Otak Yang Tak Terlihat

Gagasan materi gelap, seperti namanya, memunculkan perasaan halus dan misterius. Seseorang mungkin pertama-tama memikirkan materi hipotetis yang membentuk 85% dari kepadatan alam semesta. Itulah yang terlintas di benak saya setelah melihat sebuah makalah baru yang mengembang pada teori materi gelap otak. Makalah ini, yang diterbitkan bulan lalu dalam Struktur dan Fungsi Otak, bertujuan untuk meyakinkan pembaca bahwa petak besar neuron di otak tetap "diam" sepanjang umur. Ansambel neuron yang sunyi ini membentuk materi gelap ini.

Secara historis, ini bukan pertama kalinya sebuah fenomena biologis diberi label materi gelap. Proyek Genom Manusia menemukan bahwa hingga 98% genom adalah DNA non-coding - dengan kata lain, DNA yang tidak mengkode protein. Bahkan lebih lagi, sel glial yang membentuk mayoritas sel di otak pernah dianggap hanya struktural, pada dasarnya "materi gelap" otak. Kita sekarang tahu bahwa bahkan daerah non-coding DNA melakukan fungsi seluler yang masih dijelaskan oleh para ilmuwan. Dan sel glial telah ditemukan sebagai bagian integral dari fungsi otak.

Makalah ini ditulis oleh Saak Ovsepian, yang memiliki banyak janji akademik di lebih banyak institut ilmu saraf di Eropa daripada penulis mana pun yang pernah saya lihat. Dalam makalahnya, Ovsepian menggambarkan populasi neuron di otak yang pada dasarnya tetap diam - mereka tidak menembakkan potensial aksi dan tidak berkomunikasi dengan neuron hilir. Dia membangun teori ini di atas dua prinsip dasar: 1) bahwa ada ketidaksesuaian antara konsumsi energi yang dibutuhkan otak mengingat ukurannya yang kecil dan konsumsi energi yang sebenarnya. Paradoksnya, otak mengkonsumsi lebih dari 20% dari total energi tubuh, namun terdiri dari 2% dari berat tubuh. Dia menyarankan bahwa ketidakcocokan ini lebih disebabkan oleh neuron yang menghambat neuron lain (inhibitorori interneuron), yang lebih aktif daripada neuron perangsang, rekannya. Jadi, jika neuron penghambat membuat sebagian besar penembakan di otak, maka harus ada populasi besar neuron yang tidak menembak - karena mereka sedang dihambat. 2) Rekaman elektrofisiologis dan pencitraan fungsional dalam model eksperimental mengungkapkan bahwa lebih dari setengah neuron di otak secara fungsional diam. Poin terakhir di atas berasal dari poin pertama, jadi kami akan fokus di sini.

Apa yang kita buat dari tambahan baru ini ke daftar fenomena misterius, jika saja saat ini tidak diketahui? Pasti mendengar kembali ke mitos bahwa kita hanya menggunakan 10% dari otak kita. Namun, masalah yang saya miliki dengan teori ini adalah poin kedua dari atas: bahwa rekaman fungsional saat ini (apakah berbasis elektrofisiologis atau berbasis pencitraan) menunjukkan keberadaan neuron diam. Premis Ovsepian, dan ia memberikan sejumlah penelitian penting untuk mendukung klaimnya, adalah bahwa ada populasi neuron di otak yang ketika direkam dengan adanya berbagai rangsangan, tidak pernah menembakkan potensi aksi ke neuron berikutnya dalam sirkuit. Jadi, tidak peduli berapa banyak cara Anda menekan mereka, mereka tidak merespons. Masalah yang jelas, saya pikir, adalah bagaimana jika para peneliti tidak mencoba rangsangan yang tepat untuk neuron tertentu yang mereka uji. Agaknya pada daftar stimuli binatu, mereka tidak mencapai stimulus yang tepat. Pasti akan menjadi percobaan yang panjang, melelahkan, dan mahal untuk mencoba setiap stimulus yang ada pada setiap neuron. Tidak ada mahasiswa pascasarjana yang mendaftar untuk proyek itu. Penulis mengakui kelemahan potensial ini dalam teorinya:

“Penjelasan lain yang mungkin untuk kehadiran sejumlah besar neuron yang tidak aktif adalah penyetelan sempit mereka untuk merespon hanya pada input spesifik [mis. pengkodean yang jarang] ... tetapi apakah pertimbangan ini dapat menjelaskan keheningan abadi dari sebagian besar neuron di seluruh otak masih harus ditunjukkan. "

Di mana saya benar-benar berpikir teori ini mengandung air adalah dalam prediksinya bahwa kita memelihara sirkuit kuno yang tidak aktif secara evolusi. Ovsepian mendeskripsikan perolehan bakat seperti dalam autisme atau perilaku peninggalan seperti yang dapat dilihat pada nenek moyang kita yang hidup ribuan tahun sebelum peradaban, yang muncul pada pasien dengan skizofrenia. Gagasan bahwa neuron penghambat bertindak untuk menjaga bakat dan perilaku ini tetap masuk akal tampaknya masuk akal. Kekecewaan yang terjadi selama masa-masa penuh tekanan dapat mengungkap kemampuan luar biasa dari para sarjana serta perilaku-perilaku merugikan yang terlihat dalam skizofrenia.

Namun, orang dapat berdebat, dan saya akan setuju, bahwa fenomena di atas bisa jadi akibat dilahirkan dengan terlalu banyak neuron yang berfungsi. Otak dimulai dengan koneksi yang jauh lebih banyak antara neuron daripada yang dibutuhkannya. Ketika organisme berkembang, jumlah koneksi dipangkas kembali. Sekarang diperkirakan bahwa hubungan-hubungan asing ini menghasilkan perilaku-perilaku yang terlihat pada autisme dan skizofrenia - tidak diperlukan penghentian sirkuit yang tidak aktif; mereka sudah ada di sana dan berfungsi, meskipun tidak tepat. Apa yang tidak jelas dalam model ini adalah mengapa perilaku fungsi-fungsi muncul di kemudian hari daripada yang mungkin diharapkan dari masalah perkembangan (mis. Skizofrenia biasanya tidak menjadi tanpa gejala sampai awal usia dua puluhan).

Teori Ovsepian memang membantu menjelaskan pola perkembangan ini. Pertimbangkan seseorang yang terlahir dengan susunan genetis yang membuatnya rentan terhadap skizofrenia. Katakanlah gen risiko terlibat dalam mielinisasi * interneuron penghambat. Kami telah berevolusi sehingga otak kami belum sepenuhnya mielin hingga berusia sekitar 30 tahun. Jika myelin otak orang ini sedikit lebih lambat untuk berkembang daripada rekan-rekannya dan otak telah berevolusi sehingga pada usia 21 tahun ia harus berfungsi dengan jumlah mielin yang ditentukan sebelumnya, ambang otaknya untuk mengelola stresor dapat diturunkan. Ini tampaknya menjadi masalahnya. Stres kehidupan meningkat sekitar usia 20, yang juga merupakan usia kejadian skizofrenia tertinggi. Tampaknya mungkin kemudian, bahwa hilangnya fungsi interneuron penghambatan, karena cacat yang diketahui, dengan demikian dapat menghilangkan sirkuit yang pada orang "normal" tidak akan berfungsi. Teori materi gelap membantu menjelaskan mengapa psikosis yang terlihat pada pasien ini berkembang pada saat ini, daripada sebelumnya seperti yang diharapkan.

Secara keseluruhan, saya pikir data yang mendukung materi gelap - mungkin lebih baik digambarkan sebagai neuron gelap - teori fungsi otak agak tipis. Di sisi lain, gagasan jaringan saraf kuno yang diam menganggur menambah sentuhan yang menarik pada evolusi otak. Mungkin suatu hari, kita akan mencoba setiap stimulus yang masuk akal untuk setiap sirkuit untuk menentukan apakah sebenarnya ada populasi neuron yang tidak aktif, menunggu untuk dilepaskan.

* Myelin adalah lapisan lemak yang membungkus akson neuron yang memungkinkan mereka untuk menembakkan sinyal lebih cepat dan lebih efisien.