Biasanya, di otak terjadi proses pengecilan tulang belakang dan pembentukan yang baru secara konstan dan cukup intens, yang menunjukkan kemampuan plastis yang besar dari jaringan saraf.
Ada beberapa cara untuk membentuk duri dendritik.
1 Perkembangan duri dari tonjolan tipis dendrit (phyllopodia). Selama tahap awal sinaptogenesis di otak yang sedang berkembang, dendrit membentuk banyak tonjolan kecil – phyllopodia, yang tumbuh dan menghilang dalam beberapa menit. Ketika sinapsis terbentuk, nomornya
phyllopodia menurun tajam, sementara jumlah duri dewasa yang stabil meningkat, yang menegaskan peran proses halus ini sebagai prekursor duri. Phyllopodia serupa ditemukan di otak orang dewasa. Fungsi phyllopodia yang sangat mobile mungkin termasuk pencarian bergerak di ruang sekitar dendrit untuk tempat kontak dengan akson yang lewat dan pembentukan kontak sinaptik baru.
2. Perkembangan duri dari poros dendritik. Dalam hal ini, tulang belakang berkembang di zona sinapsis yang terletak di batang dendritik. Situasi ini diamati terutama pada periode awal perkembangan saraf, ketika sebagian besar sinapsis terletak langsung pada batang dendritik dan terbentuk sebelum pertumbuhan phyllopodia dendritik. Selanjutnya, jumlah sinapsis “awal” tersebut berkurang, dan jumlah sinapsis axo-spinous yang matang meningkat, yaitu adanya unsur-unsur sinapsis yang berkembang di daerah pembentukan tulang belakang merupakan sinyal penginduksi yang penting untuk pembentukan tulang belakang. struktur duri dan sinaps axo-spine yang matang.
3. Pembentukan duri tanpa efek induktif berkembangnya sinapsis. Duri pada dendrit dapat terbentuk sebelum kontak sinaptik terbentuk di area ini. Hal ini terjadi, misalnya, selama pembentukan duri pada cabang distal sistem dendritik sel Purkinje di otak kecil.
Akson. Akson biasanya merupakan proses terpanjang dari sebuah neuron, sering kali bercabang secara luas di bagian terminalnya. Salah satu ciri khas akson adalah adanya apa yang disebut. "return collaterals" - cabang terminal akson yang membentuk kontak akso-akson pada neuronnya sendiri. Mereka mempunyai efek pengaturan yang penting (terutama penghambatan) pada fungsi akson. Karena panjangnya akson, aksoplasmanya dapat secara signifikan melebihi volume total sitoplasma perikaryon dan gabungan dendrit neuron. Perbedaan mendasar antara akson dan neuron lainnya adalah tidak adanya
sitoplasma mRNA dan ribosom dan keberadaan (dalam neuron penghasil lonjakan) di membran plasma sejumlah besar saluran ion Na yang terlibat dalam pembentukan dan konduksi potensial aksi.
Baru-baru ini telah terbukti bahwa sintesis protein lokal terjadi pada cabang akson yang sedang tumbuh (kerucut pertumbuhan) dan selama regenerasi pada akson. Komponen alat sintetik protein (subunit ribosom dan ribosom itu sendiri, mRNA, enzim penting, asam amino) dikirim ke area sintesis melalui transpor aksonal. Struktur sitoplasma akson dan dendrit yang tidak sama diyakini berhubungan dengan perbedaan susunan elemen sitoskeletal. (lihat di bawah).
Tempat keluarnya akson dari badan neuron disebut bukit akson, yang meruncing, berangsur-angsur masuk ke segmen awal akson. Bagian awal akson inilah yang merupakan tempat timbulnya potensial aksi dan dibedakan oleh sejumlah besar saluran ion di plasmalemma. Jumlah ribosom di bukit akson sedikit, dan seiring dengan penyempitan prosesnya, ribosom tersebut hilang sama sekali. Pada segmen awal akson, ribosom terletak hanya di dekat zona aktif pascasinaps sinapsis akso-akson. Segmen ini dicirikan oleh fakta bahwa mikrotubulus sitoskeleton berkumpul dalam kelompok kecil dan terdapat lapisan bahan padat elektron di dekat plasmalemma. Lapisan bahan subplasmolemma juga terletak di kelenjar Ranvier. Hal ini tampaknya disebabkan oleh banyaknya saluran ion, terutama saluran natrium, di membran plasma. Akson mengandung sejumlah besar elemen retikulum endoplasma agranular (AER), suatu sistem transportasi penting untuk proses.
Morfologi dendrit.
Neuron memiliki dua sistem proses: akson dan dendrit, dan salah satu tugas neuromorfologi adalah menentukan perbedaan atau persamaan utama di antara keduanya.
Pada penelitian tingkat optik cahaya, ketika mempelajari bagian jaringan saraf yang diwarnai dengan garam perak menggunakan metode Golgi, terlihat beberapa perbedaan morfologi antara akson dan dendrit. Dalam beberapa kasus, hal ini tidak mutlak, namun tetap memungkinkan subjek untuk menganalisis materi neurohistologis yang tersedia. (meja).
Meja XXX Beberapa ciri perbandingan akson dan dendrit sel saraf vertebrata
| Sifat atau tanda | Akson | Dendrit | Catatan |
| Jumlah per neuron | Selalu sendirian (atau tidak ada) | Biasanya ada beberapa (mungkin ada satu dendrit atau tidak sama sekali) | |
| Panjang proses | Dari beberapa mikron hingga satu meter atau lebih | Dari beberapa mikron hingga beberapa ratus mikron | |
| Sifat proses dari neuron | Terutama dari badan neuron, terkadang dari dendrit besar | Dari badan neuron | |
| Tingkat percabangan | Yang paling beragam | Yang paling beragam | Percabangan akson, pada umumnya, melebihi dendrit sel tertentu |
| Sifat percabangan cabang lateral (jaminan) | Bercabang terutama pada sudut siku-siku, ada cabang yang berulang dan sangat berbelit-belit | Mereka berangkat terutama pada sudut lancip di sepanjang cabang utama; jarang terjadi jaminan kembali. | |
| Stabilitas cabang | Lebih bervariasi di antara neuron dari tipe tertentu | Lebih stabil | |
| Tidak adanya duri | Tipenya banyak dan berbeda-beda* | TIDAK | * Beberapa tipe sel tidak mempunyai duri pada dendritnya (neuron tak bertulang) |
| Kehadiran ribosom dan RER | Ribosom terdapat di sepanjang dendrit; RER terdapat di segmen proksimal dendrit dan pada simpul percabangan | TIDAK * | *Data diperoleh tentang keberadaan ribosom dan mekanisme sintesis protein di akson dan sinapsis |
| Ketersediaan tangki GER | Hadir di sepanjang akson | Hadir di sepanjang dendrit | |
| Adanya selubung mielin dan non-mielin | Ada kedua jenis cangkang | Terdapat selubung mielin (tetapi jarang dan sangat tipis) | |
| Diameter proses | Berkurang dengan jarak dari badan sel dan percabangan | Hampir konstan di sepanjang akson | |
| Orientasi dominan dan jumlah mikrotubulus | Searah (dari sel ke terminal sinaptik), lebih sedikit pada akson besar dibandingkan pada dendrit | Multi arah, terutama melimpah pada dendrit besar dan cabangnya | |
| Kecepatan dan arah impuls* | Hingga 120 m/s, di kedua arah | Hingga 1 m/detik, di kedua arah | * Pada saat tertentu, impuls bergerak sepanjang akson atau dendrit dalam satu arah |
| Kemampuan untuk menghasilkan, melakukan dan mengirimkan impuls saraf | Ada | Ya, tetapi konduksi eksitasi sepanjang dendrit terjadi dalam bentuk kecil (kepunahan)* | *Dendrite mampu menghasilkan potensial aksi |
Selain perbedaan morfologi dan fungsional yang tercantum di atas, akson dan dendrit memiliki seperangkat penanda biokimia molekuler, yang keberadaan proses pada membran atau sitoplasma sangat menentukan spesifisitas dan sifatnya.
Para ilmuwan yang mempelajari sifat-sifat otak manusia telah lama mengetahui bahwa otak bekerja seperti komputer yang kuat dan mampu, misalnya, menyimpan semua informasi di Internet.
Namun, belum semua faktor yang menentukan “kemampuan komputasi” otak kita ditemukan.
Para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology membagikan penemuan terbaru mereka di bidang ini. Mereka adalah orang pertama yang mencatat aktivitas listrik neuron dengan tingkat detail yang sangat tinggi.
Penting untuk diklarifikasi bahwa otak kita mengandung 85-86 miliar neuron, dan masing-masing neuron berfungsi sebagai elemen yang merangsang. Ia mengumpulkan sinyal listrik yang masuk di dalam tubuhnya (soma) dan, ketika tegangan mencapai batas tertentu, ia menghasilkan impuls listrik pendek yang dikirim ke proses bercabang - dendrit. Perhatikan bahwa pendekatan kumulatif inilah yang memungkinkan jutaan dan miliaran sel berfungsi sebagai satu kesatuan tanpa “pusat kendali” yang sama.
Di ujung dendrit setiap neuron terdapat tonjolan membran – duri. Duri dari satu neuron terhubung dengan duri yang lain, membentuk titik kontak - sinapsis. Melalui mereka impuls saraf ditransmisikan.
Penulis karya baru ini memutuskan untuk membandingkan “kemampuan” dendrit pada manusia dan hewan model - tikus. Mereka berpendapat bahwa perbedaan fungsi proses saraf ini bertanggung jawab atas kekuatan pemrosesan otak dan dapat menjelaskan keunggulan intelektual manusia dibandingkan spesies lainnya.
Para ahli menjelaskan: setiap neuron dapat memiliki hingga 50 dendrit, dan pada manusia dendritnya jauh lebih panjang dibandingkan pada tikus dan sebagian besar hewan lainnya. Oleh karena itu, korteks serebral kita jauh lebih tebal: menyumbang sekitar 75% dari total volume otak (sebagai perbandingan: pada tikus - sekitar 30%).
Namun terlepas dari perbedaan-perbedaan ini, organisasi struktural wilayah ini serupa pada hewan pengerat dan manusia: korteks serebral terdiri dari enam lapisan neuron yang berbeda. Dalam hal ini neuron dari lapisan kelima mempunyai kemampuan untuk mengirimkan sinyal ke neuron dari lapisan pertama.
Namun karena manusia memiliki korteks yang jauh lebih tebal dibandingkan hewan, ternyata selama evolusi, neuron harus memanjangkan dendritnya untuk mencapai lapisan lain. Dan sinyalnya sendiri menempuh jalur tersebut lebih lama.
“Orang menjadi pintar bukan hanya karena kita memiliki lebih banyak neuron dan korteks yang lebih besar. Neuron [kita] bertindak berbeda,” kata pemimpin tim Mark Harnett.
Untuk melihat lebih dekat cara kerja dendrit manusia, para peneliti menggunakan irisan jaringan otak pasien epilepsi. Selama operasi, para sukarelawan mengangkat bagian kecil (seukuran kuku manusia) di lobus temporal anterior untuk mendapatkan akses ke area otak yang diinginkan.
Diketahui bahwa lobus temporal anterior bertanggung jawab atas banyak fungsi, termasuk pemrosesan informasi linguistik dan visual, namun menghilangkan sebagian kecilnya tidak mengurangi kinerja otak. Dan bagi ahli neurobiologi, jaringan “hidup” tersebut adalah sampel unik untuk dipelajari.
Begitu tim menerima irisan tersebut, mereka segera ditempatkan dalam larutan yang meniru cairan serebrospinal. Hal ini memungkinkan untuk mempertahankan viabilitas jaringan selama 48 jam.
Para ilmuwan kemudian menggunakan teknik elektrofisiologi yang disebut penjepitan tegangan lokal, yang memungkinkan mereka mempelajari sifat saluran ion. Ada banyak yang terakhir di membran luar dendrit, dan mereka sebenarnya bertanggung jawab atas keluaran “saluran”.
Sebelumnya, percobaan serupa dilakukan dengan jaringan otak hewan pengerat, namun tim mempelajari sifat listrik dendrit manusia untuk pertama kalinya.
Hasilnya, para ahli menemukan bahwa karena dendrit manusia lebih panjang daripada dendrit tikus, sinyal yang datang dari neuron di lapisan pertama ke neuron di lapisan kelima jauh lebih lemah dibandingkan sinyal yang sama pada hewan pengerat.
Ternyata dendrit manusia dan tikus juga memiliki jumlah saluran ion yang sama, namun pada dendrit kita kepadatannya lebih rendah karena pemanjangan dendritik secara keseluruhan.
Perbedaan ini mungkin terkesan menurunkan kinerja otak, namun nyatanya tidak demikian. Sebaliknya, untuk mengarahkan sinyal ke lokasi yang diinginkan, ribuan sinapsis pada setiap dendrit harus “secara kolektif” menentukan “pola masukan,” jelas Harnett.
Berdasarkan data baru, rekan-rekannya mengembangkan model biofisik terperinci yang menunjukkan bahwa perubahan kepadatan saluran ion dapat menjelaskan beberapa perbedaan aktivitas listrik dendrit manusia dan tikus.
Menurut hipotesis Harnett, karena perbedaan ini, bagian dendritik yang lebih banyak dapat mempengaruhi kekuatan sinyal yang masuk, memungkinkan setiap neuron di otak kita melakukan tugas yang lebih kompleks dan meningkatkan kekuatan pemrosesan. Sel-sel otak sendiri menjadi semacam komputer mini.
“Ada lebih banyak ‘kemandirian listrik’ pada neuron manusia, yang berpotensi mengarah pada peningkatan kemampuan komputasi neuron tunggal,” katanya.
Namun, masih banyak perbedaan lain dalam fungsi otak manusia dan hewan, jadi mungkin pemanjangan dendrit dan perubahan terkait hanyalah salah satu keuntungan yang diterima sapiens selama evolusi.
Di masa depan, ahli saraf bermaksud mempelajari lebih detail aktivitas listrik otak manusia dan menemukan fitur lain yang bertanggung jawab atas kemampuan mental kita.
Rekan ilmuwan saraf di MIT menyebut penemuan ini sebagai “pencapaian luar biasa.”
“Ini adalah pengukuran paling detail dari sifat fisiologis neuron manusia hingga saat ini. Eksperimen ini sangat kompleks, bahkan ketika bekerja dengan [sampel jaringan dari] tikus dan mencit, jadi dari sudut pandang teknis cukup mengejutkan bahwa mereka berhasil melakukannya. mampu melakukan ini dengan jaringan manusia." - kata Nelson Spruston dari Howard Hughes Medical Institute.
Sebelumnya, kita ingat, penulis Vesti. Science” (nauka.vesti.ru) melaporkan bahwa otak intelektual membentuk lebih sedikit koneksi antar neuron. Para ilmuwan juga menemukan jenis sel baru di otak manusia dan mempelajari bagaimana otak mampu melakukan banyak tugas.
Halaman 2
Dendrit banyak neuron memiliki formasi khusus, yang disebut duri. Ini adalah struktur mirip jamur yang terdiri dari kepala pada tangkai tipis, lebih sering disebut leher tulang belakang. Tulang belakang adalah penonjolan membran sel, dan terminal dari neuron lain mendekati kepalanya dan membentuk sinapsis kimia di atasnya.
Mengapa duri dibutuhkan tidak diketahui. Jumlah hipotesis tentang fungsinya sangat banyak. Mari kita lihat apa yang dapat dikatakan tentang kemungkinan fungsi duri berdasarkan pertimbangan geometris. Dalam hal ini, kami mempertimbangkan dua opsi: selaput kepala tulang belakang tidak dapat dirangsang; membran kepala tulang belakang mampu menghasilkan AP.
Biar tulang belakang tidak bergairah. Lehernya yang tipis memiliki daya tahan yang tinggi. Akibatnya, potensi postsinaptik yang besar akan muncul di kepala, namun sebagian besarnya akan hilang di leher. Tulang belakang akan bertindak sebagai cabang dendritik tipis. Tapi mengapa Anda membutuhkan perangkat seperti itu? Mengapa sinapsis tidak ditempatkan langsung pada dendrit?
Salah satu cara kerja sinapsis penghambatan adalah dengan mengurangi resistansi input neuron. Tapi sinapsis rangsang juga membuka saluran ion dan mengurangi hambatan masukan! Oleh karena itu, sinapsis rangsang juga saling mengganggu. Interferensi seperti itu akan sangat kuat terutama pada dendrit tipis, yang memiliki impedansi masukan sangat tinggi, sehingga pengaktifan beberapa sinapsis akan menyebabkan penurunan yang nyata. Duri harus secara signifikan mengurangi pengaruh timbal balik dari sinapsis yang berdekatan, yang dalam hal ini dipisahkan satu sama lain oleh leher dengan resistensi tinggi. Perhitungan telah mengkonfirmasi bahwa meskipun sinapsis berduri masing-masing kurang efektif dibandingkan sinapsis yang terletak langsung pada dendrit, namun ketika bekerja sama efeknya jauh lebih tinggi.
Jika membran tulang belakang bersifat eksitasi, maka dapat bekerja sebagai penguat transmisi sinaptik. Karena tipisnya leher, resistansi input tulang belakang sangat tinggi dan satu sinapsis dapat menyebabkan AP di kepala, yang akan mengirimkan arus listrik ke dendrit yang jauh lebih kuat daripada arus sinapsis. Menariknya, dengan mode operasi tulang belakang ini, ketahanan lehernya harus optimal. Seharusnya tidak terlalu kecil - maka sebagian besar arus sinaptik akan mengalir ke cabang dendritik, pergeseran potensial pada membran kepala tulang belakang tidak akan mencapai nilai ambang batas dan AP tidak akan terjadi di sana. Namun, sebaliknya, hambatan leher tulang belakang tidak boleh terlalu besar, jika tidak, arus yang terlalu lemah akan mengalir dari kepala tulang belakang ke dendrit dan tidak akan terjadi peningkatan arus sinaptik. Baru-baru ini, telah muncul penelitian yang menunjukkan bahwa struktur geometris duri sebenarnya mendekati yang, menurut perhitungan teoritis, optimal.
Sejauh ini kita telah membicarakan tentang bentuk serat dan sel atau bahkan struktur mikro sel – duri. Sekarang mari kita lihat geometri asosiasi seluler.
Studi tentang parameter transpor K+ yang bergantung pada ATP dalam mitokondria hati jantung tikus dengan resistensi berbeda terhadap hipoksia
Penelitian ini menentukan parameter masuknya K+ yang bergantung pada energi yang dihambat ATP ke dalam mitokondria tikus dengan resistensi berbeda terhadap hipoksia, serta tikus dengan resistensi rendah setelah adaptasi mereka dengan pelatihan hipoksia normobarik interval. Bagaimana...
Munculnya kehidupan di planet ini
Ada gagasan lain tentang asal usul planet kita dan kehidupan di dalamnya. Ini salah satunya. Kemunculan materi hidup di Bumi (dan, seperti yang dapat dinilai dengan analogi, di planet lain) didahului oleh evolusi yang agak panjang dan kompleks...
Struktur segmental sumsum tulang belakang, ciri-ciri struktur internal
Sumsum tulang belakang memiliki struktur segmental. Setiap segmen “melekat” pada area kulit, kelompok otot, tendon, dan tulang tertentu. Ada total 32 segmen seperti itu: serviks - 8, toraks - 12, lumbal dan sakral - masing-masing 5, tulang ekor - 2. Pesan...
Para ilmuwan yang mempelajari sifat-sifat otak manusia telah lama mengetahui bahwa otak bekerja seperti komputer yang kuat dan mampu, misalnya, menyimpan.
Namun, belum semua faktor yang menentukan otak kita ditemukan.
Para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology membagikan penemuan terbaru mereka di bidang ini. Mereka adalah orang pertama yang mencatat aktivitas listrik neuron dengan tingkat detail yang sangat tinggi.
Penting untuk diklarifikasi bahwa otak kita mengandung 85-86 miliar neuron, dan masing-masing neuron berfungsi sebagai elemen yang merangsang. Ia mengumpulkan sinyal listrik yang masuk di dalam tubuhnya (soma) dan, ketika tegangan mencapai batas tertentu, ia menghasilkan impuls listrik pendek yang dikirim ke proses bercabang - dendrit. Perhatikan bahwa pendekatan kumulatif inilah yang memungkinkan jutaan dan miliaran sel berfungsi sebagai satu kesatuan tanpa “pusat kendali” yang sama.
Di ujung dendrit setiap neuron terdapat tonjolan membran – duri. Duri dari satu neuron terhubung dengan duri yang lain, membentuk titik kontak - sinapsis. Melalui mereka impuls saraf ditransmisikan.
Penulis karya baru ini memutuskan untuk membandingkan “kemampuan” dendrit pada manusia dan hewan model - tikus. Mereka berhipotesis bahwa perbedaan fungsi proses saraf inilah yang bertanggung jawab atas kekuatan pemrosesan otak dan dapat menjelaskan manusia di atas semua spesies lainnya.
Para ahli menjelaskan: setiap neuron dapat memiliki hingga 50 dendrit, dan pada manusia dendritnya jauh lebih panjang dibandingkan pada tikus dan sebagian besar hewan lainnya. Oleh karena itu, korteks serebral kita jauh lebih tebal: menyumbang sekitar 75% dari total volume otak (sebagai perbandingan: pada tikus - sekitar 30%).
Namun terlepas dari perbedaan-perbedaan ini, organisasi struktural wilayah ini serupa pada hewan pengerat dan manusia: korteks serebral terdiri dari enam lapisan neuron yang berbeda. Dalam hal ini neuron dari lapisan kelima mempunyai kemampuan untuk mengirimkan sinyal ke neuron dari lapisan pertama.
Namun karena manusia memiliki korteks yang jauh lebih tebal dibandingkan hewan, ternyata selama evolusi, neuron harus memanjangkan dendritnya untuk mencapai lapisan lain. Dan sinyalnya sendiri menempuh jalur tersebut lebih lama.
“Orang menjadi pintar bukan hanya karena kita memiliki lebih banyak neuron dan korteks yang lebih besar. Neuron [kita] bertindak berbeda,” kata pemimpin tim Mark Harnett.
Untuk melihat lebih dekat cara kerja dendrit manusia, para peneliti menggunakan irisan jaringan otak pasien epilepsi. Selama operasi, para sukarelawan mengangkat bagian kecil (seukuran kuku manusia) di lobus temporal anterior untuk mendapatkan akses ke area otak yang diinginkan.
Diketahui bahwa lobus temporal anterior bertanggung jawab atas banyak fungsi, termasuk pemrosesan informasi linguistik dan visual, namun menghilangkan sebagian kecilnya tidak mengurangi kinerja otak. Dan bagi ahli neurobiologi, jaringan “hidup” tersebut adalah sampel unik untuk dipelajari.
Begitu tim menerima irisan tersebut, mereka segera ditempatkan dalam larutan yang meniru cairan serebrospinal. Hal ini memungkinkan untuk mempertahankan viabilitas jaringan selama 48 jam.
Para ilmuwan kemudian menggunakan teknik elektrofisiologi yang disebut penjepitan tegangan lokal, yang memungkinkan mereka mempelajari sifat saluran ion. Ada banyak yang terakhir di membran luar dendrit, dan mereka sebenarnya bertanggung jawab atas keluaran “saluran”.
Sebelumnya, percobaan serupa dilakukan dengan jaringan otak hewan pengerat, namun tim mempelajari sifat listrik dendrit manusia untuk pertama kalinya.
Hasilnya, para ahli menemukan bahwa karena dendrit manusia lebih panjang daripada dendrit tikus, sinyal yang datang dari neuron di lapisan pertama ke neuron di lapisan kelima jauh lebih lemah dibandingkan sinyal yang sama pada hewan pengerat.
Ternyata dendrit manusia dan tikus juga memiliki jumlah saluran ion yang sama, namun pada dendrit kita kepadatannya lebih rendah karena pemanjangan dendritik secara keseluruhan.
Perbedaan ini mungkin terkesan menurunkan kinerja otak, namun nyatanya tidak demikian. Sebaliknya, untuk mengarahkan sinyal ke lokasi yang diinginkan, ribuan sinapsis pada setiap dendrit harus “secara kolektif” menentukan “pola masukan,” jelas Harnett.
Berdasarkan data baru, rekan-rekannya mengembangkan model biofisik terperinci yang menunjukkan bahwa perubahan kepadatan saluran ion dapat menjelaskan beberapa perbedaan aktivitas listrik dendrit manusia dan tikus.
Menurut hipotesis Harnett, karena perbedaan ini, bagian dendritik yang lebih banyak dapat mempengaruhi kekuatan sinyal yang masuk, memungkinkan setiap neuron di otak kita melakukan tugas yang lebih kompleks dan meningkatkan kekuatan pemrosesan. Sel-sel otak sendiri menjadi semacam komputer mini.
“Ada lebih banyak ‘kemandirian listrik’ pada neuron manusia, yang berpotensi mengarah pada peningkatan kemampuan komputasi neuron tunggal,” katanya.
Namun, masih banyak perbedaan lain dalam fungsi otak manusia dan hewan, jadi mungkin pemanjangan dendrit dan perubahan terkait hanyalah salah satu keuntungan yang diterima sapiens selama evolusi.
Di masa depan, ahli saraf bermaksud mempelajari lebih detail aktivitas listrik otak manusia dan menemukan fitur lain yang bertanggung jawab atas kemampuan mental kita.
Rekan ilmuwan saraf di MIT menyebut penemuan ini sebagai “pencapaian luar biasa.”
“Ini adalah pengukuran paling detail dari sifat fisiologis neuron manusia hingga saat ini. Eksperimen ini sangat kompleks, bahkan ketika bekerja dengan [sampel jaringan dari] tikus dan mencit, jadi dari sudut pandang teknis cukup mengejutkan bahwa mereka berhasil melakukannya. mampu melakukan ini dengan jaringan manusia." - kata Nelson Spruston dari Howard Hughes Medical Institute.
Agar memori jangka pendek berubah menjadi memori jangka panjang, kontak interneuron baru harus dibentuk di otak, dan pembentukan kontak tersebut paling baik terjadi selama aktivitas sel saraf tidur.
Transformasi memori jangka pendek menjadi memori jangka panjang disebut konsolidasi memori, dan para ahli saraf bekerja keras untuk mencari tahu bagaimana dan mengapa hal ini terjadi. Beberapa waktu yang lalu diketahui bahwa konsolidasi memori terjadi dengan sangat baik saat tidur. Artinya, untuk mengingat buku teks yang Anda baca sebelum ujian, Anda perlu tidur, kemudian informasi tersebut, seperti kata mereka, akan menetap di kepala Anda, yaitu akan disimpan dalam penyimpanan jangka panjang. Ada banyak bukti hubungan antara tidur dan ingatan. Misalnya, peneliti dari University of California, Riverside menemukan bahwa obat tidur tidak hanya menormalkan tidur, tetapi juga meningkatkan daya ingat. Dan rekan mereka dari University of California di Los Angeles mampu menggambarkan proses informasi di otak yang berhubungan dengan konsolidasi memori saat tidur.
Duri dendritik (berwarna hijau) pada permukaan proses saraf. (Foto oleh skdevitt / Flickr.com.)
Duri dendritik (titik biru) pada neuron. (Foto oleh Jurnal Biologi Sel / Flickr.com.)
Fakta bahwa proses penting seperti itu terjadi dalam tidur tidaklah mengherankan: bagaimanapun juga, semua orang telah lama mengetahui bahwa tidur hanyalah bentuk lain dari aktivitas otak. Dipercaya bahwa impuls saraf tertentu, gelombang otak "mengantuk", juga dikaitkan dengan fakta bahwa sistem saraf kita sibuk menyortir informasi yang diterima sepanjang hari, sementara sinyal eksternal tidak mengganggu. Namun untuk waktu yang lama, para ahli biologi tidak dapat mengetahui bagaimana perilaku neuron dan mekanisme seluler dan molekuler apa yang terlibat.
Untuk mengetahui apa yang terjadi pada neuron selama konsolidasi memori, Wen-Biao Gan ( Wen-Biao Gan) dan rekan-rekannya dari Universitas New York menciptakan tikus yang dimodifikasi secara genetik di mana protein fluoresen disintesis di neuron korteks motorik. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk mengamati perubahan sel saraf, misalnya, di mana dan kapan duri dendritik, pertumbuhan khusus pada proses dendritik sel saraf, terbentuk. Munculnya tulang belakang menandakan bahwa di tempat ini neuron siap melakukan kontak dengan neuron lain, dengan kata lain tulang belakang mendahului sinapsis. Berkat sinapsis, terbentuk sirkuit saraf yang diperlukan untuk mengingat informasi. Ketika kita belajar mengendarai sepeda, misalnya, sirkuit saraf baru terbentuk di otak kita sebagai respons terhadap kebutuhan untuk mengoordinasikan upaya otot dengan cara baru. Kemudian, saat kita kembali bersepeda, sirkuit saraf ini dihidupkan kembali - kecuali, tentu saja, sirkuit tersebut telah hancur karena alasan tertentu, jika sinapsis antar neuron belum hilang. Kembali ke duri dendritik, kita dapat mengatakan bahwa duri tersebut menunjukkan reaksi neuron terhadap informasi baru dan kesiapannya untuk mengingatnya.
Sebenarnya dalam percobaan tersebut, tikus juga diberikan sesuatu seperti sepeda: hewan tersebut harus menjaga keseimbangan pada tongkat yang berputar, yang berputar semakin cepat. Seiring waktu, tikus-tikus itu mengingat apa yang harus dilakukan dan tidak lagi terjatuh. Pada saat yang sama, pertumbuhan dendritik yang sama muncul di neuron korteks motorik - sel memahami bahwa stimulus baru penting bagi tubuh dan bersiap untuk membentuk sirkuit baru. Kemudian para peneliti mengubah kondisi percobaan: tikus dilatih menggunakan tongkat berputar selama satu jam, tetapi kemudian beberapa hewan disuruh tidur selama tujuh jam, sementara yang lain harus tetap terjaga dalam jangka waktu yang sama. Ternyata pada tikus yang dibiarkan tidur, duri dendritik tumbuh lebih aktif. Dengan kata lain, tidur membantu sel-sel saraf menyesuaikan diri untuk mengingat informasi baru.
Selain itu, sifat munculnya pertumbuhan dendritik bergantung pada jenis latihan yang perlu dilakukan. Misalnya, jika seekor tikus harus berjalan di sepanjang tongkat yang berputar dalam satu arah, maka duri akan muncul di beberapa dendrit, dan jika perlu berjalan ke arah lain, maka duri akan muncul di dendrit lainnya. Artinya, morfologi seluler dari proses saraf bergantung pada jenis informasi yang perlu diproses.
Terakhir, ahli saraf mampu menunjukkan bahwa sel-sel korteks motorik, yang menjadi sandaran kinerja olahraga, diaktifkan selama fase tidur gelombang lambat. Aktivasi seperti itu selama tidur penting untuk pembentukan duri yang terkenal buruk: jika aktivitas sel yang “mengantuk” ditekan, maka duri tidak terbentuk. Seolah-olah otak sedang memutar ulang sendiri apa yang seharusnya dilakukannya baru-baru ini saat terjaga – memutar ulang untuk mengingat dengan lebih baik.
Hasilnya adalah skema berikut: neuron menerima stimulus tertentu atau melakukan beberapa prosedur selama terjaga, kemudian selama tidur sel-sel ini diaktifkan kembali, dan pengaktifan kembali tersebut merangsang penataan ulang sel yang berkontribusi pada memori jangka panjang dari stimulus tersebut. Para ahli saraf telah lama berasumsi bahwa hal inilah yang sebenarnya terjadi, namun kini mereka dapat memperoleh konfirmasi eksperimental, dan bukan pada lalat buah mana pun, melainkan pada otak mamalia. Meskipun, tentu saja, sekarang para ilmuwan perlu mencari tahu proses molekuler apa yang terlibat di sini, gen dan protein apa yang mengontrol peningkatan duri dendritik selama tidur, jalur sinyal apa yang bekerja di sini, dan sebagainya.
Berbicara tentang lalat buah: beberapa tahun yang lalu, para peneliti dari Universitas Washington di St. Louis dan Universitas Wisconsin di Madison melakukan eksperimen serupa dengan lalat buah, dan kemudian hasilnya menunjukkan hal yang sama - bahwa tidur diperlukan untuk konsolidasi memori. Namun, pada saat yang sama, ahli saraf mengamati pembersihan otak Drosophila dari sinapsis, yaitu, sesuatu seperti pengeditan sirkuit saraf sedang terjadi, membersihkan neuron dari koneksi yang tidak perlu yang akan mengambil sumber daya dari kontak yang diperlukan. Kemungkinan besar, penghapusan sinapsis yang tidak perlu seperti itu bukanlah proses spesifik yang hanya terjadi pada serangga (atau arthropoda, atau invertebrata), dan di otak hewan tingkat tinggi pada saat konsolidasi memori yang "mengantuk", bersamaan dengan pembentukan sinapsis baru. , kerusakan yang lama juga terjadi - kita hanya perlu melihatnya dalam percobaan.
