Sebuah “tombol molekuler” yang mengatur sinyal listrik di otak membantu pembelajaran dan memori, demikian menurut ilmuwan di Dartmouth College, Amerika Serikat. Sistem molekuler mengontrol lebar sinyal listrik yang mengalir melintasi sinapsis antar-neuron.
Penemuan mekanisme kontrol dan identifikasi molekul yang mengaturnya membantu peneliti mencari cara untuk mengelola gangguan neurologis, termasuk penyakit alzheimer, parkinson, dan epilepsi.
Penelitian yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences ini menjelaskan bagaimana bentuk sinyal listrik berkontribusi pada fungsi sinapsis.
“Sinapsis di otak sangat dinamis,” kata Michael Hoppa, asisten profesor ilmu biologi di Dartmouth dan pemimpin penelitian itu. “Penemuan ini menempatkan kami di jalur yang benar untuk dapat menyembuhkan gangguan saraf yang membandel.”
Sinapsis adalah titik kontak kecil yang memungkinkan neuron di otak berkomunikasi pada frekuensi yang berbeda. Otak mengubah masukan listrik dari neuron menjadi neurotransmitter kimiawi yang berjalan melintasi ruang sinaptik ini.
Jumlah neurotransmitter yang dilepaskan mengubah jumlah dan pola neuron yang diaktifkan di dalam sirkuit otak. Pembentukan kembali kekuatan koneksi sinaptik adalah bagaimana pembelajaran terjadi dan ingatan terbentuk.
Ada dua fungsi yang mendukung proses memori dan pembelajaran ini. Pertama, yang dikenal sebagai fasilitasi, adalah serangkaian lonjakan yang jika terjadi semakin cepat, akan memperkuat sinyal yang mengubah bentuk sinaps.
Fungsi kedua, depresi, mengurangi sinyal. Bersama-sama, kedua bentuk plastisitas ini menjaga keseimbangan otak dan mencegah gangguan neurologis seperti kejang.
“Seiring dengan bertambahnya usia, sangat penting untuk dapat mempertahankan sinapsis yang kuat. Dibutuhkan keseimbangan plastisitas yang baik di otak kita, tapi juga stabilisasi koneksi sinaptik,” kata Hoppa.
Penelitian difokuskan pada hipokampus, pusat otak yang bertanggung jawab untuk pembelajaran dan memori.
Dalam studi ini tim peneliti menemukan bahwa lonjakan listrik dikirim sebagai sinyal analog yang bentuknya mempengaruhi besarnya neurotransmitter kimiawi yang dilepaskan melalui sinapsis. Mekanisme ini berfungsi mirip peredup cahaya dengan pengaturan variabel.
Penelitian sebelumnya menganggap lonjakan yang dikirim sebagai sinyal digital lebih mirip sakelar lampu yang hanya beroperasi pada posisi “on” dan “off”.
Selain menemukan bahwa sinyal listrik yang mengalir melintasi sinapsis di hipokampus otak adalah analog, penelitian Dartmouth mengidentifikasi molekul yang mengatur sinyal listrik.
Molekul—yang dikenal sebagai Kvβ1—sebelumnya terbukti mengatur arus kalium, tapi tidak diketahui memiliki peran apa pun dalam sinaps yang mengendalikan bentuk sinyal listrik.
Temuan ini membantu menjelaskan mengapa hilangnya molekul Kvβ1 telah terbukti berdampak negatif pada pembelajaran, memori, dan tidur pada tikus serta lalat buah.
Penelitian ini juga mengungkap proses yang memungkinkan otak memiliki daya komputasi begitu tinggi pada energi yang rendah. Impuls listrik analog tunggal dapat membawa informasi multi-bit, memungkinkan kontrol lebih besar dengan sinyal frekuensi rendah.
“Hal ini membantu pemahaman kita tentang bagaimana otak dapat bekerja pada tingkat superkomputer dengan tingkat impuls listrik yang jauh lebih rendah dan energi yang setara dengan bola lampu lemari es. Semakin banyak belajar tentang tingkat kontrol ini membantu mempelajari bagaimana otak kita. Sangat efisien,” kata Hoppa.
SCIENCE DAILY | LIFE SCIENCE | FIRMAN ATMAKUSUMA
Tombol Pengatur Sinyal Otak
