Para peneliti telah menemukan bahwa aktivitas otak selama tidur, khususnya pembentukan gelombang otak berirama, sangat penting untuk membuang limbah. Proses ini dapat menawarkan strategi baru untuk mencegah penyakit neurodegeneratif dan meningkatkan efisiensi tidur, sehingga berpotensi mengurangi kebutuhan tidur yang lama.
Temuan ini dapat membuka jalan bagi strategi inovatif untuk mengatasi penyakit Alzheimer dan berbagai gangguan neurologis lainnya.
Ada paradoks dalam tidur. Ketenangannya yang tampak disandingkan dengan kesibukan otak. Malam sepi, tapi otak masih jauh dari tidur. Selama tidur, sel-sel otak menghasilkan semburan denyut listrik yang membentuk gelombang berirama—tanda peningkatan fungsi sel otak.
Tapi kenapa otak aktif saat kita istirahat?
Gelombang otak yang lambat berhubungan dengan tidur yang nyenyak dan nyenyak. Dan kini para ilmuwan dari Fakultas Kedokteran Universitas Washington di St. Louis Louis menemukan bahwa gelombang otak membantu membuang limbah dari otak saat tidur. Sel-sel saraf individu berkoordinasi untuk menghasilkan gelombang ritmis yang mendorong cairan melalui jaringan otak yang padat, sambil mencuci jaringan tersebut.
“Neuron ini adalah pompa mini. Aktivitas saraf yang tersinkronisasi mendorong aliran cairan dan pembuangan kotoran dari otak,” jelas penulis pertama Li-Feng Jiang-Xie, PhD, peneliti pascadoktoral di Departemen Patologi dan Imunologi. “Jika kita dapat mengembangkan proses ini, terdapat potensi untuk menunda atau bahkan mencegah penyakit neurologis, termasuk Alzheimer dan Parkinson, dimana kelebihan limbah—seperti sisa metabolisme dan protein tidak sehat—tertimbun di otak dan menyebabkan degenerasi saraf.”
Temuan ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Alam.
Sel otak dan pembuangan limbah
Sel-sel otak mengatur pikiran, perasaan, dan gerakan tubuh, menciptakan jaringan dinamis yang diperlukan untuk pembentukan memori dan pemecahan masalah. Namun untuk melakukan tugas-tugas yang menghabiskan banyak energi, sel-sel otak memerlukan bahan bakar. Konsumsi nutrisi dari makanan mereka menghasilkan sisa metabolisme dalam prosesnya.
“Sangat penting bagi otak untuk membuang sisa metabolisme yang dapat menumpuk dan berkontribusi terhadap penyakit neurodegeneratif,” kata Jonathan Kipnis, PhD, Profesor Patologi dan Imunologi Alan A. dan Edith L. Wolff dan peneliti BJC. Kipnis adalah penulis utama makalah ini. “Kami tahu bahwa tidur adalah waktu ketika otak memulai proses pembersihan untuk membuang limbah dan racun yang menumpuk selama jam-jam bangun. Tapi kami tidak tahu bagaimana hal itu terjadi. Temuan ini dapat mengarahkan kita pada strategi dan terapi potensial untuk mempercepat pembuangan limbah berbahaya dan membuangnya sebelum menimbulkan konsekuensi yang mengerikan.”
Mekanisme pembersihan otak
Namun menjernihkan otak yang padat bukanlah tugas yang mudah. Cairan serebrospinal yang mengelilingi otak masuk dan menjalin jaringan seluler yang kompleks, mengumpulkan limbah beracun saat bergerak. Saat keluar dari otak, cairan yang terkontaminasi harus melewati penghalang sebelum tumpah ke pembuluh limfatik di dura mater – lapisan luar jaringan yang mengelilingi otak di bawah tengkorak. Tapi apa yang mendorong pergerakan cairan masuk, melalui, dan keluar otak?
Dengan mempelajari otak tikus yang sedang tidur, para peneliti menemukan bahwa neuron mendorong upaya pembersihan dengan menembakkan sinyal listrik secara terkoordinasi untuk menghasilkan gelombang ritmis di otak, jelas Jiang-Xie. Mereka menemukan bahwa gelombang seperti itu mendorong pergerakan fluida.
Tim peneliti membungkam area tertentu di otak sehingga neuron di area tersebut tidak menghasilkan gelombang berirama. Tanpa gelombang ini, cairan serebrospinal segar tidak akan bisa mengalir melalui area otak yang sunyi, dan limbah yang terperangkap tidak akan bisa keluar dari jaringan otak.
Meningkatkan proses pembersihan otak
“Salah satu alasan kita tidur adalah untuk menjernihkan otak,” kata Kipnis. “Dan jika kita dapat meningkatkan proses pembersihan ini, kita mungkin bisa mengurangi waktu tidur dan tetap sehat. Tidak semua orang mendapatkan manfaat dari tidur delapan jam setiap malam, dan kurang tidur berdampak pada kesehatan. Penelitian lain menunjukkan bahwa tikus yang secara genetis kurang tidur memiliki otak yang sehat. Mungkinkah karena mereka lebih efisien dalam membersihkan sampah dari otaknya? Bisakah kita membantu penderita insomnia dengan meningkatkan kemampuan pembersihan otak mereka sehingga mereka bisa tidur lebih sedikit?’
Pola gelombang otak berubah selama siklus tidur. Perlu dicatat bahwa gelombang otak yang lebih tinggi dengan amplitudo yang lebih besar menggerakkan cairan dengan kekuatan yang lebih besar. Para ilmuwan sekarang tertarik pada mengapa neuron menembakkan gelombang dengan ritme berbeda selama tidur dan area otak mana yang paling rentan terhadap penumpukan limbah.
“Kami berpendapat bahwa proses membersihkan otak mirip dengan mencuci piring,” jelas ahli neurobiologi Jiang-Xie. “Misalnya, Anda memulai dengan menyeka secara besar-besaran, perlahan, dan berirama untuk membersihkan sampah larut yang berceceran di piring. Anda kemudian mengurangi rentang gerakan dan meningkatkan kecepatan gerakan tersebut untuk menghilangkan sisa makanan yang sangat lengket dari piring. Meskipun amplitudo dan ritme gerakan tangan Anda berubah, tujuan utamanya tetap konsisten: menghilangkan berbagai jenis sampah dari piring. Otak dapat menyesuaikan cara pembersihannya tergantung pada jenis dan jumlah limbah.”
Referensi: “Dinamika saraf mengontrol perfusi CSF dan pembersihan otak” oleh Li-Feng Jiang-Xie, Antoine Drieu, Kesshni Bhasiin, Daniel Quintero, Igor Smirnov dan Jonathan Kipnis, 28 Feb 2024, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-024-07108-6
Studi ini didanai oleh National Institutes of Health.
+ There are no comments
Add yours