Artikel ini adalah bagian dari serangkaian kecil tentang stimulasi otak 40-hertz untuk pengobatan penyakit neurodegeneratif, termasuk Alzheimer dan Parkinson. Yang pertama dalam seri ini dapat dibaca di sini, dan yang kedua, di sini. Ini juga merupakan bagian dari seri yang lebih besar, berkelanjutan tentang penuaan dan umur panjang.
Penyakit Alzheimer dan demensia lainnya adalah gangguan neurologis yang paling umum terkait usia. Pada tahun 2030, diharapkan 78 juta orang akan hidup dengan kognisi terganggu akibat demensia. Stimulasi otak dengan frekuensi 40-hertz telah terbukti sebagai jalur yang menjanjikan untuk pengobatan, dengan sejumlah uji coba awal yang sukses. Namun, mengapa pengobatan ini berhasil, baik pada tingkat molekuler maupun seluler, masih belum dipahami dengan baik. Studi terbaru menunjukkan bahwa stimulasi 40-hertz membantu meningkatkan aktivitas sistem “glimfatik”, yang penting untuk pembersihan limbah metabolik, termasuk penumpukan protein yang terkait dengan penyakit Alzheimer.
Penggunaan Sinar Berkedip Melindungi dari Penyakit Alzheimer?
Kemampuan kita untuk berpikir, mengingat, dan mengabstraksi adalah pusat dari segala yang kita lakukan. Seiring bertambahnya usia, banyak kemampuan ini mulai menurun — otak kita tidak lagi dapat mengikuti ritme biasa. Faktanya, usia adalah faktor risiko paling signifikan untuk perkembangan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer dan Parkinson. Sekitar 6,7 juta warga Amerika berusia 65 tahun ke atas menderita Alzheimer pada tahun 2023. Dan angka ini terus meningkat. Namun, pilihan pengobatan masih jarang. Sedikit yang tersedia, seperti Leqembi, seringkali biayanya sangat mahal, dengan tagihan tahunan mencapai puluhan ribu.
Pada tahun 2016, sekelompok peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) mulai mengeksplorasi strategi baru dan cukup tidak biasa untuk pengobatan penyakit Alzheimer: merangsang otak menggunakan cahaya dan suara yang diatur ke frekuensi 40-hertz. Mengapa?
Fungsi otak diatur oleh komunikasi dari jaringan otak yang disinkronkan yang disebut neuron. Mereka mengirim sinyal satu sama lain, dan melintasi sistem saraf, melalui impuls listrik. Aktivitas neuron seperti ini mengikuti pola atau ritme tertentu, yang lebih dikenal sebagai “gelombang otak”. Ketika Anda menjalani elektroensefalograf (EEG), misalnya, dokter pada dasarnya sedang melihat ritme pasang-surut otak Anda. Nah, gelombang gamma —dikarakterisasi oleh pola osilasi 40 siklus, atau hertz, per detik— adalah beberapa gelombang otak tercepat, yang erat kaitannya dengan konektivitas berbagai wilayah otak. Mereka diyakini memainkan peran aktif dalam penyimpanan memori dan perhatian yang berkelanjutan.
Dipimpin oleh Dr. Li-Huei Tsai, tim ilmuwan di Institut Picower MIT memperhatikan bahwa gelombang gamma berkurang pada tikus yang menderita penyakit Alzheimer. Hal ini terutama terlihat di hipokampus, bagian otak yang sejak lama dipahami penting untuk memori dan pembelajaran. Hasilnya menarik minat mereka; apakah meningkatkan aktivitas gelombang gamma secara buatan akan membantu melawan penurunan kognitif? Memang, mengekspos tikus pada cahaya berkedip pada 40 hertz membantu mengurangi plak amiloid, tanda khas penyakit tersebut, hampir separuhnya.
Sejak itu, Laboratorium Tsai terus melakukan banyak studi lanjutan, yang semuanya menunjukkan bahwa cahaya berkedip pada 40 siklus per detik, atau suara yang mengklik pada frekuensi yang sama, dapat mengurangi gejala penyakit Alzheimer pada tikus. Dua studi awal pada manusia membantu mengkonfirmasi keamanan pendekatan tersebut dan menunjukkan bahwa manfaat yang sama yang terlihat pada tikus mungkin tersedia untuk kita. Mereka sekarang merekrut untuk sebuah studi biomarker besar yang disebut HOPE, hasilnya seharusnya akan tersedia pada tahun 2025.
Tetapi sepanjang ini, satu hal tetap tidak jelas dengan frustrasi: bagaimana, dan mengapa, stimulasi gelombang gamma dapat mencegah penurunan kognitif? Apa mekanisme pada tingkat biologis dan molekulernya?
Sistem Saluran Pembuangan Otak Sendiri
Serangkaian eksperimen terbaru oleh Laboratorium Tsai menawarkan beberapa jawaban. Dipublikasikan di Nature, temuan tersebut menyarankan bahwa stimulasi 40-hertz bekerja dengan meningkatkan “sistem saluran pembuangan” yang baru ditemukan dalam otak, yang disebut sistem glimfatik, yang membersihkan limbah metabolik, termasuk plak amiloid yang terkenal terkait dengan penyakit Alzheimer.
Tubuh kita terus menghasilkan produk limbah: zat yang tersisa dari proses metabolik, seperti sintesis protein, tetapi tidak dapat digunakan untuk tujuan lain. Jika produk limbah ini dibiarkan menumpuk, mereka mulai memiliki efek beracun pada jaringan sekitarnya. Tidak baik.
Di sebagian besar wilayah tubuh, tanggung jawab untuk mencegah tumpukan semacam ini jatuh pada sistem limfatik. Sistem ini terdiri dari jaringan besar “pipa”, yang disebut pembuluh limfatik, yang diisi dengan cairan yang disebut limfa. Sel-sel mengeluarkan produk limbah ke dalam cairan interstisial, yang mengelilingi dan memisahkan sel-sel. Cairan ini, yang diisi dengan semua “limfa” seluler, bergerak ke dalam pembuluh limfatik, di mana ia bergabung dengan limfa dan dibawa pergi untuk disaring, diuraikan, dan akhirnya dikeluarkan — pikirkan berkemih, atau ya, yang lain.
Tetapi sistem saraf pusat, meskipun merupakan sistem yang sangat sensitif, tidak mengandung struktur limfatik apapun. Namun, secara misterius sangat efisien dalam membersihkan limbah. Hal ini membuat para peneliti merasa bingung. Jika sistem limfatik tidak mencapai otak, bagaimana produk limbah dan debris dihilangkan? Pada tahun 2012, sekelompok ilmuwan Denmark menemukan apa yang mereka sebut “sistem glimfatik”. Pada dasarnya, sistem limfatik buatan sendiri otak.
Sistem glimfatik terdiri dari saluran kecil dan khusus yang mengikuti sepanjang pembuluh darah otak, memberikan cairan serebrospinal —cairan tak berwarna yang mengelilingi otak dan memberikan nutrisi— akses cepat dan mudah ke semua area. Bayangkan pipa-pipa di rumah yang mengangkut air ke mana pun diperlukan. Melalui saluran ini, cairan serebrospinal dibilas ke dalam jaringan “berdaging” otak, di mana ia mencampur dengan cairan interstisial yang kotor. Cairan serebrospinal mengambil semua produk limbah di ruang antara neuron sebelum kemudian dibilas lagi melalui saluran yang sama, meninggalkan cairan interstisial yang bersih. Produk limbah kemudian dikirim ke kelenjar getah bening di leher untuk disaring dan dibuang.
Bagaimana Gelombang Gamma Melindungi Otak
Untuk menguji apakah stimulasi 40-hertz memengaruhi sistem glimfatik, Tsai dan rekan-rekannya memeriksa apakah intervensi tersebut terkait dengan perubahan aliran cairan di otak. Mereka menemukan bahwa tikus yang diobati dengan stimulasi gamma memiliki lebih banyak cairan serebrospinal di jaringan otak mereka dibandingkan dengan tikus yang tidak diobati. Mereka juga melihat bahwa cairan tersebut meninggalkan otak lebih cepat pada tikus yang diobati, mungkin karena pembesaran fisik dari saluran glimfatik khusus. Akhirnya, kelenjar getah bening di leher tikus yang menerima stimulasi 40-hertz penuh dengan beta amiloid dibandingkan dengan kelompok kontrol, menunjukkan bahwa protein berbahaya tersebut telah berhasil dibuang dari otak.
Salah satu penjelasan yang mungkin untuk perubahan ini dapat ditelusuri ke protein yang disebut aquaporin 4. Ini adalah protein saluran air, yang berarti membantu mengarahkan cairan melalui membran sel. “Kaki-kaki” astro sit, jenis khusus sel otak, kebanyakan tertutup oleh aquaporin 4, memungkinkan mereka untuk memediasi pertukaran cairan glimfatik. Para peneliti melihat bahwa penyumbatan protein ini, baik secara kimiawi maupun genetik, juga menghalangi manfaat dari stimulasi otak 40-hertz, menunjukkan bahwa protein tersebut memainkan peran krusial dalam manfaat yang terkait dengan pengobatan.
Penjelasan potensial lain untuk efektivitas stimulasi 40-hertz adalah penemuan bahwa interneuron —subkumpulan neuron— menghasilkan beberapa peptida dalam jumlah yang jauh lebih besar setelah pengobatan. Ini termasuk peptida yang dikenal sebagai polipeptida usus vasoaktif (VIP), yang dipahami memiliki efek penanganan Alzheimer dan terkait dengan regulasi aliran darah dan pembersihan glimfatik. Seperti halnya aquaporin 4, penyumbatan ekspresi peptida polipeptida usus vasoaktif sama-sama menghalangi pembersihan beta amiloid; efektivitas stimulasi gamma menjadi hancur.
Implikasi dan Pesan
Studi ini merupakan langkah penting lainnya menuju pemahaman potensi penyembuhan dari stimulasi cahaya dan suara 40-hertz. Sementara beberapa studi pada tikus dan sejumlah kecil studi pada manusia telah mendukung efektivitas pendekatan tersebut, tidak satupun dari mereka yang menjelaskan bagaimana cara kerjanya. Sekarang, para peneliti di Laboratorium Tsai berhasil memberikan jawaban yang masuk akal: pengobatan gelombang gamma meningkatkan efektivitas sistem manajemen limbah otak. Ini membantu membersihkan tumpukan debris dan protein yang, jika dibiarkan terbengkalai, akan menyebabkan kerusakan.
Tahun 2025 akan membawa hasil uji coba manusia berskala besar terbaru dari tim. Jika semua berjalan lancar, kita mungkin segera memiliki pilihan pengobatan yang tidak invasif dan terjangkau untuk penyakit Alzheimer tahap awal. Dibandingkan dengan opsi saat ini —praktis tidak ada— ini akan merupakan loncatan besar ke depan.