Definisi
Pemangkasan sinaptik adalah proses alami yang terjadi di otak antara anak usia dini dan dewasa. Selama pemangkasan sinaptik, otak menghilangkan sinapsis ekstra. Sinapsis adalah struktur otak yang memungkinkan neuron untuk mengirimkan sinyal listrik atau kimia ke neuron lain.
Pemangkasan sinaptik dianggap sebagai cara otak untuk menghilangkan koneksi di otak yang tidak lagi dibutuhkan. Para peneliti baru-baru ini belajar bahwa otak lebih "plastis" dan dapat dibentuk daripada yang diperkirakan sebelumnya. Pemangkasan sinaptik adalah cara tubuh kita mempertahankan fungsi otak yang lebih efisien seiring bertambahnya usia dan mempelajari informasi baru yang kompleks.
Karena lebih banyak yang dipelajari tentang pemangkasan sinaptik, banyak peneliti juga bertanya-tanya apakah ada hubungan antara pemangkasan sinaptik dan timbulnya gangguan tertentu, termasuk skizofrenia dan autisme.
Bagaimana cara pemangkasan sinaptik bekerja?
Selama masa bayi, otak mengalami sejumlah besar pertumbuhan. Ada ledakan pembentukan sinapsis antara neuron selama perkembangan otak dini. Ini disebut sinaptogenesis.
Periode sinaptogenesis yang cepat ini memainkan peran penting dalam pembelajaran, pembentukan memori, dan adaptasi di awal kehidupan. Pada usia sekitar 2 hingga 3 tahun, jumlah sinapsis mencapai level puncak. Tetapi kemudian segera setelah periode pertumbuhan sinaptik ini, otak mulai menghilangkan sinapsis yang tidak lagi dibutuhkan.
Begitu otak membentuk sinaps, otak dapat diperkuat atau dilemahkan. Ini tergantung pada seberapa sering sinaps digunakan. Dengan kata lain, proses mengikuti prinsip "gunakan atau hilangkan itu": Sinapsis yang lebih aktif diperkuat, dan sinapsis yang kurang aktif dilemahkan dan akhirnya dipangkas. Proses menghilangkan sinapsis yang tidak relevan selama waktu ini disebut sebagai pemangkasan sinaptik.
Pemangkasan sinaptik awal sebagian besar dipengaruhi oleh gen kita. Kemudian, itu berdasarkan pengalaman kami. Dengan kata lain, apakah sinaps dipangkas atau tidak dipengaruhi oleh pengalaman seorang anak yang sedang berkembang dengan dunia di sekitar mereka. Stimulasi konstan menyebabkan sinapsis tumbuh dan menjadi permanen. Tetapi jika seorang anak menerima sedikit rangsangan, otak akan menyimpan lebih sedikit koneksi itu.
Kapan pemangkasan sinaptik terjadi?
Waktu pemangkasan sinaptik bervariasi berdasarkan wilayah otak. Beberapa pemangkasan sinaptik dimulai sangat awal dalam perkembangan, tetapi pemangkasan paling cepat terjadi antara sekitar usia 2 dan 16 tahun.
Tahap embrionik awal hingga 2 tahun
Perkembangan otak pada embrio dimulai hanya beberapa minggu setelah pembuahan. Pada bulan ketujuh kehamilan, janin mulai memancarkan gelombang otaknya sendiri. Neuron dan sinapsis baru dibentuk oleh otak pada tingkat yang sangat tinggi selama waktu ini.
Selama tahun pertama kehidupan, jumlah sinapsis di otak bayi tumbuh lebih dari sepuluh kali lipat. Pada usia 2 atau 3, seorang bayi memiliki sekitar 15.000 sinapsis per neuron.
Dalam korteks visual otak (bagian yang bertanggung jawab untuk penglihatan), produksi sinaps mencapai puncaknya pada usia sekitar 8 bulan. Dalam korteks prefrontal, tingkat puncak sinapsis terjadi pada tahun pertama kehidupan. Bagian otak ini digunakan untuk berbagai perilaku kompleks, termasuk perencanaan dan kepribadian.
Usia 2 hingga 10 tahun
Selama tahun kedua kehidupan, jumlah sinapsis turun secara dramatis. Pemangkasan sinaptik terjadi sangat cepat antara usia 2 dan 10. Selama masa ini, sekitar 50 persen dari sinapsis tambahan dihilangkan. Dalam korteks visual, pemangkasan berlanjut sampai sekitar 6 tahun.
Masa remaja
Pemangkasan sinaptik berlanjut hingga remaja, tetapi tidak secepat sebelumnya. Jumlah sinapsis mulai stabil.
Sementara para peneliti pernah berpikir otak hanya memangkas sinapsis sampai remaja awal, kemajuan terbaru telah menemukan periode pemangkasan kedua selama remaja akhir.
Awal masa dewasa
Menurut penelitian terbaru, pemangkasan sinaptik sebenarnya berlanjut hingga dewasa awal dan berhenti sekitar akhir 20-an.
Menariknya, selama waktu ini pemangkasan sebagian besar terjadi di korteks prefontal otak, yang merupakan bagian dari otak yang sangat terlibat dalam proses pengambilan keputusan, pengembangan kepribadian, dan pemikiran kritis.
Apakah pemangkasan sinaptik menjelaskan timbulnya skizofrenia?
Penelitian yang melihat hubungan antara pemangkasan sinaptik dan skizofrenia masih dalam tahap awal. Teorinya adalah bahwa otak skizofrenik “dipangkas berlebihan,” dan pemangkasan berlebihan ini disebabkan oleh mutasi genetik yang memengaruhi proses pemangkasan sinaptik.
Sebagai contoh, ketika para peneliti melihat gambar otak orang dengan gangguan mental, seperti skizofrenia, mereka menemukan bahwa orang dengan gangguan mental memiliki lebih sedikit sinapsis di wilayah prefrontal dibandingkan dengan otak orang tanpa gangguan mental.
Kemudian, sebuah penelitian besar menganalisis jaringan otak dan DNA post-mortem dari lebih dari 100.000 orang dan menemukan bahwa orang dengan skizofrenia memiliki varian gen spesifik yang mungkin terkait dengan percepatan proses pemangkasan sinaptik.
Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengkonfirmasi hipotesis bahwa pemangkasan sinaptik abnormal berkontribusi terhadap skizofrenia. Meskipun ini masih jauh, pemangkasan sinaptik mungkin merupakan target yang menarik untuk perawatan bagi orang dengan gangguan mental.
Apakah pemangkasan sinaptik dikaitkan dengan autisme?
Para ilmuwan masih belum menunjukkan penyebab pasti autisme. Kemungkinan ada beberapa faktor yang berperan, tetapi baru-baru ini, penelitian telah menunjukkan hubungan antara mutasi pada gen tertentu yang terkait dengan fungsi sinaptik dan gangguan spektrum autisme (ASD).
Tidak seperti penelitian terhadap skizofrenia, yang berteori bahwa otak "dipangkas terlalu banyak," para peneliti berhipotesis bahwa otak orang dengan autisme mungkin "kurang dipangkas." Secara teoretis, kemudian, pemangkasan bawah ini menyebabkan kelebihan pasokan sinapsis di beberapa bagian otak.
Untuk menguji hipotesis ini, para peneliti mengamati jaringan otak dari 13 anak dan remaja dengan dan tanpa autisme yang meninggal antara usia 2 dan 20 tahun. Para ilmuwan menemukan bahwa otak remaja dengan autisme memiliki sinapsis yang jauh lebih banyak daripada otak remaja neurotipikal.. Anak kecil di kedua kelompok memiliki jumlah sinapsis yang kira-kira sama. Ini menunjukkan bahwa kondisi tersebut dapat terjadi selama proses pemangkasan. Penelitian ini hanya menunjukkan perbedaan dalam sinapsis, tetapi tidak apakah perbedaan ini mungkin menjadi penyebab atau efek autisme, atau hanya sebuah asosiasi.
Teori pemangkasan ini dapat membantu menjelaskan beberapa gejala umum autisme, seperti kepekaan berlebihan terhadap kebisingan, cahaya, dan pengalaman sosial, serta kejang epilepsi. Jika ada terlalu banyak sinapsis yang ditembakkan sekaligus, seseorang dengan autisme kemungkinan akan mengalami kelebihan kebisingan daripada respons otak yang disempurnakan.
Selain itu, penelitian sebelumnya telah mengaitkan autisme dengan mutasi pada gen yang bekerja pada protein yang dikenal sebagai mTOR kinase. Sejumlah besar mTOR yang terlalu aktif telah ditemukan pada otak pasien autisme. Aktivitas berlebih di jalur mTOR juga telah terbukti dikaitkan dengan kelebihan produksi sinapsis. Satu studi menemukan bahwa tikus dengan mTOR terlalu aktif memiliki cacat dalam pemangkasan sinaptik mereka dan menunjukkan perilaku sosial seperti ASD.
Di mana penelitian tentang pemangkasan sinaptik menuju?
Pemangkasan sinaptik adalah bagian penting dari perkembangan otak. Dengan menghilangkan sinapsis yang tidak lagi digunakan, otak menjadi lebih efisien seiring bertambahnya usia.
Saat ini, sebagian besar ide tentang perkembangan otak manusia mengacu pada ide plastisitas otak ini. Para peneliti sekarang mencari cara untuk mengontrol pemangkasan dengan obat-obatan atau terapi yang ditargetkan. Mereka juga mencari cara menggunakan pemahaman baru pemangkasan sinaptik ini untuk meningkatkan pendidikan anak-anak. Para peneliti juga mempelajari bagaimana bentuk sinapsis mungkin berperan dalam kecacatan mental.
Proses pemangkasan sinaptik mungkin menjadi target yang menjanjikan untuk perawatan bagi orang dengan kondisi seperti skizofrenia dan autisme. Namun, penelitian masih dalam tahap awal.
