Neuron jauh di dalam otak tidak hanya membantu memulai gerakan-mereka juga secara aktif menekannya, dan dengan ketepatan yang menakjubkan. Ini adalah kesimpulan dari studi baru oleh para peneliti di University of Basel dan Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research (FMI), yang diterbitkan dalam jurnal Nature. Temuan ini sangat relevan untuk pemahaman yang lebih baik gangguan neurologis seperti penyakit Parkinson.
Mencapai sebuah apel atau membawa sendok ke mulut-tindakan yang tampaknya sederhana ini bergantung pada proses yang sangat kompleks di otak. Pemain kunci dalam orkestrasi ini adalah wilayah otak yang lebih dalam yang dikenal sebagai ganglia basal. Untuk waktu yang lama, sinyal output ganglia basal dianggap berfungsi terutama sebagai rem, menekan perilaku yang tidak diinginkan.
Para peneliti yang dipimpin oleh Profesor Silvia Arber sekarang telah menunjukkan pada tikus bahwa neuron spesifik di ganglia basal membuat keputusan yang sangat tepat tentang kapan harus mengizinkan dan kapan harus secara aktif menghentikan gerakan tertentu. Bersama -sama, sinyal dinamis ini melisensikan waktu gerakan.
Basal Ganglia: Switchboard Pusat
Wawasan ini menantang model lama tentang cara kerja ganglia basal. Menurut pandangan tradisional, gerakan kontrol ganglia basal dengan terus menghambat pusat motor di otak, hanya secara singkat “melepaskan rem” ketika suatu gerakan diizinkan. “Tetapi model ini gagal dalam hal gerakan yang kompleks, seperti yang terlibat dalam tindakan terkoordinasi dari lengan dan tangan,” jelas Arber.
Studi ini berfokus pada apa yang disebut substantia nigra pars reticulata (SNR), stasiun output utama ganglia basal, yang mengirimkan sinyal ke pusat motor di batang otak. Para peneliti membuat penemuan yang mengejutkan: neuron di wilayah ini tidak hanya menembak untuk menghambat gerakan. Sebaliknya, mereka menampilkan pola aktivitas yang sangat dinamis -tepat waktu untuk gerakan yang dieksekusi. Selama perilaku yang kompleks, neuron SNR beralih beberapa kali antara peningkatan dan penurunan aktivitas, setiap neuron dengan pola dinamis spesifiknya.
Dengan demikian, output dari ganglia basal berfungsi seperti sistem lampu lalu lintas yang disetel halus di persimpangan yang sibuk: setiap lampu berubah menjadi hijau atau merah untuk gerakan tertentu, tergantung pada aksi yang direncanakan. Dengan cara ini, perilaku yang kompleks dapat dibangun dari gerakan individu, diatur oleh waktu sinyal “Go” dan “Stop” yang disediakan oleh neuron SNR.
Kontrol gerakan berbutir halus
Untuk menyelidiki proses -proses ini, dua siswa doktoral Arber mencatat aktivitas otak pada tikus karena ini menggunakan tangan mereka untuk meraih pelet makanan. Mereka menemukan bahwa neuron SNR individu merespons dengan sangat berbeda tergantung pada fase gerakan: ketika lengan mencapai, tangan digenggam, atau ditarik kembali, neuron spesifik meningkatkan aktivitas mereka sementara yang lain berhenti. “Sungguh menakjubkan betapa halusnya sinyal -sinyal ini,” Antonio Falasconi dan Harsh Kanodia, penulis utama penelitian ini, setuju. “Neuron SNR hanya menjeda aktivitas mereka selama gerakan yang sangat spesifik dan meningkatkannya selama orang lain terpilih.”
Menggunakan teknik optogenetik, para peneliti kemudian memanipulasi neuron SNR. Mereka mampu menunjukkan bahwa mengaktifkan neuron-neuron ini menghalangi perilaku-demonstrasi yang jelas dari peran pengendali mereka. Mungkin yang paling mengejutkan, bahkan perubahan sekecil apa pun dalam gerakan disertai dengan penyesuaian yang tepat dalam pensinyalan SNR. Pusat motor hilir di batang otak merespons dengan mengirim sinyal kembali ke SNR.
Jadi ketika “lampu lalu lintas” SNR berubah hijau, neuron hilir pada dasarnya menekan pedal gas, memungkinkan pelaksanaan gerakan. Ini menunjuk pada sistem pengkodean berbasis gerakan yang sangat spesifik-jauh lebih granular dari sekadar mekanisme “Go” atau “berhenti” secara umum.
Jalan baru untuk mengobati gangguan gerakan
Studi ini menawarkan gambaran yang jelas tentang bagaimana otak mengendalikan bahkan gerakan yang paling halus melalui interaksi aktivasi dan penghambatan yang disesuaikan dengan pemahaman kita tentang kontrol motorik. Ini memiliki implikasi medis yang penting: dalam gangguan seperti Parkinson atau Chorea, keseimbangan halus ini terganggu, yang mengarah ke gejala ciri khas seperti kesulitan memulai gerakan pada pasien Parkinson. “Jika kita memahami bagaimana ganglia basal mengoordinasikan gerakan normal, kita dapat mengembangkan lebih banyak perawatan yang ditargetkan ketika sistem ini tidak seimbang,” jelas peneliti utama Arber.
Publikasi asli
Silvia Arber, Antonio Falasconi, Harsh Kanodia et al.
Lisensi Output Ganglia Dynamic Basal Ganglia dan menekan gerakan Forelimb.
Alam (2025), doi: 10.1038/s41586-025-09066-z
