Para ilmuwan menyelidiki sumber sinyal yang berdenyut di otak yang tidur
"Gelombang lambat" otak adalah denyut sinyal ritmis yang menyapu otak selama tidur nyenyak, dan dianggap memainkan peran dalam proses seperti konsolidasi memori.
Sebuah studi baru - yang didasarkan pada penyelidikan optis otak tikus hidup yang hidup di bawah pengaruh anestesi - membantu para ilmuwan memahami rangkaian yang mendasari gelombang lambat. Sebagai contoh, para peneliti belajar bahwa gelombang lambat mulai di korteks serebral, bagian otak yang bertanggung jawab untuk fungsi kognitif. Mereka juga menemukan bahwa gelombang semacam itu dapat digerakkan oleh sekelompok kecil neuron.
Peneliti Prof. Arthur Konnerth, dari Technische Universitaet Muenchen, mengatakan:
Otak adalah mesin ritme, menghasilkan semua jenis ritme sepanjang waktu. Ini adalah jam yang membantu menjaga banyak bagian otak pada halaman yang sama. Salah seorang pencatat waktu seperti itu menghasilkan apa yang disebut gelombang lambat tidur nyenyak, yang dianggap terlibat dalam mentransmisikan fragmen pengalaman sehari dan belajar menjadi memori abadi. Mereka dapat diamati pada tahap perkembangan yang sangat awal, dan mereka mungkin terganggu pada penyakit seperti Alzheimer.
Denyut cahaya singkat yang dikirim ke sekelompok neuron lokal melalui serat optik dapat menyebabkan gelombang aktivitas neuron yang menyebar ke seluruh korteks. Diilustrasikan di sini menggunakan model komputer otak tikus, percobaan sebenarnya dilakukan pada otak utuh tikus hidup di bawah anestesi. Kredit gambar: Prof. Albrecht Stroh / Universitas Hak Cipta Mainz
Tim Konnerth yang berbasis di Munich - bekerja sama dengan para peneliti di Stanford dan University of Mainz - menggunakan cahaya untuk merangsang gelombang lambat dan mengamati mereka secara detail yang belum pernah terjadi sebelumnya. Salah satu hasil utama menegaskan bahwa gelombang lambat hanya berasal dari korteks, mengesampingkan hipotesis lama lainnya.
Profesor Konnerth berkata:
Temuan utama kedua adalah bahwa dari miliaran sel di otak, dibutuhkan tidak lebih dari lima puluh gugus lokal dari seratus neuron di lapisan dalam korteks, yang disebut lapisan 5, untuk membuat gelombang yang memanjang ke atas seluruh otak.
Tim peneliti menggunakan teknik panggilan 'optogenetics,' di mana peneliti memasukkan saluran peka cahaya ke dalam jenis neuron tertentu, untuk membuat mereka responsif terhadap stimulasi cahaya. Hal ini memungkinkan stimulasi selektif dan spasial dari sejumlah kecil neuron kortikal dan thalamik.
Sebuah teknik baru yang disebut optogenetika memungkinkan para peneliti untuk memasukkan saluran peka cahaya ke dalam jenis neuron tertentu, ditunjukkan hijau dalam mikrograf ini. Neuron lain ditunjukkan dengan warna merah. Melalui serat optik (kanan), para ilmuwan dapat menggunakan cahaya baik untuk merangsang sel-sel ini dan untuk merekam respon mereka. Penghargaan gambar: Prof. Albrecht Stroh, Prof. Arthur Konnerth / Hak cipta TU Muenchen
Akses ke otak melalui serat optik memungkinkan perekaman mikroskopis dan stimulasi langsung neuron. Kilatan cahaya di dekat mata tikus juga digunakan untuk merangsang neuron di korteks visual. Para peneliti mencatat fluks ion kalsium - yang merupakan sinyal kimia yang dapat berfungsi sebagai pembacaan yang lebih tepat secara spasial dari aktivitas listrik, sehingga mampu membuat gelombang lambat terlihat. Mereka juga dapat menyaksikan gelombang depan individu menyebar - seperti riak dari batu yang dilemparkan ke danau yang tenang - pertama melalui korteks dan kemudian melalui struktur otak lainnya.
Para peneliti mengatakan bahwa protokol komunikasi yang sangat sederhana dapat dilihat dalam ritme gelombang lambat. Selama setiap siklus satu detik, satu gugus neuron tunggal sinyalnya dan semua yang lain dibungkam, seolah-olah mereka bergantian memandikan otak dalam fragmen pengalaman atau pembelajaran, membangun blok memori.
Intinya: Sebuah studi tahun 2013 oleh tim ilmuwan internasional - berdasarkan penyelidikan optis otak tikus hidup yang hidup di bawah pengaruh anestesi - membantu para ilmuwan memahami rangkaian gelombang lambat yang mendasari.
Baca lebih lanjut dari EurekAlert