Neuron Bekerja Seperti Rantai Domino

Ketika neuron-neuron HVC individu tercetus, mereka melakukannya dengan tiba-tiba, seolah-olah terkena domino sebelumnya. 

Sebagai orang yang biasa menggunakan gitar atau raket tenis tahu, waktu yang tepat sering merupakan bagian penting dalam melaksanakan tugas-tugas kompleks. Saat ini, dengan mempelajari sirkuit otak yang mengontrol nyanyian burung, para peneliti MIT telah mengidentifikasi sebuah “reaksi berantai” aktivitas otak yang muncul untuk mengontrol waktu nyanyian.

Nyanyian burung zebra finch sangat kurang spontanitas; setiap lagu berlangsung sekitar 1 detik, terdiri dari beberapa suku kata yang waktunya hampir persis sama dari satu performan ke berikutnya. “Ini merupakan sistem model yang bagus untuk mempelajari bagaimana otak mengontrol tindakan,” kata Michale Fee, penulis senior studi dan anggota McGovern Institute for Brain Research.

Struktur otak yang terlibat dalam menghasilkan nyanyian burung telah teridentifikasi. Fee, beserta kolega, sebelumnya menunjukkan bahwa tempo lagu dikendalikan oleh area otak yang dikenal sebagai HVC. Selama 1-detik lagu, neuron individu dalam HVC mencetus hanya satu letupan pendek aktivitas pada suatu titik waktu yang tepat dalam nyanyian tersebut. Neuron yang berbeda tercetus pada waktu yang berbeda, sehingga kegiatan neuron ini merupakan ‘cap waktu’ yang menyebabkan instruksi yang tepat terkirim ke organ-organ vokal pada setiap instan dalam lagu tersebut.

Tapi bagaimana setiap neuron HVC tahu kapan tercetus pada waktu yang tepat seperti itu? Beberapa gagasan yang berbeda telah diajukan, tapi satu gagasan yang menarik adalah model “rantai synfire“, di mana neuron-neuron tercetus dalam reaksi berantai – masing-masing memicu yang berikutnya secara berurutan, seperti kartu domino yang berjatuhan.

Dalam sebuah studi terbaru, yang dipublikasikan secara online dalam Nature edisi 24 Oktober, Fee beserta koleganya kini menguji gagasan ini dengan menggunakan rekaman intraselular, suatu pendekatan yang dapat merekam fluktuasi tegangan kecil di neuron HVC individu. Dalam keahlian teknis ini, mereka mengembangkan metode di mana rekaman tersebut bisa dibuat saat burung bebas bergerak di kandangnya dan terlibat dalam perilaku alam seperti bernyanyi.

Hasil yang diperoleh mendukung model rantai domino. Ketika neuron-neuron HVC individu tercetus, mereka melakukannya dengan tiba-tiba, seolah-olah terkena domino sebelumnya. Tidak ada aktivitas yang terbangun terlebih dahulu, melainkan setiap neuron tetap diam sampai gilirannya tercetus, di mana titik yang meletup tiba-tiba menunjukkan aktivitas, mungkin disebabkan oleh input rangsangan dari neuron sebelumnya dalam rantai tersebut. Dalam penelitian lebih lanjut, para penulis menunjukkan bahwa letupan ini dipicu aktivitas tiba-tiba oleh masuknya kalsium melalui saluran membran khusus yang terbuka dalam menanggapi input rangsangan ini.

Para peneliti MIT juga menunjukkan bahwa waktu letupan saraf di neuron HVC tidak mudah terganggu oleh gangguan listrik kecil. Itu penting, ucap penulis pertama, Michael Long, dari Medical Center Langone Universitas New York. “Jika satu neuron melakukan kesalahan dalam hal waktu, setiap neuron berikutnya pada rantai juga akan mati. Itu akan menjadi seperti musisi tanpa indera irama.”

“Ini adalah pertama kalinya kami mampu memahami generasi urutan perilaku yang dipelajari”, kata Fee. “Kami memperkirakan bahwa mekanisme yang sama mungkin ada pada otak lainnya, termasuk otak kita sendiri.”

Dezhe Jin, dari Universitas Pennsylvania State, juga ikut berkontribusi dalam penelitian ini.

Sumber Artikel: web.mit.edu
Referensi Jurnal:
“Support for a synaptic chain model of neuronal sequence generation,” Long MA, Jin DZ, Fee MS. Nature. 24 Oct 2010. http://dx.doi.org/ … /nature09514