Ukuran pupil diatur oleh Orexin, bukan hormon stres

ringkasan: Para peneliti menemukan bahwa neurotransmitter Orexin, dan bukan hormon stres noradrenalin, yang mengatur ukuran pupil, menantang pemahaman sebelumnya. Neuron Orexin memengaruhi ukuran pupil sebagai respons terhadap keadaan emosional dan tekanan mental, bukan hanya paparan cahaya.

Temuan menghubungkan aktivitas orexin dengan beberapa kondisi neurologis, termasuk narkolepsi dan penyakit Alzheimer, memberikan jalan diagnostik baru. Penelitian ini juga dapat menjelaskan pemahaman kita tentang pengaturan kesadaran dan perhatian.

Fakta-fakta kunci:

1. Neuron Orexin, bukan noradrenalin, terutama bertanggung jawab untuk mengatur ukuran pupil, menentang kepercayaan ilmiah yang telah lama dipegang.
2. Para peneliti menemukan hubungan ketergantungan dosis antara aktivitas neuron orexin dan diameter pupil, memberikan cara langsung untuk mengukur aktivitas orexin.
3. Temuan ini menghubungkan orexin dengan beberapa kondisi neurologis seperti Alzheimer, narkolepsi, stroke, dan sindrom Prader-Willi, yang berpotensi menyederhanakan dan meningkatkan metode diagnostik.

sumber: ETH Zürich

Cara otak mengatur ukuran pupil berbeda dari yang diperkirakan sebelumnya: Neurotransmiter Orexin terutama bertanggung jawab, demikian penjelasan para peneliti di ETH Zurich.

Penemuan ini bisa mengubah pemahaman kita tentang kesadaran dan penyakit seperti narkolepsi dan penyakit Alzheimer.

“Efeknya sangat kuat, kami langsung tahu bahwa kami merencanakan sesuatu yang penting,” kenang Nicola Groetsch, seorang peneliti postdoctoral di Laboratory of Neurobehavioral Dynamics di ETH Zurich.

Melalui serangkaian percobaan pendahuluan pada tikus, dia mempelajari apa yang dikenal sebagai neuron orexin, salah satu bidang penelitian utama laboratorium. Dia memperhatikan bahwa merangsang neuron menyebabkan pupil tikus membesar secara signifikan.

“Seringkali, efek neurostimulasi hilang dalam kebisingan data pengukuran, yang kemudian harus kami saring dengan susah payah untuk menemukannya. Kali ini berbeda. Efeknya terlihat jelas,” katanya.

Pertama kali dijelaskan pada tahun 1998, neuron orexin meluas dari hipotalamus ke semua daerah otak lainnya, termasuk yang mengontrol kesadaran dan fungsi otonom. Neuron-neuron ini terlibat dalam mengatur peralihan antara tidur dan terjaga, rentang perhatian, sistem penghargaan, nafsu makan dan pengeluaran energi, antara lain.

Diperlukan untuk kondisi normal pupil

Seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran Grujic, neuron orexin secara langsung memengaruhi properti utama dari keadaan emosional individu: tidak hanya rangsangan cahaya yang menyebabkan ukuran pupil berubah tetapi juga tekanan mental dan kesan emosional.

Secara tepat disebut dalam bahasa sehari-hari sebagai jendela jiwa, pupil secara rutin digunakan dalam pemeriksaan medis dan psikologis: ukuran pupil dapat memberikan ukuran perhatian dan fungsi organisme lain yang dikendalikan secara tidak sadar.

Hingga saat ini, penentu utama ukuran pupil bersama dengan cahaya adalah noradrenalin – lebih dikenal sebagai hormon stres – dan sistem reseptornya.

Tapi sekarang, peneliti ETH telah menunjukkan bahwa peran ini harus dikaitkan dengan neurotransmitter Orexin dan sistem reseptornya.

Nyatanya, neuron noradrenalin tidak dapat mempertahankan keadaan pupil normal tanpa neuron orexin. Jika sistem orexin dimatikan, pupil tetap sangat terbatas.

“Pada dasarnya, neuron noradrenalin adalah budak neuron orexin,” kata Profesor ETH Denis Burdakov, dalam deskripsi yang menyenangkan tentang hubungan ketergantungan ini.

Asosiasi narkolepsi

Dalam percobaan mereka, para peneliti juga menetapkan hubungan yang bergantung pada dosis antara aktivitas saraf dan diameter pupil. “Pupil menunjukkan kepada kita secara khusus seberapa aktif neuron orexin di hipotalamus,” kata Burdakov.

Selain memberi para peneliti otak cara baru untuk mengukur aktivitas orexin, ini membuka jalan baru untuk perawatan medis. Ada hubungan jangka panjang antara gangguan regulasi orexin dan narkolepsi.

Namun, baru-baru ini diamati terkait dengan kondisi neurologis lainnya seperti Alzheimer, stroke, dan kelainan genetik sindrom Prader-Willi.

Dalam kondisi terakhir ini, kerusakan diencephalon, atau otak bagian dalam—tempat hipotalamus berada—menyebabkan gejala fisik, kognitif, dan metabolik yang parah.

Keempat kondisi ini memiliki komponen gangguan tidur. Di masa depan, kata Burdakov, memeriksa ukuran pupil dapat membantu lebih akurat mencari efek orexin pada kondisi ini — dan bahkan mungkin menyederhanakan dan meningkatkan diagnosis. Saat ini, diagnosis narkolepsi masih memerlukan pungsi lumbal, yang merupakan prosedur invasif.

Regulasi kesadaran terbuka

Sebagai seorang ahli saraf, Grotsch melihat penemuannya sebagai kunci untuk pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana fungsi dasar kesadaran kita diatur.

“Menyeimbangkan fokus pada hal-hal yang familiar, membiarkan pikiran kita mengembara, dan menjelajahi dunia di sekitar kita adalah bagian penting dari kemampuan kita untuk beradaptasi dengan situasi baru,” katanya.

Prevalensi dan rentang gangguan defisit perhatian yang didiagnosis saat ini menunjukkan betapa sulitnya mempertahankan keseimbangan itu, kata Grotich.

Orexin adalah salah satu dari beberapa sistem neuroregulasi (lainnya termasuk noradrenalin dan serotonin) yang mengatur keseimbangan ini. Sistem ini memberi keseimbangan satu atau lain cara tergantung pada kebutuhan organisme.

Pada hari-hari awal evolusi manusia, misalnya, pemburu-pengumpul lapar harus berkeliaran mencari sumber makanan. Jika mereka diberi hadiah dengan melihat sesuatu yang mereka makan, mereka kemudian harus mengalihkan fokus ke lingkungan mereka sehingga mereka dapat memata-matai lebih banyak makanan.

Dan ketika manusia pertama akhirnya terpuaskan, mereka dapat mengalihkan perhatian mereka untuk memenuhi kebutuhan mereka yang lain.

Beberapa himpunan bagian dari neuron untuk fungsi tertentu

Dalam studi mereka tentang neuron orexin, kelompok riset Burdakov mampu mengidentifikasi subkelompok yang terlibat dalam berbagai fungsi saraf dan dengan demikian dalam berbagai komponen homeostasis ini.

Dengan menggunakan jenis mikroskop fluoresen khusus, para ilmuwan mengamati respons neuron individu terhadap orexin pada tikus dan membandingkannya dengan fluktuasi ukuran pupil. Mereka menggunakan mikroskop dua foton, yang memungkinkan untuk memantau aktivitas sel individu di otak.

Para peneliti menemukan neuron yang aktivitasnya berkorelasi positif dengan ukuran pupil mata—dan dengan demikian tingkat gairah tikus—dan yang aktivitasnya berkorelasi negatif.

Mereka juga menemukan beberapa sel yang memengaruhi ukuran pupil dan merespons hadiah, serta sel lain yang hanya terkait dengan salah satu dari dua faktor tersebut.

Kandidat untuk level organisasi yang lebih tinggi

Identifikasi himpunan bagian khusus ini dalam neuron orexin memberikan wawasan awal tentang cara mereka terhubung untuk mendukung fungsi sentral kesadaran kita.

Terlebih lagi, Grujic mengatakan bahwa efek orexin pada berbagai keadaan perilaku yang berbeda — mulai dari perhatian, tidur, peralihan, terjaga, dan pencarian hadiah hingga nafsu makan dan pengeluaran energi — menjadikannya kandidat utama untuk regulasi tingkat tinggi.

Temuan para peneliti ETH membuka pintu ke banyak jalan penyelidikan ilmiah terkait dengan mengidentifikasi subset neuron tambahan dan bagaimana mereka berinteraksi – satu sama lain dan dengan sistem serotonin dan norepinefrin.

Para peneliti berhipotesis bahwa menjawab pertanyaan semacam itu tidak hanya akan mengarah pada pemahaman yang lebih rinci tentang bagaimana fungsi vital kita diatur.

Mereka juga mengantisipasi manfaat dalam diagnosis dan pengobatan perhatian dan gangguan tidur serta kondisi terkait. Dan seperti yang ditunjukkan oleh contoh penyakit Alzheimer dan stroke, manfaat ini bisa lebih besar daripada yang pertama kali terlihat.

Tentang penelitian ini di Neuroscience News

pengarang: Daniel Merhans
sumber: ETH Zürich
komunikasi: Daniel Meierhans – ETH Zürich
gambar: Gambar dikreditkan ke Neuroscience News

Pencarian asli: akses terbuka.
“Kontrol ukuran pupil dan pengkodeannya oleh neuron orexin hipotalamusDitulis oleh Grujic N et al. Ilmu saraf alami

ringkasan

Kontrol ukuran pupil dan pengkodeannya oleh neuron orexin hipotalamus

Neuron otak orexin (hypocretin) terlibat dalam pergantian tidur-bangun dan pencarian hadiah tetapi peran mereka dalam dinamika kebangkitan cepat dan persepsi hadiah tidak jelas.

Di sini, stimulasi spesifik sel, penghapusan, dan rekaman in vivo mengungkapkan hubungan korelatif dan kausal yang kuat antara pelebaran pupil — penanda eksitasi kuantum — dan aktivitas sel orexin.

Pengkodean untuk gairah dan penghargaan didistribusikan ke seluruh sel orexin, menunjukkan bahwa mereka dikhususkan untuk koneksi cepat dan berganda ke keadaan gairah dan penghargaan sesaat.