Neuron piramidal CA3 manusia dicatat dalam sampel jaringan pasien. (Kredit: © Jake Watson)
KLOSTERNEUBURG, Austria — Bayangkan mendengarkan kakek-nenek Anda merangkai cerita menarik tentang masa kecil mereka. Bagaimana otak kita bisa menyimpan dan mengambil kembali ingatan yang jelas itu dengan ketepatan yang luar biasa? Sebuah studi baru yang inovatif dari Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) mengungkap salah satu teka-teki ilmu saraf yang paling menarik, mengungkap apa yang sebenarnya terjadi di dalam “kotak hitam” otak.
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan mengandalkan hewan pengerat untuk memahami cara kerja otak kita. Namun bagaimana jika otak tikus dan otak manusia bukan sekadar versi skala satu sama lain? Hal inilah yang ditemukan para peneliti ketika mereka melakukan pengamatan yang belum pernah terjadi sebelumnya di dalam hipokampus manusia – pusat memori otak.
Dengan berkolaborasi dengan ahli bedah saraf yang berspesialisasi dalam pengobatan epilepsi, tim peneliti memperoleh akses ke harta langka: jaringan otak manusia hidup yang utuh dari 17 pasien yang menjalani operasi. Apa yang mereka temukan sungguh revolusioner.
“Segera setelah saya mulai memeriksa sampel pasien pertama, saya menyadari betapa banyak yang belum kita ketahui tentang hipokampus manusia,” kata Jake Watson, peneliti pascadoktoral yang terlibat dalam penelitian ini, dalam rilis media. “Meskipun ini adalah wilayah otak hewan pengerat yang paling banyak dipelajari, rasanya kita tidak tahu apa pun tentang fisiologi manusia.”
Dengan menggunakan teknik mutakhir seperti perekaman patch-clamp multiseluler dan mikroskop resolusi super, para peneliti menemukan bahwa konektivitas saraf otak manusia pada dasarnya berbeda dari apa yang kami amati pada tikus. Hipokampus manusia, khususnya wilayah yang disebut CA3 yang penting untuk penyimpanan memori, memiliki koneksi antar neuron yang lebih jarang. Anehnya, koneksi ini juga lebih andal dan tepat.
Anggap saja seperti membandingkan sketsa kasar dengan lukisan detail. Jika otak tikus memiliki banyak koneksi saraf yang agak tidak tepat, otak manusia tampaknya memiliki jalur yang lebih sedikit namun lebih tertarget. Pengkabelan unik ini mungkin menjelaskan kemampuan luar biasa kita dalam membentuk ingatan kompleks dan membuat asosiasi rumit.
“Pekerjaan kami menyoroti perlunya memikirkan kembali pemahaman kita tentang otak dari sudut pandang manusia. Penelitian di masa depan mengenai sirkuit otak, bahkan jika menggunakan organisme model hewan pengerat, harus dilakukan dengan mempertimbangkan otak manusia,” tegas Peter Jonas, peneliti utama studi tersebut dan Profesor Magdalena Walz untuk Ilmu Hayati.
Studi ini tidak hanya menantang model ilmu saraf yang ada, tetapi juga membuka jalan baru yang menarik untuk memahami cara kita menyimpan dan mengambil ingatan. Dari momen berharga bersama kakek-nenek hingga proses saraf kompleks yang memungkinkan kita belajar dan beradaptasi, otak kita terus mengejutkan dan membuat para peneliti terpesona.
“Melihat ke belakang, hari terbaik dalam karir saya sebagai ahli fisiologi adalah ketika jaringan manusia pertama kali tiba di laboratorium kami,” kenang Watson.
Bagi sains, ini adalah momen penemuan mendalam – sebuah jendela kecil menuju lanskap kesadaran manusia yang rumit dan misterius.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti mempelajari cara kerja neuron CA3 hipokampus manusia dengan menganalisis jaringan otak dari pasien operasi epilepsi. Mereka menggunakan teknik canggih seperti perekaman patch-clamp multiseluler dan mikroskop superresolusi untuk mengamati struktur dan koneksi neuron di wilayah ini. Tim juga mengembangkan model komputasi untuk memahami bagaimana jaringan ini menyimpan memori. Mereka fokus pada jaringan “non-sklerotik”, memastikan mereka mempelajari sampel yang sehat. Eksperimen ini mengungkapkan bagaimana sirkuit CA3 terhubung secara jarang namun andal untuk meningkatkan kapasitas memori.
Hasil Utamats
Studi tersebut menemukan bahwa wilayah CA3 manusia di otak, yang penting untuk memori, memiliki cara kerja yang unik. Tidak seperti bagian otak lainnya, CA3 menggunakan koneksi yang jarang namun tepat, yang berarti lebih sedikit neuron yang terhubung satu sama lain, namun melakukannya dengan andal. Pengaturan ini memungkinkan otak untuk menyimpan dan mengingat kembali kenangan secara efisien tanpa beban berlebih. Temuan ini juga menunjukkan bahwa neuron CA3 manusia memiliki dendrit (cabang) yang lebih panjang dan sinyal yang bertahan lebih lama dibandingkan dengan hewan pengerat, sehingga memberi manusia jaringan memori yang lebih kuat.
Keterbatasan Studi
Meskipun penelitian ini memberikan wawasan yang signifikan, penelitian ini dibatasi oleh penggunaan jaringan otak dari pasien epilepsi, yang mungkin tidak sepenuhnya mewakili otak yang sehat. Ukuran sampel yang kecil karena sulitnya memperoleh jaringan tersebut. Selain itu, para peneliti hanya menganalisis konektivitas lokal, sehingga koneksi hipokampus yang lebih luas belum dijelajahi. Penelitian di masa depan dengan jaringan yang sama sekali tidak terpengaruh dan pengambilan sampel yang lebih luas diperlukan untuk memvalidasi temuan ini.
Diskusi & Kesimpulan
Studi ini menekankan bahwa neuron CA3 manusia dikhususkan untuk penyimpanan memori yang efisien. Konektivitas yang jarang mengurangi kebisingan dalam jaringan, sementara keandalan yang tinggi memastikan transmisi sinyal yang akurat. Fitur-fitur ini membuat sistem memori hipokampus manusia berbeda dari sistem memori pada hewan pengerat. Yang penting, temuan ini menunjukkan bahwa kapasitas memori pada manusia telah berevolusi melalui perluasan jumlah saraf dan konektivitas yang lebih baik, bukan sekadar peningkatan sistem otak hewan pengerat yang sudah ada. Penelitian ini menyoroti pentingnya mempelajari fitur otak spesifik manusia untuk pemahaman lebih dalam.
Pendanaan & Pengungkapan
Studi ini didukung oleh European Research Council (ERC) di bawah program Horizon 2020 (hibah lanjutan no. 692692 untuk PJ dan Marie Skłodowska-Curie Fellowship no. 101026635 untuk JFW), Austrian Science Fund (FWF; hibah PAT 4178023 untuk PJ dan memberikan DK W1232 kepada MRT dan JGD), Akademi Ilmu Pengetahuan Austria (Persekutuan DOC 26137 ke MRT), dan persekutuan NOMIS-ISTA (ke A-O.).
Para penulis mengakui kontribusi dari donor pasien, biobank NABCA, dan donor jaringan postmortem, serta dukungan dari Unit Layanan Ilmiah ISTA dan staf di Universitas Kedokteran Wina. MRT dan JGD merupakan penemu dalam permohonan paten yang mencakup teknologi mikroskop ekspansi, dan tidak ada persaingan kepentingan tambahan yang dilaporkan.
