Struktur sel yang sebelumnya terkait dengan penyakit sebenarnya meningkatkan fungsi otak

Struktur sel yang sebelumnya terkait dengan penyakit sebenarnya meningkatkan fungsi otak

Para peneliti di McGill University telah mengungkapkan bahwa struktur sel otak yang sebelumnya dianggap patologis ternyata meningkatkan kemampuan sel untuk mengirim informasi dan rekan-rekan dengan pengetahuan yang lebih baik tentang pekerjaan tertentu.

Dalam penelitian yang dirilis di Alam Komunikasi, kelompok tersebut memeriksa pembengkakan yang terjadi di akson sel Purkinje di otak. Dalam hasil yang menentang asumsi terkenal, mereka menemukan bahwa akson dengan pembengkakan melakukan tugas yang jauh lebih baik dalam membawa sinyal listrik daripada yang tidak.

"Ini adalah jenis hasil di mana Anda benar-benar menggaruk kepala dan berpikir, "Mari kita periksa sekali lagi," kata penulis senior Alanna Watt, seorang Associate Professor di Departemen Biologi. “Kami benar-benar berasumsi ketika kami memulai ini bahwa kami kemungkinan besar akan menentukan dan mengukur dengan tepat bagaimana akson gagal – yang bukan itu yang kami lihat.”

Data eksperimental mengacaukan harapan

Pembengkakan pada akson—serat panjang dan ramping yang melaluinya sel-sel saraf mengirimkan informasi ke sel lain—terlihat pada perkembangan normal dan pada penyakit. Peningkatan jumlah pembengkakan aksonal terlihat pada berbagai gangguan neurodegeneratif, yang membuat para ilmuwan percaya bahwa pembengkakan memiliki dampak negatif pada fungsi akson. Sementara pemodelan komputer memberikan beberapa dukungan untuk pandangan ini, tim peneliti McGill adalah yang pertama menguji teori dengan pengukuran pada sel saraf yang sebenarnya.

Menggunakan kombinasi yang menantang secara teknis dari mikroskop dua foton dan elektrofisiologi untuk mengukur aktivitas listrik secara bersamaan di lokasi yang berbeda di dalam sel, para peneliti menunjukkan bahwa adanya pembengkakan aksonal pada sel Purkinje tikus tidak berdampak merugikan pada tingkat di mana sel-sel tersebut menghasilkan sinyal ( laju penembakan) atau pada kecepatan di mana akson mentransmisikan sinyal. Hebatnya, eksperimen juga menunjukkan bahwa pada tingkat pembakaran puncak akson dengan pembengkakan cenderung gagal daripada mereka yang tidak.

Peran dalam penyakit neurodegeneratif dipertanyakan

Secara mengejutkan, para peneliti McGill menemukan bahwa mereka mampu merangsang pembentukan pembengkakan aksonal dengan memperkenalkan obat yang memblokir transmisi sinyal listrik di sel saraf, terutama di akson. Melihat bentuk pembengkakan aksonal dalam hitungan jam ketika akson sel saraf telah dikompromikan dengan cara ini menantang asumsi sebelumnya tentang peran pembengkakan aksonal pada gangguan neurodegeneratif. Seperti yang dijelaskan Watt, penemuan tersebut menyisakan ruang untuk kemungkinan bahwa pembengkakan merupakan mekanisme perbaikan diri daripada kerusakan yang disebabkan oleh penyakit.

“Mentransmisikan informasi menggunakan sinyal listrik adalah salah satu poin terpenting yang dilakukan akson,” katanya. "Jika itu mulai gagal pada tugas itu, masuk akal bahwa ada sistem yang mencoba untuk menghindarinya."

Analisis perilaku mengkonfirmasi dampak positif pembengkakan

Selain penyelidikan mereka di tingkat sel, para peneliti berusaha untuk menentukan dampak pembengkakan aksonal pada fungsi otak secara keseluruhan. Tim menggunakan tiga tes yang dirancang untuk menilai pembelajaran dan koordinasi motorik, yang merupakan salah satu peran paling penting otak kecil. Didukung oleh pemodelan untuk menjelaskan variasi alami antara kemampuan belajar individu, hasilnya mengungkapkan korelasi positif antara banyaknya pembengkakan aksonal dalam sel Purkinje serebelum dan kemampuan belajar motorik.

“Kami percaya tautan web kemungkinan besar adalah tautan tidak langsung,” Watt menjelaskan. "Pengetahuan kemungkinan besar terjadi di tempat lain, tetapi informasi tersebut diteruskan dengan lebih andal dan karena itu kami melihat renovasi."