Interneuron-Interneuron Raksasa yang masing-masing mengendalikan aktivitas 50 ribu Sel Syaraf ditemukan di Otak Belalang

Senin, 6 Juni 2011 - Otak adalah mesin penyandian: ia menafsirkan masukan fisik dari dunia ke dalam persepsi visual, olfaktori, auditori, dan taktil lewat bahasa misterius sel-sel syaraf dan jaringan dimana mereka terbentuk.

---

Sandi syaraf secara prinsip dapat beraneka ragam, namun di daerah-daerah tertentu membentuk penyempitan aliran informasi (misalnya sel syaraf optik) atau di daerah-daerah yang penting untuk ingatan, kode yang luas sangat dibutuhkan.

Para ilmuan dari Max Planck Institute for Brain Research di Frankfurt telah menemukan satu jenis sel syaraf di otak belalang yang memungkinkan pengaturan adaptif keluasan sandi olfaktori. Interneuron raksasa ini melacak aktivitas beberapa puluh ribu sel syaraf secara real time dalam pusat olfaktori dan memberi inhibisi pada semuanya, untuk mempertahankan output kolektifnya dalam rezim yang sesuai. Dengan cara ini, keluasan representasi tetap stabil saat intensitas atau kompleksitas masukan bervariasi.

Sinyal dari dunia (gelombang elektromagnet, tekanan, kimiawi dsb) diubah menjadi aktivitas listrik di sel syaraf sensorik dan diolah jaringan syaraf di otak. Serangga mencium lewat antena mereka. Bau dideteksi oleh sel syaraf sensorik di sana, dan data olfaktori kemudian dikirim ke dan di olah oleh lobus antena dan sebuah daerah di otak yang disebut badan-badan jamur. Bebauan ditampilkan sebagai kombinasi aktivitas syaraf. Sel syaraf di badan jamur – yang disebut sel Kenyon – merespon dengan spesifik dan sangat langka. Selain itu, mereka secara umum merespon dengan kurang dari tiga denyut listrik ketika dirancang dengan bau yang tepat. karenanya strategi penyandian yang luas memiliki keuntungan karena ia menyederhanakan tugas penyimpanan representasi bau di ingatan.

Mengejutkannya, tiap sel Kenyon terhubung rata-rata dengan separuh sel syaraf prasinaptik yang mungkin di lobus antena. Jadi bagaimana sel Kenyon mengatur untuk merespon sangat sedikit dan dengan keragaman yang sedikit beraneka pada jangkauan besar kondisi rangsangan?

Gilles Laurent dari Max Planck Institute for Brain Research dan kelompoknya menemukan kalau satu interneuron raksasa berperan penting. Bersama koleganya dalam laboratoriumnya dan di Inggris, ia menemukan kalau neuron ini bersama daerah sekitarnya, diaktivasi oleh keseluruhan populasi sel Kenyon dan pada gilirannya menginhibisi mereka kembali.

Efektivitas tiap interneuron raksasa sedemikian hingga ia dapat memadamkan populasi sel Kenyon sepenuhnya. Namun tim peneliti juga menemukan kalau interneuron raksasa, pada gilirannya, dikendalikan oleh sel syaraf inhibitor lainnya. “Hal ini memungkinkan aktivitas jaringan dipotensialkan atau di atenuasi, dan sensitivitas loop umpan balik ini disetel,” kata Gilles Laurent. Ini adalah ciri penting daerah otak seperti badan-badan jamur, yang bertanggung jawab bukan hanya untuk pengolahan olfaktori, namun juga untuk belajar dan ingatan. Badan-badan jamur adalah lokasi dimana bau diasosiasi dengan modalitas inderawi lainnya, memungkinkan pembentukan representasi kompleks.

Temuan para ilmuan menunjukkan bagaimana loop umpan balik negatif masif dapat terbentuk dalam jaringan syaraf dan apa peran yang dapat mereka mainkan. Pada vertebrata, korteks piriform, bagian kompleks korteks olfaktori, berada dalam posisi yang ekuivalen dengan badan-badan jamur. “Sangat mungkin kalau mamalia memiliki mekanisme kontrol semua-ke-semua di korteks dan rangkaian lainnya. Ia mungkin tidak terdiri dari interneuron-interneuron, namun populasi sel syaraf inhibitor bertujuan untuk menyelaraskan respon dan tindakan mereka,” kata Laurent. “Otak serangga tidak pernah menurun untuk memberikan kita pandangan mengenai komputasi syaraf, dan untuk mendapatkan solusi yang elegan kita harus tahu dimana melihat dan sedikit keberuntungan.”