Terobosan Ilmu Saraf: Neuron In-Vitro Menunjukkan Perilaku Tingkat Lanjut Seperti Otak
Ilmuwan Universitas Tohoku menciptakan jaringan saraf yang dikembangkan di laboratorium menggunakan perangkat mikrofluida, meniru aktivitas otak alami dan memungkinkan studi lanjutan tentang pembelajaran dan memori.
Ungkapan “Neuron yang menyala bersama-sama, menyatu” merangkum prinsip plastisitas saraf di otak manusia. Namun, neuron yang tumbuh di cawan laboratorium biasanya tidak mematuhi aturan ini. Sebaliknya, neuron yang dikultur sering kali membentuk jaringan acak dan tidak terstruktur di mana semua sel bekerja secara bersamaan, sehingga gagal meniru koneksi terorganisir dan bermakna yang terlihat di otak sebenarnya. Akibatnya, model in-vitro ini hanya memberikan wawasan terbatas tentang bagaimana pembelajaran terjadi dalam sistem kehidupan.
Namun, bagaimana jika kita dapat menciptakan neuron in-vitro yang lebih mirip dengan perilaku alami otak?
Sebuah tim peneliti di Universitas Tohoku telah mengambil langkah signifikan ke arah ini. Dengan menggunakan perangkat mikrofluida, mereka merekayasa jaringan saraf biologis dengan pola konektivitas yang mirip dengan sistem saraf hewan. Jaringan ini menunjukkan dinamika aktivitas yang kompleks dan menunjukkan kemampuan untuk “dikonfigurasi ulang” melalui stimulasi berulang. Penemuan inovatif ini menawarkan alat baru yang menjanjikan untuk mempelajari pembelajaran, memori, dan mekanisme yang mendasari plastisitas saraf.
Hasilnya dipublikasikan secara online di Teknologi Material Canggih pada tanggal 23 November 2024.
Neural Ensembles: Dasar Pembelajaran dan Memori
Di area tertentu di otak, informasi dikodekan dan disimpan sebagai “ansambel neuron”, atau kelompok neuron yang bekerja bersama-sama. Kumpulan perubahan berdasarkan sinyal masukan dari lingkungan, yang dianggap sebagai dasar saraf tentang cara kita belajar dan mengingat sesuatu. Namun, mempelajari proses ini menggunakan model hewan sulit dilakukan karena strukturnya yang kompleks.
“Alasan perlunya menumbuhkan neuron di laboratorium adalah karena sistemnya jauh lebih sederhana,” ujar Hideaki Yamamoto (Universitas Tohoku), “Neuron yang dikembangkan di laboratorium memungkinkan para ilmuwan mengeksplorasi cara kerja pembelajaran dan memori dalam kondisi yang sangat terkontrol. Ada tuntutan agar neuron-neuron ini sedekat mungkin dengan aslinya.”
Tim peneliti menciptakan model khusus menggunakan perangkat mikrofluida – sebuah chip kecil dengan struktur 3D kecil. Perangkat ini memungkinkan neuron untuk terhubung dan membentuk jaringan yang mirip dengan sistem saraf hewan. Dengan mengubah ukuran dan bentuk terowongan kecil (disebut saluran mikro) yang menghubungkan neuron, tim mengontrol seberapa kuat neuron berinteraksi.
Para peneliti menunjukkan bahwa jaringan dengan saluran mikro yang lebih kecil dapat mempertahankan beragam rangkaian saraf. Misalnya, neuron in-vitro yang ditumbuhkan pada perangkat tradisional cenderung hanya menampilkan satu ansambel, sedangkan neuron yang ditumbuhkan dengan saluran mikro yang lebih kecil menunjukkan hingga enam ansambel. Selain itu, tim menemukan bahwa stimulasi berulang memodulasi rangkaian ini, menunjukkan proses yang menyerupai plastisitas saraf, seolah-olah sel-sel sedang dikonfigurasi ulang.
Teknologi mikrofluida ini bersama dengan neuron in-vitro dapat digunakan di masa depan untuk mengembangkan model yang lebih canggih yang dapat meniru fungsi otak tertentu, seperti membentuk dan mengingat kembali ingatan.
Referensi: “Kontrol Mikrofluida Presisi dari Ansambel Neuronal dalam Jaringan Kortikal Berbudaya” oleh Hakuba Murota, Hideaki Yamamoto, Nobuaki Monma, Shigeo Sato dan Ayumi Hirano-Iwata, 23 November 2024, Teknologi Material Canggih.
DOI: 10.1002/admt.202400894
