Neuron bukan satu-satunya sel otak yang berpikir | 31left

Mkebanyakan orang, jika mereka benar-benar memikirkan masalah ini, mungkin menganggap berpikir sebagai sesuatu yang dilakukan oleh jaringan besar sel konduktif listrik khusus yang menempati separuh atas tengkorak mereka. Dan, sejauh ini, itu benar. 86 miliar neuron di otak manusia memang melakukan banyak pekerjaan berat kognitif. Tapi tidak semuanya.

Mendukung mereka adalah pemeran dari tiga jenis sel otak lainnya — mikroglia, oligodendrosit, dan astrosit — secara kolektif disebut sel glial (kependekan dari “neuroglia”, dari bahasa Yunani untuk “lem saraf”). Sampai baru-baru ini, seperti yang ditunjukkan oleh nama yang menghina ini, sel-sel ini diabaikan oleh neurologi. Itu telah berubah. Sel glial (filamennya diwarnai hijau di bagian hippocampus tikus yang digambarkan di atas, dengan filamen neuron diwarnai biru dan nukleus keduanya diwarnai merah) sekarang menjadi topik studi yang populer. Hasilnya telah menghilangkan gagasan bahwa itu hanyalah lem.

Microglia adalah tukang kebun. Mereka memangkas tautan antar neuron untuk menjaga agar jaringan tetap teratur. Oligodendrosit, yang telah lama dianggap sebagai isolator serat konduktif elektrik yang disebut akson melalui mana neuron berkomunikasi, memiliki peran penting dalam mengutak-atik sinyal akson. Dan astrosit, yang paling menarik, mengubah sinapsis—persimpangan tempat akson bertemu dan mentransfer sinyal—menjadi ekuivalen biologis transistor, dengan mengatur aliran informasi yang melewatinya.

Keluar dari cyte, keluar dari pikiran

Hasil-hasil ini juga bukan semata-mata kepentingan akademis. Sel glial yang berperilaku buruk sekarang terlibat dalam berbagai kondisi, mulai dari autisme hingga multiple sclerosis hingga gangguan obsesif-kompulsif. Studi mereka dengan demikian memiliki aplikasi medis yang penting. Mereka juga menarik bagi mereka yang merancang simulacra otak yang disebut jaringan saraf tiruan, di mana pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan (AI) bergantung. Jadi, meskipun benar bahwa neuron adalah bintang dari teater tengkorak, peran aktor lain dengan cepat dijelaskan. Dan, dengan itu, plot lakonnya semakin menebal.

Untuk mikroglia, makalah penting diterbitkan pada tahun 2012. Di dalamnya Dorothy Schafer dari Harvard Medical School dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa sel-sel ini memangkas sinapsis selama perkembangan otak, dan ini adalah proses yang berlanjut hingga seseorang berusia pertengahan dua puluhan. Sebelum itu, mikroglia dipandang hanya sebagai bagian dari sistem kekebalan tubuh, yang penting untuk membersihkan patogen dan puing-puing seluler, tetapi pada dasarnya Cinderella. Dr Schafer mengubahnya menjadi primadona bola. Dia menemukan bahwa, dengan memburu dan menelan sinapsis yang jarang digunakan, mikroglia menjaga otak tetap ramping dan rata, merampingkan perhitungan yang dilakukan neuron dan memastikan organ tetap seefisien mungkin.

Momen pewahyuan untuk oligodendrosit datang dua tahun kemudian, pada tahun 2014. Sampai sekarang, peran mereka, meskipun terkenal, juga tampak membosankan. Oligodendrosit menghasilkan mielin, campuran protein dan lipid yang mereka bungkus di sekitar akson, dalam perkembangan yang disebut selubung, untuk meningkatkan konduktivitas listrik serat tersebut. Namun, pada tahun itu, sebuah tim yang dipimpin oleh Armin Seidl di University of Washington, di Seattle, menemukan bahwa oligodendrosit menggunakan myelin untuk menyempurnakan kecepatan sinyal listrik di akson.

Misalnya, akson yang membawa sinyal dari telinga kiri dan kanan ke bagian tertentu dari korteks pendengaran akan berbeda panjangnya, sehingga sinyal tersebut mungkin membutuhkan waktu yang berbeda untuk sampai. Penyempurnaan Oligodendrosit (dihasilkan dengan menyesuaikan diameter akson dan jarak antara simpul selubung mielin) mengkompensasi hal ini, yang berarti bahwa setiap perbedaan yang tersisa mencerminkan interval sebenarnya antara waktu kedatangan suara di setiap telinga. Dan itu adalah perbedaan nyata yang digunakan otak untuk menemukan dari mana suara berasal.

Akan tetapi, kemampuan astrosit yang baru ditemukan itulah yang benar-benar menarik bagi para peneliti. Sel-sel berbentuk kepingan salju ini memiliki sulur-sulur, masing-masing berakhir dengan embel-embel yang disebut “ujung kaki”. Setiap astrosit mengatur wilayahnya sendiri, dan teselasi ini membentuk mozaik tiga dimensi di seluruh otak.

Ujung kaki memburu dan menyelubungi sinapsis, memungkinkan astrosit untuk menguping obrolan antar neuron dan kemudian, dengan memperkuat atau melemahkan sinapsis tertentu, melakukan kontrol atas perhitungan yang dilakukan dalam jaringan neuron. Akibatnya, sekarang ada bukti kuat bahwa astrosit memainkan peran penting dalam pembentukan memori, terutama di hippocampus, yang menggabungkan memori jangka pendek yang relevan menjadi memori jangka panjang.

Biopsi menunjukkan bahwa (tergantung pada wilayah otak) astrosit mengatur antara 50% dan 90% sinapsis otak manusia dengan cara ini. Oleh karena itu, campur tangan astrosit adalah aturannya, bukan pengecualian. Oleh karena itu, banyak peneliti sekarang berbicara secara eksplisit tentang “sinapsis tripartit” sebagai sinapsis standar di otak. Komposisi tiga elemen inilah yang membuatnya seperti transistor, dengan satu elemen (astrosit, setara dengan koneksi “basis” transistor) yang mengatur lewatnya sinyal antara dua lainnya (neuron, setara dengan “emitor” transistor). ” dan “kolektor”).

Selain itu, astrosit tidak hanya ikut campur dalam urusan neuron. Mereka juga tampaknya mampu melakukan perhitungan mereka sendiri. Di mana wilayah dua astrosit bertemu, sulur mereka dapat terhubung ujung ke ujung, membiarkan mereka membentuk jaringan yang hampir sama rumitnya dengan neuron. Hal ini memungkinkan mereka untuk berkomunikasi menggunakan pulsa ion kalsium yang diteruskan dari sulur satu sel ke sel lainnya.

Awal tahun 2021, tim peneliti dari Tampere University di Finlandia, dipimpin oleh Michael Barros, menggunakan astrosit yang diedit gen untuk menunjukkan bahwa sinyal ion kalsium ini dapat melakukan aljabar Boolean, bahasa komputasi digital. Secara khusus, tim mampu menjalankan operasi Boolean yang disebut DAN dan ATAU dengan tingkat akurasi hingga 90%. Pada tahun 2022 Erik Peterson dari Universitas Carnegie Mellon, di Pittsburgh, menerbitkan bukti matematis yang menunjukkan bahwa, pada prinsipnya, jaringan astrosit dapat menjalankan algoritme komputer apa pun yang dapat dibayangkan. Ini mengisyaratkan bahwa astrosit dapat membentuk jaringan komputasi sekunder, sejajar dengan neuron, yang mampu mengatur jaringan primer melalui sinapsis tripartit.

Maka, gambaran yang muncul dari otak bukanlah aristokrasi—dengan neuron memandang rendah glial inferior mereka—melainkan masyarakat sel demokratis yang bekerja sama untuk menghasilkan pikiran. Pada tahun 2022 Alexey Semyanov dan Alexei Verkhratsky dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia menjuluki gagasan ini sebagai “lingkungan aktif” di dalam otak.

Salah satu konsekuensi dari interpretasi lingkungan aktif adalah kesadaran bahwa ketika glia berperilaku buruk, ada masalah. Banyak bukti sekarang menunjukkan bahwa disfungsi glia memainkan peran penting dalam banyak kondisi neurologis dan kejiwaan.

Autisme adalah salah satunya. Pada tahun 2017 Ishizuka Kanako dari Institut Teknologi Nagoya, di Jepang, menemukan hubungan antara peningkatan risiko autisme dan adanya sepasang varian genetik yang diketahui mengganggu, dalam mikroglia, ekspresi protein yang disebut CX3CR1. Pada tahun 2020 Xu Zhixiang dari Scripps Research, di San Diego, kemudian menunjukkan bagaimana serangkaian masalah sintesis protein pada mikroglia mengakibatkan gejala mirip autisme pada tikus.

Pemikiran saat ini adalah bahwa mikroglia yang salah tembak pada mereka dengan autisme gagal memangkas sinapsis secara menyeluruh selama perkembangan otak, mengakibatkan otak yang terlalu terhubung dengan kepekaan yang meningkat terhadap rangsangan, baik sensorik maupun emosional. Selain itu, efek yang ditemukan Dr Xu secara tidak proporsional memengaruhi tikus jantan—sebuah bias yang, mungkin bukan kebetulan, juga merupakan ciri autisme pada manusia.

Sementara itu, dalam dekade terakhir, beberapa bukti, termasuk pencitraan otak, studi post-mortem dan genetik, telah menunjuk oligodendrosit disfungsional sebagai penyebab psikosis dalam kondisi seperti multiple sclerosis, gangguan bipolar, dan skizofrenia. Disfungsi seperti itu mengganggu myelin pada akson, mengganggu waktu sinyal mereka. Hipotesisnya adalah bahwa ini menghasilkan halusinasi — pemandangan dan suara imajiner — yang merupakan ciri khas psikosis.

Ada juga bukti kuat bahwa astrosit yang tidak berfungsi dengan baik berperan dalam gangguan suasana hati seperti depresi dan kecemasan, dan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer. Yang paling mencolok, pada tahun 2021 Liam O’Leary di McGill University di Montreal melaporkan bahwa otak korban bunuh diri yang depresi telah secara nyata mengurangi kepadatan astrosit, dibandingkan dengan otak yang sehat, di bagian korteks prefrontal (eksekutif otak), nukleus berekor ( yang membantu mengendalikan perilaku yang diarahkan pada tujuan) dan talamus (yang meneruskan informasi sensorik ke korteks).

Dan bukan hanya psikiater yang mengambil inspirasi dari peran glia yang baru ditemukan. Ilmuwan komputer juga terlibat. Jaringan saraf tiruan didasarkan pada model awal tentang bagaimana neuron dapat bekerja—dan, meskipun penyelidikan selanjutnya menunjukkan bahwa ini sederhana, pengorganisasian jaringan ini ke dalam lapisan analog neuron yang saling berhubungan mencerminkan korteks serebral. Oleh karena itu, dapat dipahami bahwa beberapa ilmuwan komputer telah mencoba menambahkan glia buatan ke jaringan untuk melihat apakah kinerjanya meningkat.

Transistored, setengah harga

Ya. Beberapa kelompok telah menemukan secara mandiri bahwa menyingkirkan sinapsis yang jarang digunakan, tugas mikroglia, membantu jaringan saraf tiruan untuk menyandikan informasi baru dan menyimpan ingatan. Menemukan cara untuk membuat jaringan saraf lebih jarang sekarang merupakan bidang yang penting.

Astrosit buatan juga sedang diselidiki, bersama dengan gagasan jaringan neuron-glia buatan (ANGNs). Ini meniru sinapsis tripartit dengan menggunakan analog astrosit untuk memperkuat dan melemahkan sinapsis sebagai respons terhadap bagaimana laju perubahan sinapsis tersebut seiring waktu. Saat diuji bersama jaringan konvensional, ANGNs secara konsisten mengungguli mereka. Seperti banyak hal dalam rekayasa manusia, tampaknya alamlah yang lebih dulu sampai di sana.

admin

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *