Inilah yang Dikatakan Kicauan Burung tentang Sel-Sel Otak dan Pembelajaran

Sebagian besar ilmuwan yang mempelajari otak percaya bahwa ingatan disimpan melalui jaringan sinapsis, atau koneksi yang terbentuk antara neuron. Belajar terjadi ketika neuron membentuk koneksi baru dan memperkuat atau melemahkan yang sudah ada, memberikan otak yang disebut plastisitas sinaptik. Namun, semakin banyak bukti yang menunjukkan bahwa sifat intrinsik dan bawaan dari sel itu sendiri, tidak hanya hubungan di antara mereka, juga memainkan peran dalam proses ini.

Penelitian baru oleh ahli saraf di University of Chicago menggunakan model unik - kicauan kawin burung yang rumit - untuk menunjukkan bagaimana sifat intrinsik ini terkait erat dengan proses pembelajaran yang kompleks. Studi yang dipublikasikan di Nature Communications, dapat menambah lapisan kompleksitas baru pada pemahaman kita tentang otak.

"Kami dapat langsung dari sifat sel ke perilaku hewan," kata Dan Margoliash, PhD, seorang neurobiologis dan penulis senior studi baru ini. "Ini menunjukkan bahwa bukan hanya perubahan cepat di sinapsis yang mendorong pembelajaran dan memori, tetapi juga perubahan sifat intrinsik sel."

Burung pipit zebra jantan dikenal karena memiliki kicauan yang rumit dan tepat untuk menarik pasangan wanita. Mereka mencoba untuk menghasilkan pola dan waktu nada yang persis sama setiap kali, dan sampai batas tertentu yang betina menilai kebugaran yang jantan dengan ketepatan lagunya. Tetapi burung-burung itu tidak dilahirkan dengan repertoar penuh kicauan; mereka harus belajar dan mempraktikkan panggilan mereka seperti seorang pemain saksofonis muda berlatih skala dan melodi dasar sebelum lulus ke katalog John Coltrane.

Margoliash menggunakan ini sebagai kesempatan untuk mempelajari aktivitas yang mendasarinya di otak ketika burung mempelajari perilaku rumit ini. "Kicauan burung sangat bagus untuk belajar sendiri, tetapi ini bukan hanya tentang kicauan burung. Ini tentang ilmu saraf yang besar," katanya.

Semua sel hidup memiliki tegangan listrik internal, yang berbeda dari tegangan di lingkungan sekitarnya. Neuron khusus karena mereka memiliki apa yang disebut potensial aksi, atau kemampuan untuk dengan cepat mengubah aliran arus masuk dan keluar dari sel. Urutan dan waktu lonjakan potensial aksi ini adalah apa yang merupakan informasi yang dilewatkan neuron melalui jaringan, sehingga mereka merupakan sumber data yang penting untuk memahami bagaimana otak belajar.

Dalam studi baru, Margoliash dan Arij Daou, PhD, mantan sarjana postdoctoral di University of Chicago dan sekarang asisten profesor di American University of Beirut, Lebanon, mencatat pola lonjakan aksi potensial dari neuron finch neuron pada berbagai tahap perkembangan - dewasa burung-burung dengan pola-pola kicauan yang berkembang sempurna dan remaja yang masih belajar.

Neuron memiliki berbagai saluran dan protein yang tertanam dalam membran sel mereka yang membuka dan menutup dengan cara yang kompleks tergantung pada seberapa banyak arus yang mengalir masuk atau keluar. Kumpulan mekanisme ini terdiri dari sifat intrinsik sel, yang dapat berubah seiring dengan besarnya dan kekuatan arus yang mengalir melintasi membran sel.

Setelah mencatat arus yang mengalir melalui sel, Margoliash dan Daou menemukan cara matematika untuk membandingkan seberapa dekat sifat intrinsik dari dua burung yang diberikan saling cocok. Sifat intrinsik dari satu kelas neuron pada burung tertentu mirip satu sama lain, tetapi mereka bervariasi dari burung ke burung. Tetapi ketika para peneliti membuat perhitungan yang sama tentang seberapa dekat lagu mereka mirip satu sama lain, mereka sampai pada kesimpulan yang mengejutkan.

"Ini adalah 'saat Aha' yang hebat!, "kata Margoliash. "Ketika kami melakukan perhitungan untuk burung-burung itu, kami menemukan bahwa burung-burung yang dekat dalam hal sifat intrinsiknya juga memiliki kicauan serupa."

Hubungan ini juga berlaku pada pasangan burung yang berbeda. Saudara burung dewasa yang dibesarkan oleh orang tua yang sama - dan karenanya diajarkan dengan cara yang sama - memiliki kicauan dan sifat sel intrinsik yang serupa. Tetapi burung-burung muda yang belum menyempurnakan kicauan mereka ada di peta. Tidak ada hubungan yang jelas antara sifat sel intrinsik remaja dan kicauan mereka, tidak peduli bagaimana mereka berhubungan.

Para peneliti juga dapat menunjukkan bagaimana sifat intrinsik sel berubah sebagai respons terhadap perubahan pola kicauan. Menggunakan perangkat yang merekam kicau burung dan memutarnya kembali sedikit menyebabkan burung mengubah pola kicauan mereka dengan cara yang menyerupai gagap pada manusia. Mereka segera macet mencoba mulai berkicau. Akhirnya, burung-burung semacam itu akan terjebak pada nada-nada tertentu, atau pola-pola berulang yang tidak akan mereka hasilkan di lingkungan alami.

Menariknya, teknik yang sama ini dapat menyebabkan orang gagap juga. Jika seorang pembicara mendengarkan umpan yang sedikit tertunda dari suaranya sendiri, itu akan menyebabkan mereka melompati kata-kata dan mengulangi suku kata. Tetapi bagi banyak orang yang gagap, mendengar umpan balik yang tertunda dapat membantu mengurangi kegagapan.

Dalam beberapa jam setelah mendengarkan umpan balik tertunda yang menyebabkan gagap, sifat intrinsik neuron juga berubah pada burung-burung ini, menunjukkan hubungan langsung dengan perilaku berkicaui yang berubah. Margoliash mengatakan bahwa ini adalah bukti mekanisme biologis gagap yang dapat memberikan model yang berguna bagi manusia juga, mengingat kesamaan dalam perilaku.

"Tentu saja ada komponen kognitif penting dari kegagapan yang belum kita miliki kesempatan untuk belajar dan melihat betapa bermanfaatnya model kicau burung itu," katanya, "tetapi pada tingkat dasar kita dapat mempelajari dasar saraf dari perilaku itu dengan tepat. Memiliki model hewan untuk gagap bisa menjadi terobosan besar."

(Materials provided by University of Chicago)

***
Solo, Sabtu, 11 April 2020. 3:23 pm
'salam hangat penuh cinta'
Suko Waspodo
suka idea
antologi puisi suko