Apa Itu Pemangkasan Sinaptik?

Isi

• Definisi
• Bagaimana cara kerja pemangkasan sinaptik?
• Kapan pemangkasan sinaptik terjadi?
• Tahap embrio awal sampai 2 tahun
• Usia 2 hingga 10 tahun
• Masa remaja
• Awal masa dewasa
• Apakah pemangkasan sinaptik menjelaskan timbulnya skizofrenia?
• Apakah pemangkasan sinaptik dikaitkan dengan autisme?
• Ke mana tujuan penelitian tentang pemangkasan sinaptik?

Definisi

Pemangkasan sinaptik adalah proses alami yang terjadi di otak antara anak usia dini dan dewasa. Selama pemangkasan sinaptik, otak menghilangkan sinapsis ekstra. Sinapsis adalah struktur otak yang memungkinkan neuron mengirimkan sinyal listrik atau kimiawi ke neuron lain.

Pemangkasan sinaptik dianggap sebagai cara otak untuk menghilangkan koneksi di otak yang tidak lagi diperlukan. Para peneliti baru-baru ini mengetahui bahwa otak lebih "plastik" dan dapat dibentuk daripada yang diperkirakan sebelumnya. Pemangkasan sinaptik adalah cara tubuh kita mempertahankan fungsi otak yang lebih efisien seiring bertambahnya usia dan mempelajari informasi baru yang kompleks.

Semakin banyak yang dipelajari tentang pemangkasan sinaptik, banyak peneliti juga bertanya-tanya apakah ada hubungan antara pemangkasan sinaptik dan timbulnya gangguan tertentu, termasuk skizofrenia dan autisme.

Bagaimana cara kerja pemangkasan sinaptik?

Selama masa bayi, otak mengalami banyak pertumbuhan. Terjadi ledakan pembentukan sinaps antara neuron selama perkembangan otak awal. Ini disebut sinaptogenesis.

Periode sinaptogenesis yang cepat ini memainkan peran penting dalam pembelajaran, pembentukan memori, dan adaptasi di awal kehidupan. Pada usia sekitar 2 hingga 3 tahun, jumlah sinapsis mencapai tingkat puncak. Tapi tak lama setelah periode pertumbuhan sinaptik ini, otak mulai menghilangkan sinapsis yang tidak lagi dibutuhkannya.

Begitu otak membentuk sinapsis, itu bisa diperkuat atau dilemahkan. Ini tergantung pada seberapa sering sinaps digunakan. Dengan kata lain, prosesnya mengikuti prinsip "gunakan atau hilangkan": Sinapsis yang lebih aktif diperkuat, dan sinapsis yang kurang aktif dilemahkan dan akhirnya dipangkas. Proses menghapus sinapsis yang tidak relevan selama waktu ini disebut sebagai pemangkasan sinaptik.

Pemangkasan sinaptik awal sebagian besar dipengaruhi oleh gen kita. Nanti, ini berdasarkan pengalaman kami. Dengan kata lain, apakah sebuah sinapsis dipangkas atau tidak dipengaruhi oleh pengalaman seorang anak yang sedang berkembang dengan dunia di sekitarnya. Stimulasi konstan menyebabkan sinapsis tumbuh dan menjadi permanen. Tetapi jika seorang anak menerima sedikit rangsangan, otak akan menyimpan lebih sedikit koneksi tersebut.

Kapan pemangkasan sinaptik terjadi?

Waktu pemangkasan sinaptik bervariasi menurut wilayah otak. Beberapa pemangkasan sinaptik dimulai sangat awal dalam perkembangannya, tetapi pemangkasan paling cepat terjadi antara sekitar usia 2 dan 16 tahun.

Tahap embrio awal sampai 2 tahun

Perkembangan otak pada embrio dimulai hanya beberapa minggu setelah pembuahan. Pada bulan ketujuh kehamilan, janin mulai memancarkan gelombang otaknya sendiri. Neuron dan sinapsis baru dibentuk oleh otak dengan kecepatan yang sangat tinggi selama ini.

Selama tahun pertama kehidupan, jumlah sinapsis di otak bayi tumbuh lebih dari sepuluh kali lipat. Pada usia 2 atau 3 tahun, bayi memiliki sekitar 15.000 sinapsis per neuron.

Di korteks visual otak (bagian yang bertanggung jawab untuk penglihatan), produksi sinaps mencapai puncaknya pada usia sekitar 8 bulan. Di korteks prefrontal, tingkat puncak sinapsis terjadi selama tahun pertama kehidupan. Bagian otak ini digunakan untuk berbagai perilaku kompleks, termasuk perencanaan dan kepribadian.

Usia 2 hingga 10 tahun

Selama tahun kedua kehidupan, jumlah sinapsis turun drastis. Pemangkasan sinaptik terjadi sangat cepat antara usia 2 dan 10. Selama waktu ini, sekitar 50 persen dari sinapsis ekstra dihilangkan. Di korteks visual, pemangkasan berlanjut hingga sekitar usia 6 tahun.

Masa remaja

Pemangkasan sinaptik berlanjut hingga masa remaja, tetapi tidak secepat sebelumnya. Jumlah total sinapsis mulai stabil.

Sementara para peneliti pernah mengira otak hanya memangkas sinapsis sampai awal masa remaja, kemajuan terbaru telah menemukan periode pemangkasan kedua selama masa remaja akhir.

Awal masa dewasa

Menurut penelitian yang lebih baru, pemangkasan sinaptik sebenarnya berlanjut hingga awal masa dewasa dan berhenti sekitar akhir 20-an.

Menariknya, selama ini pemangkasan sebagian besar terjadi di korteks prefontal otak, yang merupakan bagian otak yang sangat terlibat dalam proses pengambilan keputusan, pengembangan kepribadian, dan pemikiran kritis.

Apakah pemangkasan sinaptik menjelaskan timbulnya skizofrenia?

Penelitian yang melihat hubungan antara pemangkasan sinaptik dan skizofrenia masih dalam tahap awal. Teorinya adalah bahwa otak penderita skizofrenia "dipangkas secara berlebihan", dan pemangkasan yang berlebihan ini disebabkan oleh mutasi genetik yang memengaruhi proses pemangkasan sinaptik.

Misalnya, ketika peneliti melihat gambar otak orang dengan gangguan mental, seperti skizofrenia, mereka menemukan bahwa orang dengan gangguan mental memiliki lebih sedikit sinapsis di wilayah prafrontal dibandingkan dengan otak orang tanpa gangguan mental.

Kemudian, dilakukan analisis terhadap jaringan otak post-mortem dan DNA dari lebih dari 100.000 orang dan ditemukan bahwa penderita skizofrenia memiliki varian gen tertentu yang mungkin terkait dengan percepatan proses pemangkasan sinaptik.

Lebih banyak penelitian diperlukan untuk mengkonfirmasi hipotesis bahwa pemangkasan sinaptik yang abnormal berkontribusi pada skizofrenia. Meskipun masih jauh, pemangkasan sinaptik mungkin merupakan target yang menarik untuk perawatan bagi orang dengan gangguan mental.

Apakah pemangkasan sinaptik dikaitkan dengan autisme?

Para ilmuwan masih belum menemukan penyebab pasti autisme. Kemungkinan ada beberapa faktor yang berperan, tetapi baru-baru ini, penelitian telah menunjukkan hubungan antara mutasi pada gen tertentu yang terkait dengan fungsi sinaptik dan gangguan spektrum autisme (ASD).

Tidak seperti penelitian tentang skizofrenia, yang berteori bahwa otak "dipangkas berlebihan", para peneliti berhipotesis bahwa otak orang dengan autisme mungkin "kurang dipangkas". Secara teoritis, pemangkasan yang kurang ini menyebabkan kelebihan pasokan sinapsis di beberapa bagian otak.

Untuk menguji hipotesis ini, para peneliti mengamati jaringan otak dari 13 anak-anak dan remaja dengan dan tanpa autisme yang meninggal antara usia 2 dan 20 tahun. Para ilmuwan menemukan bahwa otak remaja autisme memiliki lebih banyak sinapsis daripada otak remaja neurotipikal. . Anak-anak kecil di kedua kelompok memiliki jumlah sinapsis yang kira-kira sama. Ini menunjukkan bahwa kondisi tersebut dapat terjadi selama proses pemangkasan. Penelitian ini hanya menunjukkan perbedaan sinapsis, tetapi bukan apakah perbedaan ini mungkin menjadi penyebab atau efek autisme, atau hanya asosiasi.

Teori pemangkasan yang kurang ini dapat membantu menjelaskan beberapa gejala umum autisme, seperti kepekaan berlebihan terhadap kebisingan, cahaya, dan pengalaman sosial, serta serangan epilepsi. Jika ada terlalu banyak sinapsis yang ditembakkan sekaligus, orang dengan autisme kemungkinan akan mengalami kebisingan yang berlebihan daripada respons otak yang disetel dengan baik.

Selain itu, penelitian sebelumnya telah mengaitkan autisme dengan mutasi pada gen yang bekerja pada protein yang dikenal sebagai mTOR kinase. Sejumlah besar mTOR yang terlalu aktif telah ditemukan di otak pasien autisme. Aktivitas berlebih di jalur mTOR juga telah terbukti terkait dengan produksi sinapsis yang berlebihan. Satu studi menemukan bahwa tikus dengan mTOR yang terlalu aktif memiliki cacat pada pemangkasan sinaptiknya dan menunjukkan perilaku sosial seperti ASD.

Ke mana tujuan penelitian tentang pemangkasan sinaptik?

Pemangkasan sinaptik adalah bagian penting dari perkembangan otak. Dengan menyingkirkan sinapsis yang tidak lagi digunakan, otak menjadi lebih efisien seiring bertambahnya usia.

Saat ini, sebagian besar gagasan tentang perkembangan otak manusia mengacu pada gagasan plastisitas otak ini. Para peneliti sekarang mencari cara untuk mengontrol pemangkasan dengan obat-obatan atau terapi yang ditargetkan. Mereka juga mencari cara untuk menggunakan pemahaman baru tentang pemangkasan sinaptik ini untuk meningkatkan pendidikan anak. Para peneliti juga mempelajari bagaimana bentuk sinapsis mungkin berperan dalam disabilitas mental.

Proses pemangkasan sinaptik mungkin menjadi target perawatan yang menjanjikan untuk orang-orang dengan kondisi seperti skizofrenia dan autisme. Meski demikian, penelitian masih dalam tahap awal.