Peneliti Harvard baru saja mengungkapkan a

Dalam sebuah penelitian yang dapat merevolusi pemahaman kita tentang perkembangan otak, para peneliti di Universitas Harvard telah menemukan bahwa sirkuit saraf kompleks yang bertanggung jawab atas perilaku spesifik pada ikan zebra dapat terbentuk tanpa memerlukan pengalaman sensorik, sehingga menunjukkan bahwa pemrograman genetik saja sudah cukup untuk menciptakan koneksi saraf yang fungsional. . .

Temuan ini menantang keyakinan lama tentang peran aktivitas yang didorong oleh sensorik dalam membentuk jaringan otak dan membuka pintu baru untuk menyelidiki kemampuan bawaan otak. Penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di Sifat komunikasi.

Secara historis, ilmu saraf mengandalkan gagasan bahwa meskipun mekanisme genetik menetapkan kerangka dasar jaringan otak, koneksi fungsional disempurnakan melalui pengalaman sensorik dan interaksi dengan lingkungan. Eksperimen penting dengan kucing dan primata di mana masukan sensorik dimanipulasi mendukung pandangan ini dengan menunjukkan bagaimana masukan ini mempengaruhi perkembangan otak. Selain itu, model komputasi telah menunjukkan bagaimana jaringan saraf dapat belajar dan beradaptasi, yang selanjutnya menyoroti peran pengalaman dalam perkembangan otak.

Namun, model dan eksperimen ini tidak menjawab secara pasti apakah pengalaman sensorik selama perkembangan penting bagi munculnya perilaku kompleks atau sejauh mana susunan otak ditentukan oleh genetika. Pengamatan baru-baru ini terhadap aktivitas saraf spontan pada awal perkembangan otak telah menyoroti peran potensialnya dalam membentuk sirkuit saraf sebelum masukan sensorik berperan. Hal ini menunjukkan adanya interaksi yang lebih halus antara pemrograman genetik dan pengalaman sensorik dalam perkembangan otak.

“Saya memulai PhD saya dengan fokus pada pertanyaan teoretis yang tampaknya sederhana: proses apa yang mendasari pengkabelan otak, dan seberapa tepat pengaruh ini dalam menciptakan konektivitas saraf yang kuat dan dapat direproduksi yang mendasari perilaku bawaan?” jelas penulis penelitian tersebut, Dániel Barabási, seorang rekan postdoctoral di Universitas Harvard.

“Perhitungan kami menghasilkan prediksi yang mengejutkan: Ada cukup informasi dalam perkembangan saraf untuk menentukan koneksi dan bobot setiap neuron, bahkan di otak manusia. Untuk menguji klaim luar biasa ini, saya ingin menunjukkan bahwa sirkuit saraf yang mendasari perilaku kompleks dan telah dipelajari dengan baik pada ikan zebra dapat muncul tanpa pembelajaran apa pun.”

Ikan zebra banyak digunakan dalam penelitian ilmiah karena embrionya yang transparan, perkembangannya yang cepat, dan kesamaan genetiknya dengan manusia (mereka memiliki sekitar 70 persen gen yang sama), menjadikannya model ideal untuk mempelajari biologi perkembangan, genetika, dan ilmu saraf. Sifat uniknya memungkinkan peneliti mengamati proses perkembangan secara real time dan memanipulasi gen untuk mempelajari pengaruhnya terhadap pertumbuhan, perilaku, dan penyakit.

Untuk penelitian baru mereka, Barabási dan rekan-rekannya menggunakan metode baru, menggunakan penghambat saluran natrium yang disebut tricaine untuk secara farmakologis menghambat semua aktivitas saraf selama periode kritis perkembangan otak larva ikan zebra. Pendekatan ini memungkinkan tim untuk menyelidiki apakah perilaku kompleks dan sirkuit saraf yang mendukungnya dapat berkembang tanpa aktivitas saraf apa pun.

Yang mengejutkan, bahkan setelah periode empat hari tidak adanya aktivitas saraf, ikan zebra mampu melakukan perilaku visuomotor kompleks yang serupa dengan yang diamati pada ikan yang dipelihara secara konvensional. Ini termasuk respon optomotor (OMR), suatu perilaku yang memerlukan integrasi informasi visual dengan keluaran motorik untuk mengoordinasikan renang sebagai respons terhadap rangsangan visual.

Hebatnya, setelah blokade aktivitas saraf dicabut, ikan zebra menunjukkan tipe sel saraf yang berfungsi penuh dan disetel dengan tepat, yang sifat responsnya serupa dengan yang ditemukan pada ikan yang berkembang dalam kondisi normal.

Temuan ini menunjukkan bahwa arsitektur dasar dan fungsionalitas sirkuit saraf pada ikan zebra dapat berevolusi secara independen dari aktivitas saraf yang digerakkan oleh sensorik. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme genetik dan molekuler saja sudah cukup untuk menetapkan dasar pengkabelan dan prinsip pengoperasian otak, sebuah temuan yang sangat menyimpang dari keyakinan sebelumnya bahwa pengalaman sensorik diperlukan untuk pematangan sirkuit saraf fungsional.

Selain itu, penelitian ini mengungkapkan bahwa perilaku ikan zebra dalam hal kemampuan mereka untuk melakukan OMR meningkat secara progresif setelah blokade aktivitas saraf yang diinduksi tricaine dihilangkan, mencapai tingkat yang sebanding dengan ikan kontrol. Peningkatan ini terjadi meskipun paparan awal terhadap rangsangan visual pada ikan ini terjadi belakangan, menunjukkan adaptasi atau kalibrasi sirkuit saraf mereka yang cepat terhadap rangsangan lingkungan setelah blokade dicabut.

“Mengenai pertanyaan kuno tentang alam versus pengasuhan, kami jelas berpihak pada alam,” kata Barabási kepada PsyPost. “Kami menantang fokus pembelajaran saat ini, mulai dari kecerdasan buatan hingga pengembangan diri, dan menunjukkan kontribusi luar biasa dari evolusi terhadap kemampuan bawaan kita. Hal ini menunjukkan bahwa elemen-elemen tertentu dari perilaku dan kepribadian kita ‘terprogram’ atau merupakan bagian dari paket perkembangan kita, dan pola pikir berkembang dapat memperluas dan memperkuat potensi bawaan ini.”

Studi “Sirkuit saraf fungsional muncul tanpa adanya aktivitas perkembangan” ditulis oleh Dániel L. Barabási, Gregor FP Schuhknecht dan Florian Engert.