Cara Otak Membentuk Ingatan Sensorik

Sinyal top-down seperti itu terganggu pada sejumlah gangguan otak seperti autisme dan skizofrenia

Sabtu, 21 November 2020 | 08:50 WIB
0
36
Cara Otak Membentuk Ingatan Sensorik
Neurons illustration (stock image)

Otak mengkodekan informasi yang dikumpulkan oleh indera kita. Namun, untuk memahami lingkungan kita dan berinteraksi secara konstruktif dengannya, sinyal sensorik ini perlu ditafsirkan dalam konteks pengalaman dan tujuan kita sebelumnya. Dalam edisi terbaru Science, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Dr. Johannes Letzkus, Pemimpin Grup Riset di Institut Max Planck untuk Riset Otak, telah mengidentifikasi sumber utama dari informasi top-down yang bergantung pada pengalaman ini.

Neokorteks adalah area terbesar di otak manusia. Ini telah berkembang dan sangat berbeda selama evolusi mamalia, dan dianggap menengahi banyak kapasitas yang membedakan manusia dari kerabat terdekat mereka. Selain itu, disfungsi area ini juga memainkan peran sentral dalam banyak gangguan kejiwaan.

Semua fungsi kognitif yang lebih tinggi dari neokorteks diaktifkan dengan menyatukan dua aliran informasi yang berbeda: aliran 'bottom-up' yang membawa sinyal dari lingkungan sekitar, dan aliran 'top-down' yang mengirimkan informasi yang dihasilkan secara internal yang mengkodekan pengalaman kita sebelumnya dan tujuan saat ini.

"Investigasi selama puluhan tahun telah menjelaskan bagaimana input sensorik dari lingkungan diproses. Namun, pengetahuan kami tentang informasi yang dihasilkan secara internal masih dalam tahap awal. Ini adalah salah satu celah terbesar dalam pemahaman kami tentang fungsi otak yang lebih tinggi seperti persepsi sensorik," kata Letzkus.

Ini memotivasi tim untuk mencari sumber sinyal top-down tersebut. "Pekerjaan sebelumnya oleh kami dan banyak ilmuwan lain telah menyarankan bahwa lapisan paling atas dari neokorteks kemungkinan adalah situs utama yang menerima masukan yang membawa informasi dari atas ke bawah. Mengambil ini sebagai titik awal memungkinkan kami untuk mengidentifikasi wilayah talamus - area otak yang tertanam jauh di dalam otak depan - sebagai kandidat kunci sumber informasi internal semacam itu."

Dimotivasi oleh pengamatan ini Dr. M. Belén Pardi, penulis pertama studi dan peneliti postdoctoral di lab Letzkus, merancang pendekatan inovatif yang memungkinkan dia untuk mengukur respon sinapsis thalamic tunggal di neokorteks tikus sebelum dan sesudah paradigma pembelajaran.

“Hasilnya sangat jelas,” kenang Pardi. "Sedangkan rangsangan netral tanpa relevansi dikodekan oleh respon kecil dan sementara dalam jalur ini, pembelajaran sangat meningkatkan aktivitas mereka dan membuat sinyal lebih cepat dan lebih berkelanjutan dari waktu ke waktu."

Ini menunjukkan bahwa sinapsis thalamic di neokorteks menyandikan pengalaman hewan sebelumnya. "Kami benar-benar yakin bahwa ini adalah kasus ketika kami membandingkan kekuatan memori yang diperoleh dengan perubahan aktivitas thalamic: Ini mengungkapkan korelasi positif yang kuat, menunjukkan bahwa input dari thalamus secara jelas mengkodekan relevansi perilaku yang dipelajari dari rangsangan," kata Letzkus.

Tetapi apakah mekanisme ini selektif untuk sinyal terkait memori top-down ini? Rangsangan sensorik dapat menjadi relevan karena apa yang telah kita pelajari terkait dengannya, tetapi juga hanya karena sifat fisiknya. Misalnya, suara yang lebih keras akan semakin mudah menarik perhatian baik pada manusia maupun hewan.

Namun, ini adalah fungsi tingkat rendah yang tidak ada hubungannya dengan pengalaman sebelumnya. "Menariknya, kami menemukan mekanisme pengkodean yang sangat berbeda, bahkan berlawanan, untuk bentuk relevansi bottom-up ini," kata Pardi.

Mengingat kepentingan utamanya, para ilmuwan berspekulasi bahwa cara sinyal ini diterima di neokorteks harus diatur dengan ketat. Pardi dan rekan kerjanya membahas hal ini dalam eksperimen lebih lanjut, dikombinasikan dengan pemodelan komputasi bekerja sama dengan laboratorium Dr. Henning Sprekeler dan timnya di Technische Universität Berlin.

Hasilnya memang mengidentifikasi mekanisme yang sebelumnya tidak diketahui yang dapat menyempurnakan informasi di sepanjang jalur ini, mengidentifikasi jenis neuron khusus di lapisan paling atas neokorteks sebagai penjaga gerbang dinamis dari sinyal atas-bawah ini.

"Hasil ini mengungkapkan masukan thalamus ke neokorteks sensorik sebagai sumber informasi utama tentang pengalaman masa lalu yang telah dikaitkan dengan rangsangan sensorik.

Sinyal top-down seperti itu terganggu pada sejumlah gangguan otak seperti autisme dan skizofrenia, dan harapan kami adalah bahwa temuan ini juga akan memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang perubahan maladaptif yang mendasari kondisi parah ini, "Letzkus menyimpulkan.

(Materials provided by Max-Planck-Gesellschaft)

***
Solo, Sabtu, 21 November 2020. 8:25 am
'salam hangat penuh cinta'
Suko Waspodo