, 4 buah resistor sebagai tahanan dan 4 buah dioda LED sebagai rangsang untuk mata. 3.1. Rangkaian IC 7474 D-flip-flop dengan Tombol Alat ini mnggunakan 9 tombol yang terdiri atas 4 tombol responden, 4 tombol operator dan 1 tombol reset. Tombol operator dan responden bekerja bila diberi masukan high (ditekan) sedangkan tombol reset bekerja berdasar atas masukan logika 1 atau 0.
Rangkaian D-flip-flop ini terdiri atas 4 buah IC 7474, yang masing-masing IC 7474 berisikan 2 gerbang D-flip-flop. Jadi secara keseluruhan rangkaian ini menggunakan 8 gerbang D-flip-flop (4 untuk operator dan 4 untuk responden).
Gambar 10 Salah satu rangkaian IC 7474 dengan tombol Berikut ini adalah tabel kebenaran untuk rangkaian D-flip-flop : Tabel 1 Tabel kebenaran rangkaian D-flip-flop Masukan
Keluaran
Pres 1,2
Clear 1,2
Clock1
Clock2
D
1Q
2Q
Keadaan
1
0
0
0
1
0
1
Reset
1
1
0
0
1
0
1
Awal
1
1
1
0
1
1
1
Lampu menyala
1
1
0
1
1
1
0
Lampu padam
3.2. Rangkaian IC 7408 sebagai Gerbang AND dengan dioda LED Setiap IC 7408 terdiri atas 4 gerbang AND yang masing-masing gerbang berisi 2 masukan dan 1 keluaran, sehingga 1 buah IC 7408 memiliki 8 buah masukan dan 4 buah keluaran. Kedelapan masukan IC 7408 dihubungkan dengan kedelapan keluaran IC 7474 (rangkaian D-flip-flop), sedangkan keempat keluaran IC 7408 dihubungkan dengan keempat dioda LED.
Gambar 11 Salah satu rangkaian IC 7408 dengan LED Tabel 2 Tabel kebenaran gerbang AND IC 7408 1A
1B
1Y
Keadaan
0
1
0
Reset
0
1
0
Awal
1
1
1
Lampu-1 menyala
1
0
0
Lampu-2 menyala
3.3. Rangkaian IC 7425 Sebagai Gerbang NOR dengan IC 7414 Sebagai Gerbang Not Pemicu Schmitt Hex IC 7425 terdiri atas 2 gerbang NOR yang masing-masing gerbang terdiri atas 4 masukan dan 1 keluaran, sedangkan IC 7414 terdiri atas 6 gerbang NOT Pemicu Schmitt Hex. Dalam rangkaian ini, hanya 1 gerbang NOR dan 2 gerbang NOT pemicu Schmitt Hex yang digunakan. Masukan 1A, 1B, 1C dan 1D dari IC 7425 dihubungkan dengan keluaran 1Y, 2Y, 3Y dan 4Y dari IC 7408. Keluaran 1Y IC 7425 dihubungkan dengan masukan 1A IC 7414, keluaran 1Y dari IC 7414 dihubungkan dengan masukan 1B,1C pada IC 7408. Masukan 2A pada IC 7414 dihubungkan ke tombol reset, sedangkan keluaran 2Y dihubungkan ke masukan 1B, 2B, 3B, dan 4B dari IC 7432.
Gambar 12 Salah satu rangkaian IC 7414 dengan IC 7425 Tabel 3 Tabel kebenaran gerbang NOR IC 7425 dan gerbang NOT Pemicu Schmitt Hex IC 7414 1A
1B
1C
1D
1A’
1Y
Keadaan
0
0
0
0
1
0
Reset
0
0
0
0
1
0
Awal
1
0
0
0
0
1
Lampu-1 menyala
0
0
0
0
1
0
Lampu-1 padam
4. Rangkaian Pencacah Waktu Rangkaian pencacah tersiri dari 1 buah IC 555 sebagai pembangkit denyut, 2 buah IC 7408 sebagai gerbang AND, 4 buah IC 7493 sebagai pencacah waktu (pembagi 10), 4 buah IC 7447 sebagai BCD, 1 buah IC 7432 sebagai gerbang OR, 28 resistor sebagai penahan tegangan dan 4 buah seven segmen sebagai penampil waktu. 4.1. Rangkaian IC 555 Sebagai Pembangkit Denyut dengan IC 7408 Sebagai gerbang AND IC 555 digunakan sebagai pembangkit denyut pulsa digital dengan frekuensi 1000 Hz. IC 555 ini beroperasi dalam keadaan astabil artinya pulsa yang dikeluarkan berlangsung secara terus menerus. Besar frekuensi yang dikeluarkan oleh IC 555 adalah : (
)
untuk memeroleh frekuensi sebesar 1000 Hz, maka dipilih resistor yang bervariabel (VR), yaitu Vra sebesar 0,837 KΩ, VRb sebesar 28,76 KΩ dan kapasitor C 24,61 nF. Keluaran dari gerbang IC 555 dihubungkan ke salah satu masukan 1A pada IC 7408 sedangkan masukan 1B dihubungkan ke keluaran gerbang 2Y pada IC 7414. Keluaran 1Y IC 7408 dihubungkan ke pin Clock (“A”) pencacah IC 7493.
Gambar 13 Rangkaian pewaktu astabil IC 555 dengan IC 7408 Tabel 4 Tabel kebenaran IC 7408 dengan IC 555 1A
1B
1Y
Keadaan
1
0
0
reset
1
0
0
Awal
1
1
1
Lampu-1 menyala
1
0
0
Lampu-1 padam
4.2. Rangkaian IC 7493 sebagai Pencacah Pembagi 10 IC 7493 merupaka pencacah 4 bit yang bekerja dengan pencacahan antara 0 sampai 15 (0000 sampai 1111 angka biner) jika mendapat pulsa clok. Pulsa Clok tersebut sekaligus sebagai sumber pengatur kecepatan pencacahan. Pencacahan yang diperlukan pada unit pencacah waktu hanya 10 kali dan kembali ke pencacahan awal, sehingga diperlukan gerbang AND IC 7408 dan gerbang OR IC 7432. Dua masukan dari IC 7408 yaitu 1A dan 1B dihubungkan dengan Qb dan Qd pada pencacah IC 7493, keluarannya dihubungkan ke masukan 1A dari IC 7432. Masukan 1B dari IC 7432 dihubungkan ke tombol Reset melalui gerbang NOT Pemicu Schmitt Hex, sedangkan keluaran IY dari IC 7432 dihubungkan ke R1 pda pencacah IC 7493.
Tabel 5 Tabel fungsi reset dan cacah R1
R2
Qd
Qc
Qb
Qa
1
1
0
0
0
0
0
1
Pencacahan
Gambar 1. 14 Salah satu rangkaian IC 7493 dengan IC 7432 dan IC 7408 Prinsip kerjanya adalah jika pencacah mengeluarkan kode biner 10 (0101) maka pencacahan akan direset ke kode biner 0 (0000). Hal ini sesuai dengan tabel fungsi reset untuk terjadinya reset dan pencacahan. Untuk mendapatkan pulsa Clok aktif rendah pencacahan di depannya dengan frekuensi telah terbagi 10, yaitu dengan cara menghubungkan keluaran Qd dengan pulsa Clok A di depannya. Hal ini akan didapatkan frekuensi denyut 100 Hz pada pencacah pertama, 100 Hz pada pencacah kedua, 10 Hz pada pencacah ketiga dan 1 Hz pada pencacah keempat. Tabel 6 Tabel pencacah pembagi 10 Pencacahan
Qd
Qc
Qb
Qa
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
4.3. Rangkaian IC 7447 sebagai BCD dengan Seven Segmen sebagai Penampil Bilangan Dasan BCD berfungsi mengubah bilangan biner menjadi bilangan dasan. Sinyal keluaran dari IC 7493 Qa, Qb, Qc, dan Qd dihubungkan dengan masukan IC 7447 yaitu B,C,D dan A sedang masukan yang lain yaitu BI, RBO dan LT diberi sinyal logika 1. Keluaran dari IC 7447 ke seven segmen melalui resistor. Seven segmen terdiri atas 7 buah dioda LED yang membentuk angka 8 sedangkan fungsi dari resistor adalah membatasi arus agar seven segmen yang terdiri atas dioda bekerja sesuai dengan batas tegangan yang ditetapkan. Tabel 7 Tabel kebenaran IC 7447 Dasan
LT
RBI
D
C
B
A
BI
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
2
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
3
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
4
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
5
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
6
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
7
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
8
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
9
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
Gambar 1. 15 Salah satu rangkaian IC 7447 dengan seven segmen
Referensi [1] A. Fahkrudin, “Pembuatan Alat UkurWaktu Reaksi dengan Sistem Digital,” Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Diponegoro, Semarang, 1998. [2] Afrison dan A. Sofwan, “Rancang Bangun Alat Pengukur Kecepatan Gerak Reaksi Menggunakan AT89C51,” dalam Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2004), Jakarta, 24-25 Agustus 2004.
