Otak Anda Adalah Rumah Bagi Jutaan Koneksi yang Tidak Lengkap (Dan Itu Hal Yang Baik)

Berkat “sinapsis diam” ini, kita dapat terus membentuk ingatan baru dan mempelajari hal baru, tanpa mengganti sinapsis yang ada.

Anda mungkin pernah mendengar tentang sinapsis di beberapa titik. Sebuah sinaps pada dasarnya menghubungkan neuron dan memungkinkan informasi untuk dikirimkan. Tapi ada juga yang disebut “silent synapses”: koneksi tidak merata antara neuron yang tidak aktif. Sampai baru-baru ini, diperkirakan bahwa hanya otak anak-anak yang memiliki sinapsis sunyi. Namun kini tampaknya otak orang dewasa juga memiliki jutaan sambungan yang tidak lengkap. Dan tidak ada alasan untuk khawatir tentang itu.

Klem diam
Sudah beberapa dekade sejak para ilmuwan pertama kali menemukan sinapsis diam. Mereka menemukannya terutama di otak tikus muda dan hewan kecil lainnya. Untuk alasan ini, diperkirakan bahwa selama perkembangan awal, sinapsis ini membantu otak mengumpulkan sejumlah besar informasi yang dibutuhkan bayi untuk belajar lebih banyak tentang lingkungannya. Sinapsis diam diperkirakan menghilang pada tikus sekitar usia 12 hari – setara dengan bulan pertama kehidupan manusia. Namun, beberapa ahli saraf berpendapat bahwa orang dewasa juga memiliki sinapsis yang tidak bersuara. Tetapi bukti konklusif sejauh ini tetap belum ditemukan.

dendrit
Dalam studi baru, tim peneliti tidak melihat secara khusus pada silent synapses. Sebaliknya, mereka menindaklanjuti temuan menarik dari studi sebelumnya. Dalam studi tersebut, para ilmuwan menunjukkan bahwa dalam satu neuron, dendrit (lihat kotak) dapat memproses input sinaptik dengan cara yang berbeda, bergantung pada lokasinya. Sebagai bagian dari penelitian itu, para peneliti berusaha mengukur neurotransmiter di cabang dendritik yang berbeda untuk melihat apakah itu akan membantu menjelaskan perbedaan dalam perilaku yang diamati.

Lebih lanjut tentang bifurkasi
Neuron di otak manusia menerima sinyal listrik dari ribuan sel lain. Perpanjangan panjang sel saraf – dendrit – melakukan impuls listrik ke sel saraf dan memungkinkan sel-sel ini berkomunikasi satu sama lain. Dengan demikian, dendrit memainkan peran penting dalam penyerapan informasi.

Para peneliti membuat penemuan yang mengejutkan. “Hal pertama yang kami lihat sangat aneh dan kami tidak mengharapkannya sama sekali,” kenang peneliti Mark Harnett. “Kami telah melihat kaki tali di mana-mana.”

filopodia
Filopodia adalah pertumbuhan bifurkasi yang tipis dan runcing. Ahli saraf telah melihat mereka sebelumnya, tetapi tidak yakin apa tujuan mereka. Ini karena kaki tali sangat kecil. Ini membuatnya sulit untuk divisualisasikan dengan teknik pencitraan konvensional, tetapi sekarang dapat dideteksi dengan teknik canggih lainnya (eMAP). Setelah pengamatan yang mengejutkan, tim melanjutkan untuk mencari tali kaki di otak tikus dewasa. Yang mengejutkan, mereka menemukan filopodia di korteks visual tikus, serta di bagian otak lainnya. Selain itu, mereka menemukan bahwa kaki nematoda mengandung reseptor NMDA, tetapi bukan reseptor AMPA.

klem aktif
Yang terakhir ini sangat mencolok. Sinapsis aktif yang khas membutuhkan kedua jenis reseptor untuk berikatan dengan neurotransmitter glutamat (sangat diperlukan dalam pemrosesan informasi kita). Reseptor NMDA biasanya berinteraksi dengan reseptor AMPA untuk mengirimkan sinyal. Jadi, ketika reseptor AMPA hilang, sinapsis yang hanya mengandung reseptor NMDA tidak dapat mengalirkan arus listrik dan oleh karena itu disebut sebagai ‘silent’.

Klem diam
Apakah ini berarti bahwa kaki benang ini sebenarnya adalah penjepit yang tidak bersuara? Untuk memverifikasi ini, tim menggunakan teknologi canggih yang memungkinkan mereka mengukur aktivitas listrik yang dihasilkan oleh filopodium tunggal. Mereka merangsang ini dengan mensimulasikan pelepasan neurotransmitter glutamat dari neuron tetangga. Dengan menggunakan teknik ini, para peneliti menemukan bahwa glutamat tidak akan menghasilkan sinyal listrik di filopodium kecuali reseptor NMDA dibuka secara eksperimental. Dan itu menarik. Karena ini memperkuat teori bahwa kaki senar adalah klem yang diam.

memori
Para peneliti menemukan bahwa pada tikus dewasa, sekitar 30 persen dari semua sinapsis di korteks serebral adalah sinapsis diam. Ini berarti otak orang dewasa memiliki jutaan koneksi yang tidak lengkap. Kenapa mereka? Dihipotesiskan bahwa tikus—dan mungkin juga manusia—dapat terus membentuk ingatan baru dan mempelajari hal-hal baru berkat sinapsis sunyi ini, tanpa menimpa yang sudah ada.

Informasi baru
Ini berarti sinapsis diam sebenarnya terus mencari koneksi baru. Kemudian, ketika informasi baru yang penting disajikan, koneksi antar neuron yang relevan diperkuat. Hal ini memungkinkan otak menciptakan ingatan baru tanpa menimpa ingatan penting yang tersimpan dalam sinapsis dewasa, yang juga sulit untuk diubah. Para peneliti menemukan bahwa mengubah sinapsis diam menjadi sinapsis aktif jauh lebih mudah daripada mengubah sinapsis dewasa. “Sinapsis di otak orang dewasa memiliki ambang batas yang jauh lebih tinggi,” jelas Harnett. “Mungkin karena Anda tidak ingin ingatan yang sudah terbentuk terus-menerus ditimpa. Di sisi lain, filopodia dapat digunakan untuk membentuk ingatan baru.”

petunjuk pertama
Secara keseluruhan, para peneliti menunjukkan, otak orang dewasa memiliki sinapsis yang sangat plastis yang dapat dimanipulasi untuk membentuk ingatan baru. “Studi kami, sejauh yang saya tahu, adalah bukti nyata pertama dari hal ini,” kata Harnett. Filopodia membuat sistem memori fleksibel dan kuat. Anda memerlukan fleksibilitas untuk memperoleh informasi baru, tetapi Anda juga memerlukan stabilitas untuk mempertahankan informasi penting.”

Langkah selanjutnya adalah menunjukkan bahwa jaringan otak manusia juga memiliki sinapsis senyap. Mereka juga berharap untuk mempelajari apakah jumlah atau fungsi sinapsis ini dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti penuaan atau penyakit neurodegeneratif. “Sangat mungkin bahwa ketika fleksibilitas berubah, informasi baru menjadi lebih sulit untuk diserap,” Harnett berspekulasi. Tindak lanjut penelitian harus mengklarifikasi ini lebih lanjut.