Neuron Baru Membantu Ingatan Rasa Takut
Rasa takut memicu memori ke dalam otak kita, dan hal ini dijelaskan para ahli saraf dalam penelitian terbaru dari University of California, Berkeley.Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa rasa takut dan pengalaman sangat emosional lainnya dapat menimbulkan daya ingat yang sangat kuat. Dalam sebuah penelitian yang muncul dalam jurnal Molecular Psychiatry, Daniela Kaufer beserta rekan-rekannya melaporkan cara bagaimana emosi mempengaruhi memori: amigdala (pusat emosional otak) menginduksi hipokampus (pusat penyampaian memori) untuk menghasilkan neuron-neuron baru.
Dalam situasi ketakutan, neuron-neuron yang baru lahir ini diaktifkan oleh amigdala dan menyediakan “lembar tulis kosong” untuk secara kuat menanam memori ketakutan yang baru, katanya. Dalam istilah evolusi, artinya neuron-neuron baru tersebut akan membantu Anda mengingat seekor singa yang hampir membunuh Anda.
“Mengingat peristiwa emosional jauh lebih kuat daripada pengalaman sehari-hari, dan sudah lama kami mengetahui bahwa hubungan antara amigdala dan hipokampus membantu menyandikan informasi emosional ini,” kata Kaufer, asisten profesor integratif biologi yang juga adalah anggota dari Institut Ilmu Saraf Wills UC Berkeley. “Penelitian kami menunjukkan bahwa input amigdala sebenarnya mendorong hipokampus untuk menciptakan neuron-neuron baru dari populasi unik sel-sel induk saraf. Hal ini menyediakan sel-sel baru yang bisa diaktifkan dalam menanggapi masukan emosional.”
Temuan ini berimplikasi bagi gangguan stres pasca trauma (PTSD) dan masalah lain yang disebabkan oleh kesalahan regulasi memori emosional.
“Banyak gangguan afektif melibatkan gangguan memori emosional seperti PTSD, depresi dan kecemasan. Kami menduga, neuron-neuron baru mungkin memainkan peran dalam menciptakan memori emosional ini,” katanya.
Informasi emosional dari amigdala mempromosikan pematangan sel-sel induk saraf dewasa ke neuron-neuron baru di dalam hipokampus. Neuron-neuron ini dapat diaktifkan oleh ketakutan selama periode 2-4 minggu setelah kelahirannya, membantu menanamkan memori pada situasi yang menakutkan. Tanpa input dari amigdala (kanan), hipokampus lebih sedikit memproduksi neuron baru. (Kredit Laboratorium Daniela Kaufer, UC Berkeley)
Penemuan ini terwujud setahun setelah peneliti otak Fred Gage dari Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, California, menunjukkan bahwa pembentukan memori baru berkaitan dengan meningkatnya aktivasi sel-sel saraf baru berusia dua minggu dalam hipokampus yang berasal dari sel induk saraf dewasa. Sel induk dewasa muncul untuk secara terus-menerus membedakan sel-sel saraf baru – hampir 100 setiap hari – namun setengah dari neuron-neuron baru terjadwalkan mati dalam waktu empat minggu setelah kelahiran mereka. Bagaimanapun juga, jika neuron-neuron itu sangat aktif – seperti saat mempelajari informasi baru yang kompleks – maka akan lebih banyak lagi neuron yang bertahan dan mungkin membantu dalam membangun memori baru di dalam otak.
Kaufer, yang melakukan penelitian tentang efek stres pada otak, telah menduga bahwa banyak jenis pengalaman positif dan negatif, seperti olahraga dan stres, mempengaruhi tingkat neurogenesis (kelahiran neuron) dalam hipokampus. Elizabeth Kirby, penulis utama dalam penelitian, dan Aaron Friedman, kemudian tertarik dengan gagasan bahwa emosi dapat menghasilkan efek neurogenesis dalam hipokampus, mengingat penghapus emosi di otak, amigdala, terhubung ke hipokampus melalui beberapa sirkuit saraf. Untuk menguji hal ini, Kirby berfokus pada amigdala basolateral, wilayah struktur berbentuk kenari yang menangani emosi-emosi negatif, termasuk stres, kecemasan dan ketakutan.
Dengan memanfaatkan tikus, Kirby menghancurkan amigdala basolateral dan menemukan bahwa produksi sel-sel saraf baru dalam hipokampus berkurang. Untuk memastikan bahwa kerusakan sel yang dibuat ketika amigdala dihancurkan tidak mempengaruhi percobaan, para peneliti meminjam teknik terapi gen dari laboratorium Robert Sapolsky di Stanford University, untuk secara genetis memasukkan saluran-saluran kalium ke dalam amigdala, yang menutup aktivitas sel-sel syaraf tanpa menyebabkan cedera. Hal ini juga menurunkan tingkat neurogenesis di dalam hipokampus.
Mereka selanjutnya menguji teori Gage bahwa neuron-neuron baru sangat sensitif terhadap input pada dua minggu setelah mereka terbentuk. Kirby dan Kaufer melabelkan sel-sel hipokampus yang baru terbentuk selama tiga hari pada sekelompok tikus, dan kemudian mengkondisikan respon takut pada tikus-tikus itu dua minggu kemudian. Mereka kemudian menghadapkan tikus-tikus itu pada situasi takut yang sama atau pada situasi baru yang netral pada hari berikutnya. Saat memeriksa otak tikus-tikus tersebut, mereka menemukan bahwa neuron-neuron baru secara khusus diaktifkan oleh situasi yang menakutkan. Namun, ketika mereka menghancurkan amigdala basolateral, neuron-neuron baru ini tidak lagi diaktifkan dalam menanggapi memori yang menakutkan.
“Penelitian ini menunjukkan bahwa neuron baru berperan tidak hanya dalam pembentukan memori, tetapi juga dalam membantu menciptakan konteks memori emosional,” kata Kirby. Hal ini juga menunjukkan bahwa amigdala basolateral mendorong kemampuan neuron-neuron baru untuk menjadi bagian dari memori emosional.
Tim riset kini berencana untuk melihat apakah rangsangan negatif lainnya, seperti stres dan kecemasan, juga bekerja sama dengan aktivitas amigdala untuk mencetus neurogenesis di dalam hipokampus.
Para rekan penulis makalah selain Kaufer, Kirby dan Friedman adalah mahasiswa pascasarjana David Covarrubias, mahasiswa Carl Ying dan Wayne G. Sun dari UC Berkeley; Ki Ann Goosens, asisten profesor ilmu otak dan kognitif dari McGovern Institute for Brain Research di Massachusetts Institut Teknologi; serta Sapolsky dari Stanford.
Pekerjaan Kaufer didanai oleh penghargaan 2010 BRAINS (Biobehavioral Research Awards for Innovative New Scientists) dari National Institute of Mental Health of the National Institutes of Health dan penghargaan peneliti muda dari The Brain and Behavior Research Foundation, yang sebelumnya bernama National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression (NARSAD). Kirby didukung oleh sebuah persatuan pra-doktor California Institute for Regenerative Medicine dan persatuan National Defense Science and Engineering Graduate Research dari Departemen Pertahanan AS.
Dalam situasi ketakutan, neuron-neuron yang baru lahir ini diaktifkan oleh amigdala dan menyediakan “lembar tulis kosong” untuk secara kuat menanam memori ketakutan yang baru, katanya. Dalam istilah evolusi, artinya neuron-neuron baru tersebut akan membantu Anda mengingat seekor singa yang hampir membunuh Anda.
“Mengingat peristiwa emosional jauh lebih kuat daripada pengalaman sehari-hari, dan sudah lama kami mengetahui bahwa hubungan antara amigdala dan hipokampus membantu menyandikan informasi emosional ini,” kata Kaufer, asisten profesor integratif biologi yang juga adalah anggota dari Institut Ilmu Saraf Wills UC Berkeley. “Penelitian kami menunjukkan bahwa input amigdala sebenarnya mendorong hipokampus untuk menciptakan neuron-neuron baru dari populasi unik sel-sel induk saraf. Hal ini menyediakan sel-sel baru yang bisa diaktifkan dalam menanggapi masukan emosional.”
Temuan ini berimplikasi bagi gangguan stres pasca trauma (PTSD) dan masalah lain yang disebabkan oleh kesalahan regulasi memori emosional.
“Banyak gangguan afektif melibatkan gangguan memori emosional seperti PTSD, depresi dan kecemasan. Kami menduga, neuron-neuron baru mungkin memainkan peran dalam menciptakan memori emosional ini,” katanya.
Informasi emosional dari amigdala mempromosikan pematangan sel-sel induk saraf dewasa ke neuron-neuron baru di dalam hipokampus. Neuron-neuron ini dapat diaktifkan oleh ketakutan selama periode 2-4 minggu setelah kelahirannya, membantu menanamkan memori pada situasi yang menakutkan. Tanpa input dari amigdala (kanan), hipokampus lebih sedikit memproduksi neuron baru. (Kredit Laboratorium Daniela Kaufer, UC Berkeley)
Penemuan ini terwujud setahun setelah peneliti otak Fred Gage dari Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, California, menunjukkan bahwa pembentukan memori baru berkaitan dengan meningkatnya aktivasi sel-sel saraf baru berusia dua minggu dalam hipokampus yang berasal dari sel induk saraf dewasa. Sel induk dewasa muncul untuk secara terus-menerus membedakan sel-sel saraf baru – hampir 100 setiap hari – namun setengah dari neuron-neuron baru terjadwalkan mati dalam waktu empat minggu setelah kelahiran mereka. Bagaimanapun juga, jika neuron-neuron itu sangat aktif – seperti saat mempelajari informasi baru yang kompleks – maka akan lebih banyak lagi neuron yang bertahan dan mungkin membantu dalam membangun memori baru di dalam otak.
Kaufer, yang melakukan penelitian tentang efek stres pada otak, telah menduga bahwa banyak jenis pengalaman positif dan negatif, seperti olahraga dan stres, mempengaruhi tingkat neurogenesis (kelahiran neuron) dalam hipokampus. Elizabeth Kirby, penulis utama dalam penelitian, dan Aaron Friedman, kemudian tertarik dengan gagasan bahwa emosi dapat menghasilkan efek neurogenesis dalam hipokampus, mengingat penghapus emosi di otak, amigdala, terhubung ke hipokampus melalui beberapa sirkuit saraf. Untuk menguji hal ini, Kirby berfokus pada amigdala basolateral, wilayah struktur berbentuk kenari yang menangani emosi-emosi negatif, termasuk stres, kecemasan dan ketakutan.
Dengan memanfaatkan tikus, Kirby menghancurkan amigdala basolateral dan menemukan bahwa produksi sel-sel saraf baru dalam hipokampus berkurang. Untuk memastikan bahwa kerusakan sel yang dibuat ketika amigdala dihancurkan tidak mempengaruhi percobaan, para peneliti meminjam teknik terapi gen dari laboratorium Robert Sapolsky di Stanford University, untuk secara genetis memasukkan saluran-saluran kalium ke dalam amigdala, yang menutup aktivitas sel-sel syaraf tanpa menyebabkan cedera. Hal ini juga menurunkan tingkat neurogenesis di dalam hipokampus.
Mereka selanjutnya menguji teori Gage bahwa neuron-neuron baru sangat sensitif terhadap input pada dua minggu setelah mereka terbentuk. Kirby dan Kaufer melabelkan sel-sel hipokampus yang baru terbentuk selama tiga hari pada sekelompok tikus, dan kemudian mengkondisikan respon takut pada tikus-tikus itu dua minggu kemudian. Mereka kemudian menghadapkan tikus-tikus itu pada situasi takut yang sama atau pada situasi baru yang netral pada hari berikutnya. Saat memeriksa otak tikus-tikus tersebut, mereka menemukan bahwa neuron-neuron baru secara khusus diaktifkan oleh situasi yang menakutkan. Namun, ketika mereka menghancurkan amigdala basolateral, neuron-neuron baru ini tidak lagi diaktifkan dalam menanggapi memori yang menakutkan.
“Penelitian ini menunjukkan bahwa neuron baru berperan tidak hanya dalam pembentukan memori, tetapi juga dalam membantu menciptakan konteks memori emosional,” kata Kirby. Hal ini juga menunjukkan bahwa amigdala basolateral mendorong kemampuan neuron-neuron baru untuk menjadi bagian dari memori emosional.
Tim riset kini berencana untuk melihat apakah rangsangan negatif lainnya, seperti stres dan kecemasan, juga bekerja sama dengan aktivitas amigdala untuk mencetus neurogenesis di dalam hipokampus.
Para rekan penulis makalah selain Kaufer, Kirby dan Friedman adalah mahasiswa pascasarjana David Covarrubias, mahasiswa Carl Ying dan Wayne G. Sun dari UC Berkeley; Ki Ann Goosens, asisten profesor ilmu otak dan kognitif dari McGovern Institute for Brain Research di Massachusetts Institut Teknologi; serta Sapolsky dari Stanford.
Pekerjaan Kaufer didanai oleh penghargaan 2010 BRAINS (Biobehavioral Research Awards for Innovative New Scientists) dari National Institute of Mental Health of the National Institutes of Health dan penghargaan peneliti muda dari The Brain and Behavior Research Foundation, yang sebelumnya bernama National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression (NARSAD). Kirby didukung oleh sebuah persatuan pra-doktor California Institute for Regenerative Medicine dan persatuan National Defense Science and Engineering Graduate Research dari Departemen Pertahanan AS.