Kontrol jaringan otak kiri dan kanan

Ringkasan: Para ilmuwan telah mengidentifikasi kelompok neuron baru yang memainkan peran penting dalam mengendalikan gerakan kiri-kanan saat berjalan, menjembatani kesenjangan kritis dalam pemahaman kita tentang interaksi ganglia batang otak-basal. Penemuan ini memberikan wawasan tentang sistem navigasi otak yang kompleks, yang sebelumnya dikaitkan dengan “roda kemudi otak”.

Temuan ini bisa menawarkan strategi terapi masa depan untuk penyakit Parkinson. Dengan mempelajari tikus, tim mengantisipasi mekanisme serupa pada manusia, yang mungkin merevolusi pengobatan gangguan pergerakan.

Fakta-fakta kunci:

Studi ini mengungkapkan sekelompok neuron baru di batang otak yang menerima sinyal dari ganglia basalis untuk mengontrol arah gerakan, menawarkan pemahaman lebih dalam tentang bagaimana gerakan sukarela seperti berjalan dikoordinasikan. Para peneliti menggunakan optogenetika untuk memodifikasi dan merangsang neuron ini pada tikus. keberhasilan koreksi gangguan gerakan kiri atau kanan, menunjukkan potensi metode ini untuk pengobatan gejala motorik pada penyakit seperti penyakit Parkinson. Peran penting ganglia basalis dalam pergerakan volunter telah diketahui, namun bagaimana pengaruhnya terhadap keputusan untuk bergerak ke kiri dan ke kanan masih belum jelas hingga terobosan ini muncul, yang menyoroti pentingnya wilayah otak ini dalam pengendalian motorik.

Sumber: Universitas Kopenhagen

Pernahkah Anda bertanya-tanya apa yang terjadi di otak saat kita bergerak ke kanan atau ke kiri? Kebanyakan orang tidak; mereka hanya melakukannya tanpa memikirkannya. Namun gerakan sederhana ini sebenarnya dikendalikan oleh proses yang kompleks.

Dalam sebuah studi baru, para peneliti telah menemukan bagian yang hilang dalam jaringan saraf kompleks yang diperlukan untuk berbelok ke kiri dan ke kanan. Penemuan ini dilakukan oleh tim peneliti yang terdiri dari Asisten Profesor Jared Cregg, Profesor Ole Kiehn dan rekan-rekannya dari Departemen Ilmu Saraf di Universitas Kopenhagen.

Bertahun-tahun yang lalu, para ilmuwan menemukan bahwa dengan menstimulasi ganglia basalis, Anda dapat mempengaruhi pergerakan tangan kanan dan kiri pada tikus. Kredit: Berita Neurosains

Pada tahun 2020, Ole Kiehn, Jared Cregg dan rekan mereka mengidentifikasi “roda kemudi otak” – jaringan neuron di bagian bawah batang otak yang mengontrol gerakan kiri dan kanan saat berjalan. Namun, pada saat itu tidak jelas bagi mereka bagaimana sirkuit kanan-kiri ini dikendalikan oleh bagian lain di otak, seperti ganglia basalis.

“Kami kini telah menemukan kelompok neuron baru di batang otak yang menerima informasi langsung dari ganglia basalis dan mengontrol sirkuit kanan-kiri,” jelas Ole Kiehn.

Pada akhirnya, penemuan ini bisa membantu orang yang menderita penyakit Parkinson. Studi ini dipublikasikan di jurnal ilmiah terkemuka Ilmu Saraf Alam.

Ganglia basalis terletak jauh di dalam otak. Mereka telah dikenal selama bertahun-tahun memainkan peran kunci dalam mengendalikan gerakan sukarela.

Bertahun-tahun yang lalu, para ilmuwan menemukan bahwa dengan menstimulasi ganglia basalis, Anda dapat mempengaruhi pergerakan tangan kanan dan kiri pada tikus. Mereka hanya tidak tahu caranya.

“Saat berjalan, Anda memperpendek panjang langkah kaki kanan sebelum berbelok ke kanan dan kaki kiri sebelum berbelok ke kiri. Jaringan neuron yang baru ditemukan terletak di bagian batang otak yang dikenal sebagai PnO. Merekalah yang menerima sinyal dari ganglia basalis dan mengatur panjang langkah saat kita berbelok, sehingga menentukan apakah kita bergerak ke kanan atau ke kiri,” jelas Jared Cregg.

Oleh karena itu, penelitian ini memberikan kunci untuk memahami bagaimana otak menghasilkan gerakan-gerakan yang mutlak diperlukan ini.

Dalam studi baru tersebut, para peneliti mempelajari otak tikus karena batang otaknya sangat mirip dengan batang otak manusia. Oleh karena itu, para ilmuwan berharap menemukan sirkuit kanan-kiri serupa di otak manusia.

Penderita Parkinson mengalami kesulitan berbelok ke kiri dan ke kanan

Penyakit Parkinson disebabkan oleh kurangnya dopamin di otak. Hal ini mempengaruhi ganglia basalis, dan para peneliti yang bertanggung jawab atas studi baru ini percaya bahwa hal ini menyebabkan kegagalan dalam mengaktifkan sirkuit batang otak kanan-kiri.

Dan hal ini masuk akal jika Anda melihat gejala-gejala yang dialami oleh penderita Parkinson pada tahap akhir penyakitnya – mereka sering kali mengalami kesulitan membalikkan badan saat berjalan.

Dalam sebuah studi baru, para peneliti mempelajari hal ini pada tikus dengan gejala yang mirip dengan manusia yang menderita penyakit Parkinson. Mereka menciptakan apa yang disebut model Parkinson yang menghilangkan dopamin dari otak tikus, sehingga memberi mereka gejala motorik serupa dengan yang dialami oleh penderita penyakit Parkinson.

“Tikus-tikus ini mengalami kesulitan untuk berputar, namun dengan menstimulasi neuron PnO kami dapat mengurangi kesulitan untuk berputar,” kata Jared Cregg.

Dengan menggunakan stimulasi otak dalam, para ilmuwan pada akhirnya dapat mengembangkan stimulasi serupa untuk manusia. Namun saat ini, mereka tidak mampu menstimulasi sel otak manusia seakurat pada model tikus, yang menggunakan teknik optogenetik canggih.

“Neuron di batang otak berantakan, dan rangsangan listrik, yang merupakan jenis rangsangan yang digunakan dalam rangsangan otak dalam pada manusia, tidak dapat membedakan sel-selnya. Namun, pengetahuan kita tentang otak terus berkembang, dan pada akhirnya kita mungkin bisa mulai memikirkan tentang stimulasi otak dalam yang ditargetkan pada manusia,” simpul Ole Kiehn.

Fakta: Apa yang telah dilakukan peneliti

Para peneliti menggunakan optogenetika untuk menstimulasi jaringan neuron di PNO (pontine reticularnuclei, bagian mulut). Singkatnya, optogenetika adalah teknik rekayasa genetika sel-sel otak tertentu agar peka terhadap cahaya sehingga rentan terhadap rangsangan cahaya.

Saat peneliti mengaktifkan lampu, tikus yang tadinya bisa berbelok ke kiri kini juga bisa berjalan lurus dan berbelok ke kanan.

Tentang perkembangan baru dalam ilmu saraf dan navigasi

Pengarang: Hidup Polandia
Sumber: Universitas Kopenhagen
Kontak: Liva Polack – Universitas Kopenhagen
Gambar: Gambar dikreditkan ke Neuroscience News

Penelitian Asli: Akses terbuka.
“Jalur Basal Ganglia-Spinal Cord yang Mengontrol Asimetri Gaya Berjalan Lokomotor pada Tikus” Ole Kiehn dkk. Ilmu Saraf Alam

Abstrak

Jalur basal ganglia-sumsum tulang belakang mengendalikan asimetri gaya berjalan lokomotor pada tikus

Ganglia basalis penting untuk melakukan tindakan motorik. Bagaimana ganglia basalis melibatkan jaringan motorik tulang belakang masih sulit dipahami. Berkenaan dgn sungsum Bab 10 Neuron gigantoseluler (Gi) diperlukan untuk program mengubah gaya berjalan, menunjukkan bahwa mengubah gaya berjalan yang diatur oleh ganglia basalis dilakukan melalui jalur menurun ini.

Melakukan rekaman batang otak dalam Bab 10 Melalui aktivitas Gi Ca2+ pada tikus dewasa, kami menunjukkan bahwa neuron proyeksi striatal memulai jalan berputar melalui jalur bersilangan yang dominan ke Bab 10 Neuron Gi di sisi kontralateral.

Dengan menggunakan penelusuran virus titik-temu dan modulasi spesifik tipe sel, kami mengungkap jalur utama ganglia basal-sumsum tulang belakang untuk asimetri alat gerak pada tikus: ganglia basal → inti retikuler pontine, bagian mulut (PnO) →Bab 10 Gi → sumsum tulang belakang.

Modulasi PnO terbatas →Bab 10 Jalur Gi memulihkan kemampuan belok pada kerusakan striatal, menunjukkan bahwa disfungsi jalur ini mungkin berkontribusi terhadap penurunan defisit belok yang terlihat pada penyakit Parkinson.

Hasil kami mengungkapkan arsitektur sirkuit berlapis yang mendasari program mesin kritis.