Hasil yang luar biasa – Penelitian baru mengungkapkan bahwa sumsum tulang belakang dapat belajar dan menghafal

Penelitian baru menunjukkan bahwa sumsum tulang belakang dapat mempelajari dan mengingat gerakan secara mandiri, menantang pandangan tradisional tentang perannya dan berpotensi meningkatkan strategi rehabilitasi bagi pasien cedera tulang belakang.

Penelitian baru mengungkapkan bahwa neuron di sumsum tulang belakang memiliki kemampuan untuk mempelajari dan menyimpan informasi secara independen dari otak.

Sumsum tulang belakang sering digambarkan hanya sebagai saluran transmisi sinyal antara otak dan tubuh. Namun, sumsum tulang belakang dapat mempelajari dan mengingat gerakannya sendiri.

Sebuah tim peneliti di Neuroelectronics Research Center of Flanders (NERF) yang berbasis di Leuven telah merinci bagaimana dua populasi saraf yang berbeda memungkinkan sumsum tulang belakang untuk beradaptasi dan mengingat perilaku yang dipelajari dengan cara yang sepenuhnya tidak bergantung pada otak. Hasil luar biasa ini dipublikasikan di jurnal Sains, memberikan pencerahan baru tentang bagaimana sirkuit tulang belakang berkontribusi pada kontrol dan otomatisasi gerakan. Ide-ide ini mungkin relevan untuk rehabilitasi orang-orang yang mengalami cedera tulang belakang.

Plastisitas sumsum tulang belakang yang membingungkan

Sumsum tulang belakang memodulasi dan mengontrol tindakan dan gerakan kita dengan mengintegrasikan berbagai sumber informasi sensorik, dan dapat melakukannya tanpa masukan dari otak. Selain itu, neuron di sumsum tulang belakang dapat belajar menyesuaikan tugas yang berbeda secara mandiri, dengan latihan yang cukup berulang. Namun, bagaimana sumsum tulang belakang mencapai plastisitas yang luar biasa ini telah membingungkan para ilmuwan saraf selama beberapa dekade.

Salah satu ahli saraf tersebut adalah Profesor Aya Takeoka. Timnya di Neuroelectronics Research Flanders (NERF, sebuah lembaga penelitian yang didukung oleh imec, KU Leuven, dan VIB) mempelajari bagaimana sumsum tulang belakang pulih dari cedera dengan mengeksplorasi bagaimana koneksi saraf dihubungkan, dan bagaimana fungsi dan perubahannya seiring dengan pembelajaran. Gerakan baru.

“Meskipun kita memiliki bukti ‘pembelajaran’ di dalam sumsum tulang belakang dari eksperimen yang dimulai pada awal abad ke-20, pertanyaan tentang neuron mana yang terlibat dan bagaimana mereka mengkodekan pengalaman belajar ini masih belum terjawab,” kata Profesor Takeoka. .

Salah satu masalahnya adalah sulitnya mengukur secara langsung aktivitas neuron individu di sumsum tulang belakang pada hewan yang tidak dibius tetapi dalam keadaan terjaga dan bergerak. Tim Takeoka memanfaatkan model di mana hewan melatih gerakan tertentu dalam hitungan menit. Dengan melakukan hal tersebut, tim mengungkapkan mekanisme spesifik tipe sel untuk pembelajaran sumsum tulang belakang.

Dua jenis neuron tertentu

Untuk menyelidiki bagaimana sumsum tulang belakang belajar, peneliti doktoral Simon Lavaud dan rekan-rekannya di laboratorium Takeoka membuat eksperimen untuk mengukur perubahan gerak pada tikus, yang terinspirasi oleh metode yang digunakan dalam penelitian serangga. “Kami mengevaluasi kontribusi enam populasi neuron berbeda dan mengidentifikasi dua populasi neuron, satu punggung dan satu ventral, yang memediasi pembelajaran motorik.”

“Kedua kelompok neuron ini bergantian,” jelas Lavaud. “Neuron dorsal membantu sumsum tulang belakang mempelajari gerakan baru, sedangkan neuron ventral membantunya mengingat dan melakukan gerakan tersebut nanti.”

“Anda dapat membandingkannya dengan lari estafet di sumsum tulang belakang. Neuron dorsal bertindak seperti pelari pertama, meneruskan informasi sensorik yang penting untuk pembelajaran. Sel-sel ventral kemudian mengambil alih tongkat estafet, memastikan bahwa gerakan yang dipelajari diingat dan dijalankan dengan lancar .”

Pembelajaran dan memori di luar otak

Hasil terperinci dipublikasikan di SainsHal ini menunjukkan bahwa aktivitas neuron di sumsum tulang belakang menyerupai berbagai jenis pembelajaran dan memori klasik. Mengungkap mekanisme pembelajaran ini akan menjadi sangat penting, karena kemungkinan besar akan berkontribusi pada berbagai cara kita belajar dan mengotomatisasi gerakan, dan mungkin juga relevan dalam konteks rehabilitasi, kata Profesor Aya Takeoka: “Sirkuit yang telah kami jelaskan dapat memberikan sarana untuk Sumsum tulang belakang terlibat dalam pembelajaran gerakan dan memori motorik jangka panjang, yang keduanya membantu kita bergerak, tidak hanya dalam kesehatan normal tetapi terutama selama pemulihan dari cedera otak atau sumsum tulang belakang.

Referensi: “Dua kelas neuron penghambat mengatur perolehan dan pengambilan adaptasi sensorimotor tulang belakang” oleh Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh, dan Aya Takeoka, 11 April 2024, Sains.
doi: 10.1126/science.adf6801

Penelitian (tim) didukung oleh Flanders Research Foundation (FWO), Marie Skłodowska-Curie Action (MSCA), Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship (P1040), dan Wings for Life Myeloid Research Foundation.