- Dikonfirmasi bahwa pola aktivitas listrik yang terstruktur sudah ada pada tahap awal perkembangan otak, bahkan sebelum pengalaman sensorik
- Tim peneliti UC Santa Cruz mengamati aktivitas saraf awal ini dengan menggunakan organoid otak (brain organoid)
- Sel-sel menunjukkan struktur yang secara mandiri membentuk sirkuit dan saling berinteraksi bahkan tanpa rangsangan eksternal
- Pola ini tersusun dari rangkaian sinyal berbasis waktu yang mirip dengan ‘mode default’ (default mode) otak manusia
- Temuan ini membuka kemungkinan baru untuk diagnosis dan terapi gangguan perkembangan saraf, serta evaluasi dampak zat beracun
Aktivitas yang tersusun sendiri pada otak awal
- Para peneliti menyelidiki kapan dan bagaimana pemikiran manusia dimulai, sambil mengamati aktivitas listrik otak sebelum pengalaman sensorik
- Tim UC Santa Cruz menggunakan organoid otak 3D yang dibuat dari sel punca manusia
- Organoid ini membentuk sirkuit sendiri dan memancarkan sinyal listrik bahkan tanpa masukan sensorik eksternal
- Profesor Tal Sharf menjelaskan, “Sel-sel sudah saling berinteraksi dan membentuk sirkuit bahkan sebelum mengalami dunia luar.”
- Ia mengibaratkannya sebagai ‘sistem operasi pada keadaan primitif’ (operating system), sambil meneliti struktur otak sebelum dibentuk oleh pengalaman sensorik
Metode dan teknologi penelitian
- Tim peneliti menggunakan chip microelectrode array berbasis CMOS untuk mengukur aktivitas listrik neuron tunggal di dalam organoid
- Chip ini mencakup ribuan penguat mikro untuk menangkap sinyal sirkuit saraf yang telah terbentuk sebelumnya secara presisi
- Organoid adalah model jaringan 3D yang berasal dari sel punca embrionik manusia, yang menawarkan keunggulan etis dan teknis untuk penelitian perkembangan otak
- Kelompok Braingeneers di UC Santa Cruz mengembangkan model ini bekerja sama dengan UC San Francisco dan UC Santa Barbara
- Laboratorium Sharf tengah mengembangkan teknologi antarmuka saraf baru yang menggabungkan fisika, ilmu material, dan teknik elektro
Pembentukan pola dan mode default otak
- Tim peneliti mengamati bahwa organoid menghasilkan pola sinyal listrik spontan dalam beberapa bulan sebelum menerima masukan sensorik
- Sinyal-sinyal ini sudah muncul pada tahap sebelum memproses informasi sensorik kompleks seperti penglihatan dan pendengaran
- Tembakan neuron bukanlah acak, melainkan mengikuti pola terstruktur yang disebut ‘mode default’ (default mode)
- Mode default ini menyediakan kerangka rentang respons yang mungkin bagi otak untuk memproses rangsangan sensorik di kemudian hari
- Pola awal yang diamati pada organoid menunjukkan rangkaian berbasis waktu yang mirip dengan mode default otak manusia yang sebenarnya
- Ini mengisyaratkan adanya cetak biru saraf (blueprint) yang dikodekan secara genetik
Makna evolusioner dan medis
- Para peneliti menjelaskan bahwa sistem yang tersusun sendiri ini dapat membentuk struktur dasar bagi persepsi terhadap dunia
- Mereka mengemukakan kemungkinan bahwa dalam proses evolusi, sistem saraf pusat telah lebih dulu membangun peta (map) yang memungkinkan penjelajahan dan interaksi dengan dunia
- Karena organoid mereproduksi struktur dasar otak yang nyata, organoid dapat dimanfaatkan untuk penelitian penyakit perkembangan saraf dan analisis dampak zat beracun
- Sharf menyebut bahwa dinamika saraf yang kompleks ini dapat berkontribusi pada deteksi dini tanda-tanda patologis dan pengembangan terapi
- Ke depan, ada potensi untuk berlanjut pada pengembangan obat, penyuntingan gen, dan teknologi skrining berkecepatan tinggi
Kolaborasi riset dan institusi yang terlibat
- Penelitian ini melibatkan UC Santa Barbara, Washington University in St. Louis, Johns Hopkins University, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, dan ETH Zurich
- Melalui model organoid, para peneliti sedang meneliti secara mendalam tahap awal perkembangan otak manusia dan mekanisme pembentukan sirkuit saraf
Belum ada komentar.