Ingatan Impak Irama Neuronal
Otak belajar melalui perubahan kekuatan sinapsinya - hubungan antara neuron - sebagai tindak balas terhadap rangsangan. Sekarang, dalam penemuan yang menantang kebijaksanaan konvensional mengenai mekanisme pembelajaran otak, ahli neurofisik UCLA mendapati terdapat "irama," atau frekuensi otak yang optimum, untuk mengubah kekuatan sinaptik.
Dan, seperti stesen di dail radio, setiap sinaps disesuaikan dengan frekuensi optimum yang berbeza untuk belajar.
Para penyelidik percaya bahawa penemuan ini dapat membawa kepada teori mekanisme penyatuan yang mendasari pembelajaran di otak - penemuan yang mungkin membawa kepada terapi baru untuk merawat masalah pembelajaran.
Kajian itu muncul dalam jurnal terbitan semasa Sempadan dalam Neurosains Komputasi.
"Banyak orang mengalami gangguan pembelajaran dan ingatan, dan di luar kumpulan itu, kebanyakan kita bukan Einstein atau Mozart," kata Mayank R. Mehta, Ph.D., pengarang kanan makalah tersebut. "Hasil kerja kami menunjukkan bahawa beberapa masalah dengan pembelajaran dan ingatan disebabkan oleh sinapsis yang tidak disetel ke frekuensi yang tepat."
Perubahan kekuatan sinaps sebagai tindak balas terhadap rangsangan - yang dikenali sebagai plastisitas sinaptik - disebabkan oleh rangkaian "spike train" yang disebut dengan rangkaian isyarat saraf yang berlaku dengan frekuensi dan waktu yang berbeza-beza.
Eksperimen sebelumnya menggunakan ratusan lonjakan berturut-turut dalam julat frekuensi yang sangat tinggi untuk mendorong keplastikan. Namun, ini tidak berlaku ketika otak diaktifkan semasa tugas tingkah laku kehidupan nyata, kerana neuron hanya menembakkan 10 lonjakan berturut-turut, bukan beberapa ratus. Mereka melakukannya pada frekuensi yang jauh lebih rendah - biasanya dalam julat 50 lonjakan per saat.
Sehingga kini, penyelidik tidak dapat melakukan eksperimen yang mensimulasikan tahap yang lebih semula jadi.
Dalam kajian baru, Mehta dan pengarang bersama Arvind Kumar, Ph.D., dapat memperoleh pengukuran ini untuk pertama kalinya menggunakan model matematik canggih yang mereka kembangkan dan disahkan dengan data eksperimen.
Bertentangan dengan yang diasumsikan sebelumnya, Mehta dan Kumar mendapati bahawa ketika merangsang sinaps dengan corak lonjakan yang berlaku secara semula jadi, merangsang neuron pada frekuensi tertinggi bukanlah cara terbaik untuk meningkatkan kekuatan sinaptik.
"Yang mengejutkan, kami mendapati bahawa di luar frekuensi optimum, penguatan sinaptik sebenarnya menurun ketika frekuensi semakin tinggi."
Pengetahuan bahawa sinaps mempunyai frekuensi pilihan untuk pembelajaran maksimum menyebabkan para penyelidik membandingkan frekuensi optimum berdasarkan lokasi sinaps pada neuron.
Neuron berbentuk seperti pokok, dengan inti menjadi dasar pokok, dendrit menyerupai dahan yang luas dan sinapsis menyerupai daun di dahan tersebut.
Ketika Mehta dan Kumar membandingkan pembelajaran sinaptik berdasarkan di mana sinapsis terletak di cabang dendrit, apa yang mereka dapati adalah signifikan: Frekuensi optimum untuk mendorong pembelajaran sinaptik berubah bergantung pada tempat sinaps berada. Semakin jauh sinaps dari badan sel neuron, semakin tinggi frekuensi optimumnya.
"Luar biasa, ketika datang untuk belajar, neuron berperilaku seperti antena raksasa, dengan cabang dendrit yang berbeza disetel ke frekuensi yang berbeza untuk pembelajaran maksimum," kata Mehta.
Para penyelidik mendapati bahawa bukan sahaja setiap sinaps mempunyai frekuensi yang disukai untuk mencapai pembelajaran yang optimum, tetapi untuk kesan yang terbaik, frekuensi tersebut harus berirama dengan sempurna mengikut masa yang tepat. Walaupun pada frekuensi optimum, jika irama dibuang, pembelajaran sinaptik akan berkurang.
Penyelidikan mereka juga menunjukkan bahawa setelah sinaps belajar, frekuensi optimumnya berubah. Dengan kata lain, jika frekuensi optimum untuk sinaps naif - yang belum belajar apa-apa - katakanlah, 30 lonjakan sesaat, setelah belajar, sinaps yang sama akan belajar secara optimum pada frekuensi yang lebih rendah, katakan 24 lonjakan sesaat . Oleh itu, pembelajaran itu sendiri mengubah frekuensi optimum untuk sinaps.
Proses "detuning" yang disebabkan pembelajaran ini mempunyai implikasi penting untuk merawat gangguan yang berkaitan dengan lupa, seperti gangguan tekanan pasca-trauma, kata para penyelidik.
Walaupun diperlukan lebih banyak penyelidikan, penemuan ini meningkatkan kemungkinan ubat-ubatan dapat dikembangkan untuk "menyesuaikan" irama otak orang dengan gangguan pembelajaran atau ingatan, atau lebih banyak lagi dari kita dapat menjadi Einstein atau Mozart jika irama otak yang optimum disampaikan kepada setiap sinaps.
"Kami sudah tahu ada ubat dan rangsangan elektrik yang dapat mengubah irama otak," kata Mehta. "Penemuan kami menunjukkan bahawa kami dapat menggunakan alat ini untuk memberikan irama otak yang optimum ke hubungan yang disasarkan untuk meningkatkan pembelajaran."
Sumber: UCLA
