Memori diciptakan dalam hitungan detik.
Memori diciptakan dalam hitungan detik. Dari saat otak menerima masukan sensorik (mis. penglihatan, suara, bau, dll.), neuron di seluruh otak teraktivasi. Koneksi yang terbentuk antara neuron-neuron ini memunculkan jejaring saraf dinamis yang disebut engram. Misalnya, ketika mengeksplorasi kota baru, sebuah engram terbentuk dan terus diperbarui saat Anda berjalan di berbagai jalan dan belokan. Pada saat Anda akhirnya menemukan landmark yang telah Anda cari, ada ledakan aktivitas saraf. Neuron yang teraktivasi beberapa detik sebelumnya juga meningkatkan pemancarannya. Otak Anda mengkonsolidasikan informasi ini menjadi peta mental tentang cara menuju ke landmark. Pembentukan engram, oleh karena itu, tidak hanya tergantung pada neuron yang terjadi secara bersamaan tetapi juga pada neuron yang teraktivasi segera sebelum dan setelah. Ini dikenal sebagai pembelajaran skala waktu perilaku. Peneliti di Institut Neurosains Max Planck Florida sekarang mungkin telah mulai mengungkap bagaimana pembelajaran skala waktu perilaku mengintegrasikan ingatan selama beberapa detik.
Ketika neuron teraktivasi, potensi aksi dihasilkan. Pertama, masukan listrik atau kimia merangsang cabang dendritik pada neuron. Jika stimulus tersebut cukup kuat, sebuah cabang menjadi teraktivasi. Sinyal tersebut berjalan melalui badan sel dan ke dalam aksom neuron. Aksom yang teraktivasi melepaskan pemancar kimia yang disebut neurotransmitter untuk mengaktivasi sel lain dalam jejaring. Aktivasi saraf berlangsung hanya dua milidetik sebelum sel mereset untuk memungkinkan potensi aksi lain dihasilkan.
Menghasilkan potensi aksi adalah dasar dari semua aktivitas otak. Selama pembelajaran, potensi aksi mentransmisikan sinyal yang menyandikan pengalaman baru. Daerah kunci yang terlibat dalam proses ini adalah hipokampus. Di sini, otak mengkonsolidasikan memori jangka pendek menjadi memori jangka panjang. Oleh karena itu, Jain dkk memulai studi mereka dengan mengisolasi sampel jaringan hipokampus dari sekelompok tikus. Dengan menggunakan stimulasi elektrik, tim tersebut menginduksi potensi aksi dan mengukur perubahan yang terjadi secara alami selama pembelajaran. Untuk meniru pembelajaran skala waktu perilaku, Jain dkk memisahkan setiap input listrik sekitar satu detik, mewakili periode yang diperpanjang untuk integrasi ke dalam engram.
Ketika memori baru sedang dibentuk, potensi aksi berulang kali dipancarkan dari satu neuron ke neuron lainnya. Peningkatan pemancaran memperkuat koneksi mereka, membuat mereka lebih efisien dan lebih mungkin untuk dipancarkan bersama di masa depan. Proses ini didorong oleh plastisitas sinaptik. Sinapsis adalah celah antara neuron yang memfasilitasi transfer informasi. Ketika neuron menerima input berulang, sinapsisnya mengalami perubahan struktural yang membuatnya lebih mudah bagi neuron untuk depolarisasi dan menghasilkan potensi aksi. Jenis plastisitas sinaptik ini disebut potensiasi jangka panjang.
Potensiasi jangka panjang sangat penting untuk membentuk memori jangka panjang. Stimulasi berulang dari neuron presinaptik (neuron yang mengirimkan sinyal) ke neuron postsinaptik (neuron yang menerima sinyal) memicu perubahan molekuler. Pertama, neurotransmitter yang dilepaskan oleh neuron presinaptik mengikat reseptor pada neuron postsinaptik. Ketika neurotransmitter mengikat reseptor ini, saluran terbuka yang memungkinkan ion kalsium masuk ke dalam neuron. Masuknya kalsium menimbulkan peningkatan enzim protein calmodulin-dependent kinase II (CaMKII). Enzim-enzim ini memainkan peran penting dalam merekrut reseptor tambahan ke sinapsis. Lebih banyak reseptor mengarah pada peningkatan sensitivitas dan sinapsis yang lebih kuat. Oleh karena itu, neuron yang bersamaan terus terhubung seiring waktu.
Ilustrasi potensiasi jangka panjang dalam sinapsis selama pembelajaran.
Alan Woodruff / QBI
Psikolog Kanada Donald Hebb pertama kali mengusulkan konsep bahwa “neuron yang bersamaan terhubung bersama” pada tahun 1949. Mengaktifkan hanya satu neuron dalam engram mengaktifkan seluruh jejaring dan memicu memori. Pada awalnya, dipikirkan bahwa neuron harus memancarkan dalam hitungan milidetik agar terhubung bersama. Sekarang, pembelajaran skala waktu perilaku menyarankan bahwa jendela waktu yang lebih luas mungkin ada, memperpanjang hitungan detik atau bahkan menit. Teori yang muncul ini merevolusi pemahaman kita tentang bagaimana koneksi saraf memengaruhi memori kita.
Dalam studi mereka, Jain dkk memanipulasi waktu antara input sensorik untuk mereplikasi pembelajaran skala waktu perilaku. Biosensor khusus memungkinkan tim untuk mengamati perubahan mikroskopis di sinapsis individu dalam hipokampus. Pengamatan pertama mereka menemukan bahwa mengganggu fungsi enzim CaMKII dalam jalur potensiasi jangka panjang menghentikan pembelajaran. Hal ini membuat para peneliti berspekulasi bahwa pembelajaran skala waktu perilaku mungkin dimediasi oleh aktivitas enzim CaMKII.
Namun, bahkan dengan biosensor yang sangat sensitif, Jain dkk tidak mampu mendeteksi aktivasi CaMKII selama percobaan simulasi. Kejutan bagi mereka, aktivasi CaMKII tampak tertunda, terjadi puluhan detik setelah pembelajaran. Selain memengaruhi plastisitas sinaptik, aktivasi tertunda ini juga tampaknya menginduksi perubahan sinyal di bagian lain dari neuron. Aktivasi yang lebih besar dari enzim ini terutama terlihat di cabang dendritik, menunjukkan bahwa enzim ini mungkin berperan dalam memproses informasi dalam dendrit yang menerima input tersebut. Temuan mengejutkan ini mengungkapkan bahwa aktivasi CaMKII mungkin bagian dari mekanisme yang lebih besar yang mempersiapkan neuron untuk mengintegrasikan input berulang.
Proses-proses ini begitu cepat sehingga mereka tampaknya instan. Pembelajaran skala waktu perilaku berargumen bahwa keterlambatan-keterlambatan kecil ini, bagaimanapun, memiliki implikasi besar untuk bagaimana otak kita mengkonsolidasikan beberapa informasi dari waktu ke waktu menjadi memori. Studi masa depan diperlukan untuk sepenuhnya mengungkapkan mekanisme yang mendasarinya. Hal ini tidak hanya akan membantu kita untuk lebih memahami pembelajaran, tetapi mungkin juga dapat mengungkap pendekatan baru untuk mencegah gangguan memori, seperti penyakit Alzheimer. Saat Anda lupa sesuatu, ingatlah—itu bisa menjadi tanda bahwa otak kita bekerja dengan cara yang masih belum sepenuhnya kami mengerti.