Kunci mencegah penyakit Alzheimer dan Parkinson?

Temuan ini dapat membuka jalan bagi strategi inovatif untuk mengobati penyakit Alzheimer dan berbagai gangguan neurologis lainnya.

Ada paradoks dalam tidur. Ketenangannya bertepatan dengan aktivitas otak yang bising. Malam masih sepi, tapi otak belum tertidur. Saat tidur, sel-sel otak menghasilkan semburan impuls listrik yang terbentuk menjadi gelombang berirama – tanda peningkatan fungsi sel otak.

Tapi kenapa otak aktif saat kita istirahat?

Gelombang otak yang lambat berhubungan dengan tidur yang nyenyak dan memulihkan. Kini, para ilmuwan di Fakultas Kedokteran Universitas Washington di St. Louis telah menemukan bahwa gelombang otak membantu membuang limbah dari otak selama tidur. Neuron individu berkoordinasi untuk menghasilkan gelombang berirama yang mendorong cairan melalui jaringan otak yang padat, menyapu jaringan tersebut dalam prosesnya.

“Neuron-neuron ini adalah pompa mini. Aktivitas saraf yang tersinkronisasi mendorong aliran cairan dan pembuangan kotoran dari otak,” jelas penulis pertama Li Feng-jiang Shih, Ph.D., rekan peneliti pascadoktoral di Departemen Patologi dan Imunologi. “Jika kita bisa melanjutkan proses ini, ada kemungkinan menunda atau bahkan mencegah penyakit neurologis, termasuk penyakit Alzheimer dan penyakit Parkinson, di mana kelebihan limbah—seperti sisa metabolisme dan protein yang tidak diinginkan—menumpuk di otak dan menyebabkan degenerasi saraf.

Hasilnya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal alam.

Sel-sel otak dan pembuangan limbah

Sel-sel otak mengatur pikiran, perasaan, dan gerakan tubuh, membentuk jaringan dinamis yang penting untuk pembentukan memori dan pemecahan masalah. Namun untuk melakukan tugas-tugas yang membutuhkan energi tersebut, sel-sel otak memerlukan bahan bakar. Konsumsi nutrisi dari makanan mereka menciptakan sisa metabolisme dalam prosesnya.

“Penting bagi otak untuk membuang sisa metabolisme yang dapat menumpuk dan berkontribusi terhadap penyakit neurodegeneratif,” kata Jonathan Kipnis, Ph.D., Alan A. dan Edith L. Kipnis adalah penulis utama makalah ini. “Kami tahu bahwa tidur adalah waktu ketika otak memulai proses pembersihan untuk membuang limbah dan racun yang terakumulasi selama terjaga. Tapi kami tidak tahu bagaimana hal ini terjadi. Temuan ini mungkin dapat mengarahkan kita pada strategi dan pengobatan potensial untuk mempercepat proses pembersihan. pembuangan limbah berbahaya dan membuangnya sebelum menimbulkan akibat yang serius.” .

Mekanisme pembersihan otak

Namun menjernihkan otak yang padat bukanlah tugas yang mudah. Ia memasuki cairan serebrospinal yang mengelilingi otak dan menjalin jaringan seluler yang kompleks, mengumpulkan limbah beracun saat bergerak. Saat keluar dari otak, cairan yang terkontaminasi harus melewati penghalang sebelum tumpah ke pembuluh limfatik di dura mater – lapisan luar jaringan yang membungkus otak di bawah tengkorak. Tapi apa yang mendorong pergerakan cairan masuk, melalui, dan keluar otak?

Jiang Xie menjelaskan bahwa dengan mempelajari otak tikus yang sedang tidur, peneliti menemukan bahwa neuron mendorong upaya pembersihan dengan menembakkan sinyal listrik secara terkoordinasi untuk menghasilkan gelombang ritmis di otak. Mereka menentukan bahwa gelombang seperti itu mendorong gerakan fluida.

Tim peneliti membungkam area tertentu di otak sehingga neuron di area tersebut tidak menghasilkan gelombang berirama. Tanpa gelombang ini, cairan serebrospinal segar tidak dapat mengalir melalui area otak yang diam dan limbah yang terperangkap tidak dapat keluar dari jaringan otak.

Meningkatkan proses pembersihan otak

“Salah satu alasan kita tidur adalah untuk membersihkan otak,” kata Kipnis. “Dan jika kita dapat meningkatkan proses pembersihan ini, mungkin kita bisa mengurangi waktu tidur dan tetap sehat. Tidak semua orang mendapat manfaat dari tidur delapan jam setiap malam, dan kurang tidur berdampak pada kesehatan. Penelitian lain menunjukkan bahwa tikus memiliki kecenderungan genetik kurang tidur mempunyai otak yang lebih kuat.” Sehat. Mungkinkah karena mereka membersihkan kotoran dari otak mereka dengan lebih efisien? Bisakah kita membantu penderita insomnia dengan meningkatkan kemampuan membersihkan otak mereka sehingga mereka bisa kurang tidur?

Pola gelombang otak berubah selama siklus tidur. Perlu dicatat bahwa gelombang otak yang lebih panjang dengan amplitudo yang lebih besar menggerakkan cairan dengan lebih kuat. Para peneliti sekarang tertarik untuk memahami mengapa neuron bekerja dengan ritme yang berbeda-beda selama tidur, dan area otak mana yang paling rentan mengumpulkan limbah.

“Kami pikir proses membersihkan otak seperti mencuci piring,” jelas ahli neurobiologi Jiang Shih. “Anda memulai, misalnya, dengan gerakan menyapu yang besar, lambat, dan berirama untuk membersihkan sampah larut yang berserakan di piring. Kemudian Anda mengurangi rentang gerakan dan meningkatkan kecepatan gerakan tersebut untuk menghilangkan sisa makanan yang sangat lengket di piring. Meskipun amplitudo dan ritme gerakan tangan Anda bervariasi, tujuan keseluruhannya tetap: Membuang berbagai jenis sampah dari piring. Otak dapat menyesuaikan metode pembersihannya tergantung pada jenis dan jumlah sampah.

Referensi: “Dinamika saraf memandu perfusi cairan serebrospinal dan pembersihan otak” oleh Li-Feng Jiang Shi, Antoine Dreu, Keshni Bhasin, Daniel Quintero, Igor Smirnov, dan Jonathan Kipnis, 28 Februari 2024, alam.
doi: 10.1038/s41586-024-07108-6

Penelitian ini didanai oleh Institut Kesehatan Nasional.