Astrosit, Bukan Hanya Neuron: Temuan Baru Ungkap Peran Penting Sel Otak Ini dalam Penyimpanan Memori

SELAMA beberapa dekade, para ilmuwan percaya neuron adalah satu-satunya arsitek utama dalam otak yang bertanggung jawab atas pikiran dan ingatan. Kini, penelitian terbaru menunjukkan jenis sel otak lain yang sering diabaikan mungkin memainkan peran yang lebih sentral dalam memori dibandingkan yang selama ini diperkirakan.

Studi yang diterbitkandi jurnal PNAS ini mengusulkan sel-sel otak lain tersebut, yang disebut astrocyte (astrosit), bisa jadi bertanggung jawab atas kapasitas luar biasa otak dalam menyimpan memori melalui jenis arsitektur jaringan yang baru ditemukan.

Astrosit adalah sel berbentuk bintang yang menjalankan banyak fungsi pemeliharaan di otak, termasuk membersihkan sisa-sisa sel, menyuplai nutrisi ke neuron, dan mengatur aliran darah. Astrosit juga memiliki struktur cabang tipis yang disebut processes (proses), yang membungkus titik-titik tempat neuron bertukar pesan. Pembungkusan ini membentuk apa yang disebut sinapsis tripartit, semacam “jabat tangan tiga arah” antara dua neuron yang saling terhubung dan astrosit.

Baca juga : Ilmuwan Ungkap Sel Otak yang Bisa Regenerasi, Solusi bagi Penyakit Neurodegeneratif?

“Bayangkan astrosit seperti gurita dengan jutaan tentakel,” kata penulis utama studi ini, Leo Kozachkov, yang saat penelitian dilakukan adalah mahasiswa PhD di MIT dan kini menjadi peneliti postdoktoral di IBM Research, New York. “Kepala gurita adalah badan sel, dan tentakel adalah proses yang membungkus sinapsis di sekitarnya,” kata Kozachkov.

Sinyal Kalsium

Astrosit tidak menghantarkan impuls listrik seperti neuron. Sebaliknya, mereka berkomunikasi melalui sinyal kalsium. Studi sebelumnya menunjukkan astrosit merespons aktivitas sinapsis dengan mengubah kadar kalsium internalnya, yang kemudian bisa memicu pelepasan senyawa kimia dari astrosit ke dalam sinapsis.

“Proses-proses ini bekerja seperti komputer kalsium mini, mendeteksi ketika informasi dikirim melalui sinapsis, meneruskannya ke proses lain, dan menerima umpan balik,” kata Kozachkov. Akhirnya, sinyal ini kembali ke neuron yang kemudian menyesuaikan aktivitasnya. Namun, para peneliti masih belum sepenuhnya memahami fungsi komputasi spesifik apa yang dilakukan astrosit dengan informasi yang mereka terima dari neuron.

Baca juga : Rahasia Memori Terungkap: Otak Simpan Ingatan lewat Jaringan Sel Engram

Pembelajaran Mesin

Untuk memahaminya lebih dalam, Kozachkov dan timnya menggunakan arsitektur machine learning (pembelajaran mesin) yang mampu merepresentasikan interaksi kompleks antar banyak elemen, bukan hanya koneksi sederhana antara dua unit seperti pada jaringan neural konvensional.

Jaringan pembelajaran mesin tradisional yang hanya menghubungkan pasangan neuron memiliki kapasitas informasi yang terbatas, kata penulis senior studi Dmitry Krotov dari MIT-IBM Watson AI Lab. Karena satu astrosit bisa terhubung dengan ribuan sinapsis, tim ini menduga astrosit bisa menjadi perantara komunikasi di seluruh koneksi tersebut. Ini bisa menjelaskan bagaimana otak memiliki kapasitas penyimpanan yang sangat besar.

“Struktur anatomi unik astrosit memberikan cara alami dan menggoda untuk merancang sistem penyimpanan informasi besar dalam perangkat keras biologis,” ujar Kozachkov.

Baca juga : 14 Makanan Terbaik untuk Perkuat Kesehatan Otak dan Memori

Para peneliti juga menduga astrosit menyimpan memori melalui perubahan bertahap dalam pola kalsium internalnya, yang kemudian diterjemahkan kembali menjadi sinyal kimia ke neuron. Dalam model ini, setiap proses astrosit — bukan seluruh sel — bertindak sebagai unit komputasi terpisah.

“Model kami tidak membutuhkan banyak neuron untuk menyimpan banyak memori,” kata Kozachkov. “Ini merupakan keunggulan besar dari segi efisiensi energi, karena neuron membutuhkan banyak energi.”

Sistem Penyimpanan Memori

Model ini juga memberi “penjelasan yang berlandaskan biologi” tentang bagaimana sistem penyimpanan memori ini bisa bekerja di otak, kata Maurizio de Pittà, asisten profesor di Krembil Research Institute, Toronto, yang tidak terlibat dalam studi. Studi mikroskopis sebelumnya juga menunjukkan bahwa proses astrosit terjalin di seluruh otak dan membuat kontak dengan banyak sinapsis.

Baca juga : Studi: Gunakan Ganja Berat Dapat Turunkan Memori Kerja pada Pengguna Muda

Namun, de Pittà mengingatkan “model hanyalah alat yang kuat, tapi tetap merupakan penyederhanaan dari dunia nyata.” Ia juga menyebutkan teknologi saat ini belum mampu menangkap dinamika di otak manusia secara real-time, dan detail tersebut penting untuk menguji hipotesis.

Meskipun para ilmuwan mulai memahami bahwa astrosit berperan dalam pembentukan ingatan, de Pittà mengatakan, hingga kini belum ada bukti jelas bahwa interaksi berbasis kalsium antara astrosit dan otak benar-benar membantu menciptakan, menyimpan, atau mengingat ingatan, seperti yang disarankan oleh tim MIT.

Jika model tersebut terbukti benar, implikasinya bisa sangat besar: memori dalam otak bisa jadi sebanding dengan jumlah interaksi antara astrosit dan sinapsis yang ada.

Model ini juga menawarkan potensi target terapi baru untuk penyakit neurodegeneratif, kata para penulis studi.

“Astrosit diketahui terlibat dalam penyakit Alzheimer dan gangguan memori lainnya. Model kami memberi gambaran komputasional tentang apa yang mungkin salah,” ujar Kozachkov. “Secara potensial, model matematis kami bisa menginspirasi pencarian target terapi baru — misalnya dengan memodulasi konektivitas atau sinyal dari proses astrosit secara tepat untuk memulihkan atau mengganti fungsi memori yang hilang.”

Namun, masih diperlukan banyak penelitian untuk menerjemahkan temuan ini ke dalam pengobatan klinis.

Di luar ilmu saraf, model ini juga bisa berdampak pada kecerdasan buatan. Menurut de Pittà, model ini bisa membantu menciptakan sistem perangkat keras yang menyerupai otak. Sistem semacam ini dapat menggunakan arsitektur memori padat yang memungkinkan penyimpanan informasi dalam jumlah besar dan pengambilan kembali yang efisien dengan energi yang sangat sedikit — mirip seperti cara kerja otak manusia.

Ini bisa digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pengenalan suara, robotika dan sistem otonom, asisten AI, atau antarmuka otak-komputer dan neuroprostetik. (Live Science/Z-2)