Diposting Rabu, 12 Oktober 2011 jam 4:15 am oleh Gun HS

Bagaimana Otak Membentuk Memori: Secara Berirama

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Rabu, 12 Oktober 2011 -


Otak belajar melalui perubahan dalam kekuatan sinapsisnya – yaitu koneksi di antara neuron – dalam menanggapi rangsangan. Kini, dalam sebuah penemuan yang menantang kebijakan konvensional pada mekanisme pembelajaran otak, para neuro-fisikawan UCLA telah menemukan adanya sebuah “ritme” otak optimal, atau frekuensi, yang mengubah kekuatan sinaptik. Dan lebih lanjut, seperti halnya radio, setiap sinaps disetel ke frekuensi optimal yang berbeda untuk pembelajaran.

Temuan ini, yang menyediakan teori besar-terpadu tentang mekanisme yang mendasari pembelajaran di otak, dapat berguna dalam menghasilkan terapi baru untuk mengobati ketidakmampuan belajar.

Studi ini muncul dalam edisi terbaru jurnal Frontiers in Computational Neuroscience.

“Banyak orang yang memiliki gangguan belajar dan memori, dan di luar kelompok ini, sebagian besar dari kita bukanlah Einstein atau Mozart,” kata Mayank R. Mehta, penulis senior makalah dan seorang profesor di departemen neurologi, neurobiologi, fisika dan astronomi UCLA. “Pekerjaan kami menunjukkan bahwa beberapa masalah dengan belajar dan memori disebabkan oleh sinapsis yang tidak disetel ke frekuensi yang tepat.”

Perubahan dalam kekuatan sinaps dalam merespon rangsangan – yang dikenal sebagai plastisitas sinaptik – diinduksi melalui apa yang disebut sebagai “kereta lonjakan”, serangkaian sinyal saraf yang terjadi pada frekuensi dan waktu yang bervariasi. Percobaan sebelumnya menunjukkan bahwa menstimulasi neuron pada frekuensi yang sangat tinggi (misalnya, 100 lonjakan per detik) memperkuat koneksi sinaps, sementara stimulasi berfrekuensi rendah (misalnya, satu lonjakan per detik) mengurangi kekuatan sinaptik.

Percobaan ini sebelumnya menggunakan ratusan lonjakan berturut-turut dalam rentang frekuensi yang sangat tinggi untuk menginduksi plastisitas. Namun ketika otak diaktifkan selama tugas-tugas perilaku dalam kehidupan nyata, neuron menyala hanya sekitar 10 lonjakan berturut-turut, tidak mencapai hingga ratusan lonjakan. Dan neuron itu menyala pada frekuensi yang lebih rendah – biasanya di kisaran 50 lonjakan-per-detik.

Dengan kata lain, kata Mehta, “frekuensi lonjakan mengacu pada seberapa cepat lonjakan muncul. Sepuluh lonjakan bisa tersampaikan pada frekuensi 100 lonjakan per detik atau pada frekuensi satu lonjakan per detik”

Hingga saat ini, para peneliti mampu melakukan percobaan yang mensimulasikan tingkat-tingkat yang lebih alami. Namun Mehta bersama penulis pendampingnya, Arvind Kumar, pascadoktoral di lab, mampu memperoleh pengukuran ini untuk pertama kalinya dengan menggunakan model matematika canggih yang mereka kembangkan dan divalidasi dengan data eksperimental.

Gambar ini menunjukkan neuron-neuron dengan dendrit seperti batang pohon. Setiap bentuk segitiga yang menyentuh dendrit merupakan sinaps, di mana masukan dari neuron lain, yang disebut lonjakan, muncul (bentuk yang berlekuk-lekuk). Sinapsis yang terletak jauh di pohon dendritik dari sel tubuh membutuhkan frekuensi lonjakan yang lebih tinggi (lonjakan yang datang bersamaan) dan lonjakan yang tiba dalam waktu yang tepat untuk menghasilkan pembelajaran yang maksimal. (Kredit: UCLA)

Bertentangan dengan apa yang sebelumnya diasumsikan, Mehta dan Kumar menemukan bahwa saat merangsang sinapsis dengan pola lonjakan alami, merangsang neuron pada frekuensi tertinggi bukanlah cara yang terbaik untuk meningkatkan kekuatan sinaptik.

Ketika, misalnya, sinaps dirangsang dengan hanya 10 lonjakan pada frekuensi 30 lonjakan per detik, itu disebabkan kenaikan yang jauh lebih besar dalam kekuatan daripada merangsang sinaps dengan 10 lonjakan pada 100 kali per detik.

“Harapannya, berdasarkan studi sebelumnya, adalah bahwa jika Anda mendorong sinaps pada frekuensi yang lebih tinggi, efek pada penguatan sinaptik, atau pembelajaran, setidaknya akan sama baiknya dengan frekuensi alami yang lebih rendah,” kata Mehta. “Yang mengejutkan, kami menemukan bahwa di luar frekuensi yang optimal, penguatan sinaptik sebenarnya menurun sebagaimana frekuensi meninggi.”

Pengetahuan bahwa sinaps memiliki frekuensi yang lebih disukai untuk pembelajaran maksimal menyebabkan para peneliti membandingkan frekuensi optimal berdasarkan lokasi sinaps pada sebuah neuron. Neuron berbentuk seperti pohon, dengan intinya menjadi pangkal pohon, dendritnya menyerupai cabang yang luas dan sinapsisnya menyerupai daun pada cabang-cabangnya.

Saat Mehta dan Kumar membandingkan pembelajaran sinaptik berdasarkan letaknya di cabang-cabang dendrit, apa yang mereka temukan cukup signifikan: frekuensi optimal untuk mendorong pembelajaran sinaptik berubah tergantung di mana sinaps berada. Semakin jauh sinaps itu dari badan sel neuron, semakin tinggi frekuensi optimalnya.

“Luar biasanya, ketika melakukan pembelajaran, neuron berperilaku seperti antena raksasa, dengan berbagai cabang dendrit yang disetel ke frekuensi yang berbeda untuk pembelajaran yang maksimal,” kata Mehta.

Para peneliti menemukan bahwa tidak hanya masing-masing sinaps saja yang memiliki frekuensi yang lebih disukai untuk mencapai pembelajaran optimal, tapi untuk efek yang terbaik, frekuensi pun harus berirama secara sempurna – bertempo pada interval yang tepat. Bahkan pada frekuensi optimal, jika ritme itu terlempar, pembelajaran sinaptik menjadi berkurang secara substansial.

Penelitian mereka juga menunjukkan bahwa sekali sinaps melakukan pembelajaran, maka akan merubah frekuensi optimal. Dengan kata lain, jika frekuensi optimal untuk sinaps yang tidak dibuat-buat – yang tidak belajar apa pun – adalah, katakanlah, 30 lonjakan per detik, setelah belajar, sinaps yang sama akan belajar secara optimal pada frekuensi yang lebih rendah, katakanlah 24 lonjakan per detik. Jadi, pembelajaran itu sendiri merubah frekuensi optimal untuk sebuah sinaps.

Proses “penyetelan” pembelajaran-terinduksi ini berimplikasi penting bagi pengobatan gangguan yang berhubungan dengan penyakit lupa, seperti gangguan stress pasca-traumatik, kata para peneliti.

Meskipun masih banyak penelitian lebih lanjut yang diperlukan, temuan ini meningkatkan kemungkinan bahwa obat-obatan dapat dikembangkan untuk “menyetel-ulang” ritme otak penderita gangguan belajar atau memori, atau bahkan banyak dari kita yang mungkin bisa menjadi Einstein atau Mozart jika irama otak yang optimal itu disampaikan untuk setiap sinaps.

“Kami tahu sudah ada obat dan rangsangan listrik yang dapat mengubah ritme otak,” kata Mehta. “Temuan kami menunjukkan bahwa kita bisa menggunakan alat ini untuk menyampaikan ritme otak yang optimal pada koneksi yang ditargetkan untuk meningkatkan pembelajaran.”

Pendanaan untuk studi ini disediakan oleh National Science Foundation, National Institutes of Health, Whitehall Foundation, dan W.M. Keck Foundation.

Kredit: University of California – Los Angeles
Jurnal: Arvind Kumar, Mayank R. Mehta. Frequency-Dependent Changes in NMDAR-Dependent Synaptic Plasticity. Frontiers in Computational Neuroscience, 2011; 5 DOI: 10.3389/fncom.2011.00038

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.