BAB 4 Genetika, Evolusi, Pengembangan dan Keplastisan

 

Genetika, Evolusi, Pengembangan dan Keplastisan

4.1 Genetika Dan Evolusi Dari Perilaku   

Apapun yang kita lakukan sangat bergantung pada gen dan lingkungan. Dalam ekspresi wajah tentu kita lebih banyak tersenyum jika keadaan membaik dan cemberut jika keadaan buruk. Para peneliti memeriksa ekspresi wajah orang yang terlahir buta, ekspresi wajah orang yang buta akan sangat mirip kerabat yang dapat melihat seperti gambar 4.1. Dan ini berarti menunjukkan peran utama genetika dalam mengendalikan ekspresi wajah.

 

A. Genetika Mendel

Para ilmuwan berpikir bahwa pewarisan adalah proses pencampuran dimana sifat sperma dan sel telur, layaknya seperti dua warna cat. Mendel menunjukkan bahwa pewarisan terjadi melalui gen, unit hereditas yang mempertahankan identitas strukturalnya dari satu generasi ke generasi lainnya. Gen berpasang-pasangan karena mereka Selaras kromosom atau untaian gen yang juga berpasangan. Gen telah didefinisikan sebagai bagian dari kromosom yang terdiri dari molekul untai ganda asam deoksiribonukleat atau DNA. Namun banyaknya tidak memiliki lokasi yang terpisah. Karang-kadang beberapa gen tumpang tindih pada bentangan kromosom pula.

Untaian DNA berfungsi sebagai cetakan atau model untuk sintesis asam ribonukleat atau RNA. Salah satu jenis molekul RNA berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis molekul protein. DNA mengandung empat basa yaitu adenin, guanin, sitosin dan timin. Urutan basa sepanjang molekul RNA pada gilirannya menentukan urutan asam amino yang menyusun protein.

Siapapun yang memiliki pasangan Gen yang identik pada dua kromosom adalah homozigot seorang individu dengan pasangan Gen yang tidak cocok adalah heterozigot. Misalnya anda mungkin memiliki gen mata biru pada satu kromosom dan gen mata coklat pada kromosom lainnya. Gen bersifat dominan, resesif, intermediet. Sebuah dominan menunjukkan efek yang kuat baik dalam kondisi homozigot atau heterozigot.

·  Gen terikat seks dan gender batas seks

Gen pada kromosom seks ditunjukkan X dan Y pada mamalia, sebagai gen terpaut seks. Semua kromosom lain adalah kromosom autosom dan gen mereka dikenal sebagai gen autosomal.

Mamalia betina memiliki 2 kromosom X sedangkan jantan memiliki X dan Y. Selama reproduksi betina harus menyumbangkan kromosom X dan jantan berkontribusi pada salah satu X. Jika yang memberikan kontribusi X, keturunannya adalah perempuan Jika ia memberi kontribusi y, keturunannya adalah laki-laki.

 

·  Perubahan genetik

Gen berubah dalam beberapa cara salah satu caranya adalah dengan mutasi, atau perubahan yang diwariskan dalam molekul DNA mengubah hanya satu basa dalam DNA ke salah satu dari tiga jenis lainnya, berarti gen mutasi akan mengkode protein dengan asam amino yang berbeda di satu lokasi dalam molekul. Jenis lain dari mutasi adalah duplikasi atau penghapusan. Selama Proses reproduksi bagian dari kromosom, yang biasanya muncul satu kali, mungkin muncul dua kali atau tidak muncul sama sekali. Ketika proses ini terjadi hanya pada Ada sebagian kecil dari kromosom Kami menyebutnya itu proses mikro duplikasi atau mikrodelesi.

·  Epigenetik

Selain perubahan permanen pada gen ini, bidang epigenetik berhubungan dengan perubahan ekspresi gen. Setiap sel dalam tubuh memiliki DNA yang sama seperti setiap sel lainnya kecuali sel darah merah, tanpa DNA. Namun aktivitas gen dapat bervariasi gen yang aktif di otak akan tidak sama dengan yang aktif di paru-paru atau ginjal lainnya. Saat pubertas gen-gen tertentu yang tadinya hampir dia menjadi lebih aktif.

Epigenetika adalah bidang baru yang berkembang dan akan memainkan peran yang semakin penting dalam pemahaman kita tentang perilaku misalnya satu penelitian meneliti 40 tikus betina yang hidup di kandang besar yang sama. Mereka hampir identik secara genetik dan mereka terpapar pada lingkungan yang sama. Namun berjalannya waktu, perilaku mereka menjadi semakin berbeda titik untuk alasan apapun beberapa dari mereka sedikit lebih aktif di awal. Intinya ketika Individu memiliki gen yang hampir sama dan lingkungan yang sama, mereka dapat berubah secara berbeda dan mekanismenya adalah epigenetik.

Perubahan epigenetik pada manusia juga penting, bahwa apa yang kita lakukan setiap saat tidak hanya mempengaruhi kita sekarang, tetapi juga menghasilkan efek genetik yang mengubah ekspresi gen untuk jangka waktu yang lebih lama.

 

B. Keturunan dan lingkungan.

Untuk menentukan heritabilitas dari setiap karakteristik, peneliti terutama mengandalkan tiga jenis bukti titik pertama mereka membandingkan kembar monozigotik dan dizigotik. Orang biasanya menyebut kembar monozigot sebagai kembar identik, tetapi istilah ini bisa menyesatkan karena kembar identik seringkali berbeda dalam hal-hal yang penting. Untuk alasan epigenetik, Gen tertentu dapat diaktifkan lebih banyak pada suatu kembaran dari yang lain. Kemiripan yang lebih kuat antara kembar monozigot daripada daripada kembar dizigot menunjukkan kontribusi genetik. Peneliti juga meneliti kembar Maya anak-anak pada usia yang sama diadopsi pada waktu yang sama di dalam satu keluarga. Mereka tumbuh di lingkungan yang sama sejak baik, tetapi tanpa kesamaan genetik. Namun perbedaan perilaku yang substansial dan banyak kasus malah menunjukkan pengaruh yang genetik.

Jenis bukti keduanya adalah tentang anak angkat. setiap kecenderungan anak angkat untuk menyerupai orang tua kandung mereka menunjukkan pengaruh turun temurun. Namun sekali lagi bukti tidak selalu menentukan titik Ibu biologis tidak hanya berkontribusi pada gennya tetapi juga lingkungan prenatal. Kesehatan ibu, pola makan, serta kebiasaan merokok dan minum selama kehamilan dapat sangat mempengaruhi perkembangan anaknya terutama perkembangan otak.

 jenis bukti yang ketiga adalah mengidentifikasi gen spesifik yang terkait dengan beberapa perilaku. Dalam beberapa kasus, peneliti menguji hipotesis seperti mereka memeriksa semua gen orang dengan beberapa kondisi misalkan depresi atau skizofrenia. Mencari gen apapun yang lebih umum daripada populasi lainnya. Kesimpulannya jika lebih dari satu jenis bukti mendukungnya seperti studi adopsi dan studi kembar. Dengan menggunakan metode ini para peneliti telah menemukan bukti heritabilitas yang signifikan dari hampir setiap perilaku yang telah mereka uji seperti, kesepian, Euro thisisme, menonton televisi perilaku buruk masa kanak-kanak, sikap sosial kinerja kognitif, pencapaian pendidikan, dan kecepatan belajar.

·  Modifikasi lingkungan

Bahkan suatu sifat dengan heritabilitas tinggi dapat dimodifikasi dengan intervensi lingkungan contoh utamanya adalah faniltketonuria atau PKU ketidakmampuan genetik untuk metabolisme asam amino. Jika PKU tidak diobati, fenilalanin terakumulasi ke tingkat beracun dan akan mengganggu perkembangan otak dan meninggalkan anak terbengkalai mental, gelisah dan mudah tersinggung.

 

C. Evolusi Perilaku

Charles Darwin, yang dikenal sebagai pendiri teori evolusi, dia tidak menyukai istilah evolusi. Dia memilih keturunan dengan modifikasi,menekankan gagasan perubahan tanpa harus menyiratkan perbaikan. Dan evolusi adalah perubahan dari generasi ke generasi dalam frekuensi berbagai gen dalam suatu populasi.  Kita dapat membedakan pertanyaan tentang evolusi: Bagaimana beberapa spesies berevolusi dan berkembang? Menanyakan bagaimana suatu spesies berevolusi berarti menanyakan apa yang berevolusi dari apa. Misalnya, ahli biologi menemukan bahwa manusia lebih mirip dengan simpanse daripada spesies lain. Pertanyaan tentang bagaimana spesies berkembang adalah pertanyaan tentang bagaimana proses itu bekerja, dan proses itu adalah hasil yang diperlukan dari apa yang kita ketahui tentang reproduksi.

·  Kesalahpahaman Umum tentang Evolusi

Apakah manusia berhenti berevolusi? Pengobatan modern bagi kehidupan bisa mencakup sebagian besar semua orang, dan sebagian orang menegaskan bahwa manusia tidak lagi tunduk pada prinsip "survival of the fittest". Oleh karena itu, menurut argumen, evolusi manusia telah melambat atau berhenti. Kelemahan dalam argumen ini adalah bahwa evolusi bergantung pada reproduksi, bukan hanya kelangsungan hidup. Jika orang dengan gen tertentu memiliki lebih dari jumlah rata-rata anak, gen mereka akan menyebar dalam populasi. Apakah "evolusi" berarti "perbaikan"? Menurut definisi, evolusi meningkatkan kebugaran, yang secara operasional didefinisikan sebagai jumlah salinan gen seseorang yang bertahan di generasi selanjutnya.. Namun, gen yang meningkatkan kebugaran pada satu waktu dan tempat mungkin tidak menguntungkan setelah perubahan lingkungan.

·  Evolusi otak

Manusia memiliki otak yang lebih besar dan lebih baik daripada spesies lain. Manusia mungkin dapat mengembangkan otak sebesar itu tanpa mengorbankan fungsi lainnya. Menurut penelitian, Dennett memberi kredit pada penelitian fungsi dan  sruktur  otak  manusia  yang  memampukannya  bertingkah  laku  tidak persis  dengan  spesies  lain.  Kompleksitas  otak  inilah  yang  mendasari keyakinan  bahwa  manusia  mengalami  evolusi  yang  serupa  tapi  tak  sama dengan spesies lain. Berdasar  sumber  dari  Dawkins  dan  Dennett,  dapat  dikatakan  bahwa secara  virtual  (teoretis)  seluruh  properti  dari  organisme  disebabkan  oleh proses seleksi; dan unit seleksi ini bukanlah individu, melainkan molekul replikatif bernama gen. Gen ini mengerahkan efeknya terutama di korteks prefrontal, area yang penting untuk memori, perhatian, ucapan, dan pengambilan keputusan Proses bekerjanya adalah bahwa setiap perilaku yang lewat dari satu orang ke  orang  lain  melalui  proses  imitasi  adalah  meme.

Menurut Dawkins  dan  Blackmore  adalah  bagaimana  meme  mengendalikan  gen terletak  pada  bagaimana  manusia  berevolusi , hingga  memiliki  otak  yang cukup  besar.  Otak  manusia  terhitung  besar  bila  dibandingkan  primate lainnya  dan  merupakan  dampak  dari  seleksi  alam  yang  memberikan keuntungan  biologis  bagi  manusia.

·  Psikologi Evolusioner

Psikologi evolusioner menyangkut bagaimana perilaku berkembang. Penekanannya adalah pada evolusioner dan fungsional — Dalam arti lainnya Psikologi evolusioner adalah satu pendekatan terhadap psikologi yang menerapkan pengetahuan-pengetahuan dan prinsip-prinsip biologi evolusioner untuk meneliti struktur pikiran manusia (Cosmides & Tooby, 1997).. Asumsinya adalah bahwa setiap karakteristik perilaku suatu spesies muncul melalui seleksi alam dan mungkin memberikan beberapa keuntungan.

Psikologi evolusioner memiliki sejumlah prinsip yang penting.

1. Seleksi alamiah (natural selection) . Proses evolusi adalah perubahan-perubahan struktur organisme sepanjang waktu. Perubahan-perubahan tersebut dilandasi oleh sebuah mekanisme yang bersifat kausal, yakni seleksi alamiah

2. Adaptasi (adaptation)

3. Mekanisme psikologis hasil evolusi (evolvedpsychological mechanism)

4. Peran sentral konteks dalam psikologi evolusioner

Untuk lebih menggambarkan psikologi evolusioner, pertimbangkan contoh yang menarik secara teoritis dari perilaku altruistik. Istilah  altruisme  (altruism)  digunakan  pertama  kali  pada  abad  ke-19 oleh filsuf Auguste Comte. Altruisme berasal dari kata Yunani “alteri” yang  berarti  orang  lain.  Penggunaan  istilah  “alteri”  oleh  Comte  pada dasarnya  untuk  menjelaskan  bahwa  setiap  orang  yang  hidup  di  muka bumi  ini  memiliki  sebuah  tanggung  jawab  moral  untuk  melayani  umat manusia  sepenuhnya,  sehingga setiap  orang  harus  memiliki  sikap  dan perilaku   yang   tidak   hanya   mementingkan   diri   sendiri,   tetapi   lebih mengutamakan kepentingan orang lain. Gen yang mendorong perilaku altruistik akan membantu individu lainnya. Contohnya seperti Beberapa orang yang mendonorkan ginjal mereka untuk menyelamatkan nyawa seseorang yang bahkan tidak mereka kenal.

Yang terbaik, psikologi evolusioner mengarah pada penelitian yang membantu kita memahami suatu perilaku. Pencarian penjelasan fungsional mengarahkan peneliti untuk mengeksplorasi habitat dan cara hidup spesies yang berbeda sampai kita memahami mengapa mereka berperilaku berbeda. Pendekatan ini dikritik ketika para praktisi mengajukan penjelasan tanpa mengujinya.

4.2 Perkembangan Otak

Banyak hal-hal yang dulunya tidak dapat kita lakukan tetapi seiring berkembangnya umur dalam bebebrapa tahun kita dapat melakukan berbagai hal yang kompleks seperti menganalisi membaca bahasa asing dan hal rumit lainnya yang dimana hal tersebut membuktikan dengan berkembangnya otak. Walaupun hal hal tersebut bergantung dengan pengalaman serta bagaimana kita mempelajari hal baru. Dalam modul ini, kita akan mempertimbangkan bagaimana neuron berkembang, bagaimana aksonnya terhubung, dan bagaimana pengalaman mengubah perkembangan.

 

A. Pematangan Otak Vertebrata

Sistem saraf pusat manusia mulai terbentuk ketika embrio berusia sekitar 2 minggu. Permukaan punggung menebal dan kemudian bibir tipis panjang naik, melengkung, dan menyatu, membentuk tabung saraf yang mengelilingi rongga berisi cairan (Gambar 4.9). Lalu saat tuba tenggelam di bawah permukaan kulit, ujung depan membesar dan berdiferensiasi menjadi otak belakang, otak tengah, dan otak depan (Gambar 4.10). Dan sisanya menjadi sumsum tulang belakang. Gerakan otot pertama dimulai pada usia 71⁄2 minggu yang didorong oleh sumsum tulang belakang , karena organ sensorik belum berfungsi.

 

Gambar 4.9 Perkembangan awal sistem saraf pusat manusia

Otak dan sumsum tulang belakang dimulai sebagai lipatan bibir yang mengelilingi saluran berisi cairan. Tahapan yang ditunjukkan terjadi pada sekitar 2 hingga 3 minggu setelah pembuahan.

 

Gambar 4.10 Otak manusia pada empat tahap perkembangan Otak depan yang tumbuh dengan cepat mengelilingi otak tengah dan sebagian dari otak belakang.

·  Pertumbuhan dan perkembangan Neuron

Ahli saraf membedakan proses ini dalam perkembangan neuron: proliferasi, migrasi, diferensiasi, mielinisasi, dan synaptogenesis. Proliferasi adalah produksi sel-sel baru. Pada awal perkembangan, sel-sel yang melapisi ventrikel otak membelah. Beberapa sel tetap di tempatnya sebagai sel induk, terus membelah. Lainnya menjadi neuron primitif dan glia yang bermigrasi ke lokasi lain.

Perbedaan utama antara otak manusia dan otak simpanse adalah bahwa neuron manusia terus berkembang biak lebih lama. Semua neuron terbentuk dalam 28 minggu pertama kehamilan, yang berarti kelahiran prematur menghambat pembentukan neuron.

Pada awal perkembangannya, neuron primitif mulai bermigrasi (bergerak). Ada yang bergerak lebih cepat ataupun lebih lambat. Beberapa bergerak secara radial, beberapa bergerak secara tangensial, beberapa bergerak secara tangensial dan kemudian secara radial. Bahan kimia imunoglobulin dan kemokin memandu migrasi neuron. Memiliki banyak jenis imunoglobulin dan kemokin, mungkin mencerminkan kompleksitas perkembangan otak.

Awalnya, neuron primitif terlihat seperti sel lainnya. Secara bertahap, neuron berdiferensiasi, membentuk akson dan dendritnya. Akson tumbuh terlebih dahulu. Ada dua kasus, dalam banyak kasus, neuron yang bermigrasi menarik aksonnya yang sedang tumbuh seperti ekor dalam kasus lain, akson perlu tumbuh menuju targetnya, menemukan jalannya melalui hutan sel dan serat lain.

Selanjutnya dan lebih lambat dari perkembangan saraf adalah mielinisasi, proses di mana glia menghasilkan selubung lemak penyekat yang mempercepat transmisi di banyak akson vertebrata. Tidak seperti proliferasi dan migrasi neuron yang cepat, mielinisasi berlanjut secara bertahap melalui masa remaja dan dewasa awal, dan mungkin setelahnya.

Terakhir adalah sinaptogenesis, atau pembentukan sinapsis. Proses ini berlanjut sepanjang hidup meski dimulai sebelum kelahiran, karena neuron membentuk sinapsis baru dan membuang yang lama.

·  Neuron Baru Di Kemudian Hari

Pada karya Cajal di akhir 1800-an menyatakan bahwa otak vertebrata membentuk semua neuron mereka dalam perkembangan embriologis atau paling lambat awal masa bayi.

Penelitian awal tentang pembentukan neuron baru menggunakan hewan pengerat laboratorium, dan penelitian selanjutnya menemukan hasil yang agak berbeda dengan manusia. Salah satu cara untuk menguji neuron yang baru terbentuk menggunakan pengukuran isotop radioaktif karbon, 14C. Konsentrasi 14C di atmosfer, dibandingkan dengan isotop karbon lainnya, hampir konstan dari waktu ke waktu sampai era pengujian bom nuklir melepaskan banyak radioaktivitas.

Peneliti memeriksa neuron di korteks serebral (orang mati pada otopsi), mereka menemukan konsentrasi 14C yang sesuai dengan tahun kelahiran orang tersebut. Hasil ini menunjukkan bahwa korteks serebral mamalia membentuk sedikit atau tidak ada neuron baru setelah lahir, setidaknya dalam keadaan normal (Spalding, Bhardwaj, Buchholz, Druid, & Frisén, 2005). Mereka juga menemukan bahwa konsentrasi 14C dalam bulbus olfaktorius manusia berhubungan dengan tahun kelahiran (Bergmann et al., 2012). Jelas, tidak seperti hewan pengerat, manusia tidak membuat neuron baru di bulbus olfaktorius. Konsentrasi 14C hippocampus manusia menunjukkan bahwa kita mengganti sedikit kurang dari 2 persen neuron di area itu per tahun (Spalding et al., 2013).

 

B. Pencarian jalan oleh Akson

Sistem saraf yang sedang berkembang menghadapi tantangan karena mengirimkan akson melalui jarak yang sangat jauh. Seperti bagaimana kita harus memberikan instruksi terperinci tentang cara menemukan kota, gedung, dan meja yang tepat di wilayah yang luas.

·  Pencarian Jalur Kimia oleh Akson

Seorang ahli biologi terkenal, Paul Weiss (1924), melakukan eksperimen di mana ia mencangkokkan kaki ekstra ke salamander dan kemudian menunggu akson tumbuh ke dalamnya. Setelah akson mencapai otot, kaki ekstra bergerak masuk sinkron dengan kaki normal di sebelahnya.

Menurutnya Otot-otot itu seperti radio yang disetel ke stasiun yang berbeda: Setiap otot menerima banyak sinyal tetapi hanya menanggapi satu, konsep tersebut seperti tahun 1920-an yaitu hari-hari awal radio, dan merupakan analogi yang menarik untuk berpikir bahwa sistem saraf mungkin bekerja seperti radio.

-   Spesifisitas Koneksi Akson

Selanjutnya mendukung interpretasi yang ditolak Weiss, Roger Sperry, mantan mahasiswa Weiss melakukan eksperimen klasik yang menunjukkan bagaimana akson sensorik menemukan jalan mereka ke target yang benar. Prinsipnya sama dengan akson yang menemukan jalannya ke otot. Pertama ia memotong saraf optik beberapa kadal air. Saraf optik yang rusak tumbuh kembali dan terhubung dengan tektum, yang merupakan area visual utama amfibi (Gambar 4.11), sehingga mengembalikan penglihatan normal. Sperry melakuakan eksperimen dengan kadal berikutnya yang akhirnya memberikan kesimpulan bahwa setiap akson beregenerasi ke tempat yang sama di tempat asalnya, mungkin dengan mengikuti jejak kimiawi.

-   Gradien Kimia

Berikutnya yaitu, Bagaimana akson menemukan targetnya?. Akson yang tumbuh mengikuti jalur molekul permukaan sel, tertarik oleh beberapa bahan kimia dan ditolak oleh yang lain, dalam proses yang mengarahkan akson ke arah yang benar. Akson dengan konsentrasi terendah terhubung ke sel tektal dengan konsentrasi terendah. Gradien serupa dari protein lain menyelaraskan akson sepanjang sumbu anterior-posterior (Gambar 4.13). Dengan analogi, Anda dapat membayangkan pria berbaris dari yang tertinggi ke terpendek, berpasangan dengan wanita yang berbaris dari tertinggi ke terpendek.

 

Gambar 4.11 Koneksi dari mata ke otak pada katak

 

Gambar 4.12 Eksperimen Sperry pada sambungan saraf pada kadal air

Setelah dia memotong saraf optik dan membalikkan mata, akson tumbuh kembali ke target semula, bukan ke target yang sesuai dengan posisi mata saat ini.

Gambar 4.13 Akson retina menemukan target di tektum dengan mengikuti gradien kimia

Satu protein sebagian besar terkonsentrasi di retina dorsal dan tektum ventral. Akson yang kaya protein itu menempel pada neuron tektal yang juga kaya akan bahan kimia itu. Protein kedua mengarahkan akson dari retina posterior ke bagian anterior tektum.

·  Persaingan di antara akson sebagai Prinsip Umum

Ketika akson awalnya mencapai target mereka, gradien kimia mengarahkan mereka ke sekitar lokasi yang benar, tetapi akan sulit untuk membayangkan bahwa mereka mencapai akurasi yang sempurna. Sebaliknya, setiap akson membentuk sinapsis ke banyak sel di sekitar lokasi yang benar, dan setiap sel target menerima sinapsis dari banyak akson. Seiring waktu, setiap sel postsinaptik memperkuat sinapsis yang paling tepat dan menghilangkan yang lain. Penyesuaian ini tergantung pada pola input dari akson yang masuk.

Darwinisme saraf menyebut Dalam perkembangan sistem saraf, kita mulai dengan lebih banyak neuron dan sinapsis daripada yang bisa kita pertahankan. Akson dan sinanpsis menggunakan prinsip kompetisi yang dimana itu merupakan prinsip yang penting, meskipun kita harus menggunakan analogi dengan evolusi Darwin dengan hati-hati.

 

C. Penentu Kelangsungan Hidup Neuronal

Mendapatkan jumlah neuron yang tepat untuk setiap area sistem saraf lebih rumit daripada yang terlihat. Pertimbangkan sebuah contoh. Sistem saraf simpatis mengirimkan akson ke otot dan kelenjar. Setiap ganglion memiliki akson yang cukup untuk memasok otot dan kelenjar di daerahnya, tanpa akson yang tersisa. Dulu, satu hipotesis adalah bahwa otot mengirim pesan kimia untuk memberi tahu ganglion simpatik berapa banyak neuron yang harus dibentuk dan Levi-Montalcini menyangkal hipotesis ini.

Selanjutnya ada Moses Chao yang meneliti dan menemukan bahwa otot tidak menentukan berapa banyak akson yang terbentuk; mereka menentukan berapa banyak yang bertahan.

Awalnya, sistem saraf simpatik membentuk neuron jauh lebih banyak daripada yang dibutuhkannya. Ketika salah satu neuronnya membentuk sinaps ke otot, otot tersebut mengirimkan protein yang disebut faktor pertumbuhan saraf (NGF) yang mendorong kelangsungan hidup dan pertumbuhan akson (Levi-Montalcini, 1987). Akson yang tidak menerima NGF berdegenerasi, dan badan selnya mati

 

Gambar 4.14Kehilangan sel selama perkembangan sistem saraf Jumlah neuron motorik di sumsum tulang belakang janin manusia tertinggi pada 11 minggu dan turun terus sampai sekitar 25 minggu. Akson yang gagal membuat sinapsis mati.

mengembangkan sistem saraf membuat neuron jauh lebih banyak daripada yang akan bertahan sampai dewasa. Setiap area otak memiliki periode kematian sel yang masif, dipenuhi sel-sel mati dan sekarat (lihat Gambar 4.14). Hilangnya sel ini adalah bagian alami dari perkembangan. Faktanya, hilangnya sel-sel di area otak tertentu sering menunjukkan pematangan. Misalnya, remaja kehilangan sel di bagian korteks prefrontal sementara aktivitas saraf meningkat di area Pematangan sel-sel yang berhasil terkait dengan hilangnya sel-sel yang kurang berhasil secara bersamaan. Faktor pertumbuhan saraf adalah neurotropin, yang berarti bahan kimia yang meningkatkan kelangsungan hidup dan aktivitas neuron.  Neurotropin sangat penting untuk pertumbuhan akson dan dendrit, pembentukan sinapsis baru, dan pembelajaran. Meskipun neurotropin sangat penting untuk kelangsungan hidup neuron motorik di perifer, mereka tidak mengontrol kelangsungan hidup neuron di dalam otak. Ketika neuron kortikal mencapai usia tertentu dalam perkembangan awal, persentase tertentu dari mereka mati. Berapa banyak neuron yang hadir tampaknya tidak menjadi masalah. . Eksperimen mentransplantasikan neuron ekstra ke korteks tikus tanpa efek nyata pada kelangsungan hidup neuron yang sudah ada Apa yang mengontrol kematian neuron di otak belum dipahami, tetapi salah satu faktornya mungkin neuron membutuhkan input dari neuron yang masuk. Dalam satu studi, peneliti memeriksa tikus dengan cacat genetik yang mencegah pelepasan neurotransmiter. Otak awalnya dirakit anatomi normal, tetapi kemudian neuron mulai mati dengan cepat.

 

D. Otak berkembang Rentan

Tahap awal perkembangan sangat mirip antar spesies. Serangkaian gen yang dikenal sebagai gen homeobox ditemukan pada vertebrata, serangga, tumbuhan, bahkan jamur dan ragi mengatur ekspresi gen lain dan mengontrol awal perkembangan anatomi, termasuk hal-hal seperti yang ujung depan dan belakang. Semua gen ini berbagi urutan besar basa DNA. Mutasi pada satu gen homeobox menyebabkan serangga membentuk kaki di tempat antena mereka seharusnya berada, atau membentuk satu set sayap tambahan. Pada manusia, mutasi pada gen homeobox telah dikaitkan dengan banyak gangguan otak termasuk keterbelakangan mental, serta kelainan bentuk fisik. Selama perkembangan awal, otak sangat rentan terhadap malnutrisi, bahan kimia beracun, dan infeksi yang hanya akan menghasilkan masalah ringan di usia selanjutnya. Misalnya, gangguan fungsi tiroid menghasilkan kelesuan pada orang dewasa tetapi keterbelakangan mental pada bayi. (Defisiensi tiroid adalah umum di masa lalu karena kekurangan yodium. Sekarang jarang terjadi karena garam meja diperkaya dengan yodium.) Demam hanyalah gangguan bagi orang dewasa, tetapi mengganggu proliferasi neuron pada janin (Laburn, 1996). Glukosa darah rendah menurunkan semangat orang dewasa, tetapi sebelum lahir, itu mengganggu perkembangan otak.

Gambar di sampng merupakan penipisan kortikal sebagai akibat dari paparan alkohol prenatal Area kortikal yang ditandai dengan warna merah rata-rata lebih tipis pada orang dewasa yang ibunya minum alkohol selama kehamilan. Otak bayi sangat rentan terhadap kerusakan akibat alkohol. Anak-anak dari ibu yang banyak minum selama kehamilan dilahirkan dengan:sindrom alkohol janin, suatu kondisi yang ditandai dengan hiperaktif, impulsif, kesulitan mempertahankan perhatian, berbagai tingkat keterbelakangan mental, masalah motorik, cacat jantung, dan kelainan wajah. Minum selama kehamilan menyebabkan penipisan korteks serebral yang bertahan hingga dewasa. Paparan alkohol merusak otak dalam beberapa cara. Pada tahap awal kehamilan, itu mengganggu proliferasi neuron. Beberapa saat kemudian, itu mengganggu migrasi dan diferensiasi neuron. Masih kemudian, itu merusak transmisi sinaptik. . Alkohol menghambat reseptor untuk glutamat, pemancar rangsang utama otak, dan meningkatkan reseptor untuk GABA, pemancar penghambat utama. Karena penurunan eksitasi bersih, banyak neuron mengalami apoptosis (Ikonomidou et al., 2000). Kerusakan lebih lanjut terjadi setelah pertarungan minum. Sementara alkohol menghambat reseptor glutamat, banyak neuron mengimbanginya dengan membangun lebih banyak reseptor glutamat dengan cepat. Kemudian, ketika alkohol keluar, glutamat mengeksitasi reseptornya secara berlebihan, membawa kelebihan natrium dan kalsium ke dalam sel dan meracuni mitokondria. Hasilnya adalah peningkatan kematian sel di beberapa area otak. Otak yang belum matang juga sangat responsif terhadap pengaruh dari ibu. Jika induk tikus terkena pengalaman stres, ia menjadi lebih takut, ia menghabiskan lebih sedikit waktu dari biasanya menjilati dan merawat anaknya, dan keturunannya menjadi lebih takut secara permanen dalam berbagai situasi. Secara analog, anak-anak dari perempuan miskin dan korban kekerasan rata-rata mengalami peningkatan masalah baik dalam kehidupan akademik maupun sosial mereka. Mekanisme pada manusia tidak persis sama dengan tikus, tetapi prinsip keseluruhannya serupa: Stres pada ibu mengubah perilakunya dengan cara yang mengubah perilaku anaknya.

 

E. Diferensiasi korteks

Neuron yang belum matang secara eksperimental ditransplantasikan dari satu bagian korteks yang sedang berkembang ke bagian lain yang mengembangkan sifat-sifat karakteristik lokasi baru mereka. Namun, neuron yang ditransplantasikan pada tahap yang sedikit lebih lambat mengembangkan beberapa sifat baru sambil mempertahankan beberapa sifat lama . Ini seperti ucapan anak-anak imigran: Mereka yang memasuki suatu negara ketika masih sangat muda menguasai pengucapan yang benar, sedangkan anak-anak yang lebih tua mempertahankan aksen. Dalam satu eksperimen yang menarik, para peneliti mengeksplorasi apa yang akan terjadi pada bagian pendengaran yang belum matang di otak jika mereka menerima masukan dari mata, bukan dari telinga. Ferretsmammals dalam keluarga musang dilahirkan begitu belum matang sehingga saraf optik mereka (dari mata) belum mencapai thalamus. Di satu sisi otak, para peneliti merusak kolikulus superior dan korteks oksipital, dua target utama saraf optik. Di sisi itu, mereka juga merusak input pendengaran. Oleh karena itu, saraf optik tidak dapat menempel pada target biasanya, dan area pendengaran talamus tidak memiliki input yang biasa. Akibatnya, saraf optik melekat pada apa yang biasanya merupakan area pendengaran talamus. Kira-kira apa yang terjadi? Apakah input visual menyebabkan sensasi pendengaran, atau apakah area pendengaran di otak berubah menjadi area visual? Hasilnya, adalah ini Apa yang akan menjadi talamus pendengaran dan korteks direorganisasi, mengembangkan beberapa (tetapi tidak semua) dari penampilan karakteristik area visual.

F. Penyesuaian dengan pengalaman

Cetak biru untuk sebuah rumah menentukan rencana keseluruhan, tetapi karena arsitek tidak dapat mengantisipasi setiap detail, pekerja konstruksi sering kali harus berimprovisasi. Hal yang sama berlaku untuk sistem saraf Anda. Karena kehidupan yang tidak dapat diprediksi, otak kita telah mengembangkan kemampuan untuk merombak diri sebagai respons terhadap pengalaman.

·  Pengalaman dan percabangan dendritik

Beberapa dekade yang lalu, para peneliti meragukan bahwa neuron dewasa secara substansial mengubah bentuknya. Meskipun struktur pusat dendrit menjadi stabil pada masa remaja, cabang perifer dendrit tetap fleksibel sepanjang hidup Pengalaman memandu perubahan saraf. Mari kita mulai dengan contoh sederhana. Beberapa dekade yang lalu, tikus laboratorium biasanya hidup sendirian di kandang abu-abu kecil. Bayangkan sebaliknya beberapa tikus di kandang yang lebih besar dengan beberapa objek untuk dijelajahi. Para peneliti menyebut ini sebagai lingkungan yang diperkaya, tetapi diperkaya hanya jika dibandingkan dengan pengalaman yang dirampas dari kandang tikus biasa. Seekor tikus di lingkungan yang lebih merangsang mengembangkan korteks yang lebih tebal, lebih banyak percabangan dendritik, dan pembelajaran yang lebih baik Lingkungan yang merangsang meningkatkan pertumbuhan akson dan dendrit pada banyak spesies lain juga. Sebagai hasil dari penelitian ini, sebagian besar tikus saat ini disimpan di lingkungan yang lebih kaya daripada biasanya di masa lalu. Kita mungkin mengira bahwa perubahan saraf dalam lingkungan yang diperkaya bergantung pada pengalaman menarik dan interaksi sosial. Tidak diragukan beberapa dari mereka melakukannya, tetapi sebagian besar peningkatan yang dihasilkan oleh lingkungan yang diperkaya adalah karena aktivitas fisik. Menggunakan roda berjalan meningkatkan pertumbuhan akson dan dendrit, bahkan untuk hewan pengerat dalam isolasi

Gambar 4.17Perubahan pohon dendritik dari dua neuron tikus Selama sebulan, beberapa cabang memanjang dan yang lain memendek. 

Gambar 4.18 efek dari lingkungan yang merangsang (Sebuah)Ikan permata yang dipelihara dalam isolasi mengembangkan neuron dengan lebih sedikit cabang. Di hipokampus, banyak neuron lama mati karena apoptosis dan yang baru terbentuk untuk menggantikannya, disertai dengan proliferasi. Semua perubahan ini berkorelasi dengan peningkatan pembelajaran dan memori. Bisakah kita memperluas hasil ini ke manusia? Bisakah kita, misalnya, meningkatkan kecerdasan orang dengan memberi mereka lingkungan yang lebih kaya? Ini tidak semudah itu. Pendidik telah lama beroperasi dengan asumsi bahwa melatih anak-anak untuk melakukan sesuatu yang sulit akan meningkatkan kecerdasan mereka secara umum. Dulu, sekolah-sekolah Inggris mengajar anak-anak bahasa Yunani dan Latin. Hari ini mungkin kalkulus, tetapi dalam kedua kasus, idenya adalah untuk mengajarkan satu hal dan berharap siswa menjadi lebih pintar dengan cara lain juga. Istilah psikologisnya adalah "transfer jauh". Secara umum, transfer jauh adalah efek yang lemah. Kebanyakan intervensi yang dicoba untuk meningkatkan memori dan penalaran orang hanya menghasilkan manfaat kecil. Otak Anda tidak seperti otot, di mana Anda bisa melatihnya menjadi lebih besar dan lebih kuat. Demikian pula, banyak orang menyarankan orang tua untuk melakukan teka-teki silang atau teka-teki sudoku untuk "melatih otak mereka." Studi korelasional menunjukkan bahwa orang yang terlibat dalam aktivitas semacam itu tetap waspada secara mental lebih lama dari rata-rata, tetapi kami tidak dapat menyimpulkan sebab dan akibat. Mungkin mengerjakan teka-teki membantu menjaga otak tetap aktif, tetapi interpretasi lainnya adalah bahwa orang yang sudah memiliki otak aktif lebih cenderung mengerjakan teka-teki daripada rata-rata.

·  Efek dari pengalaman khusus

Upaya untuk meningkatkan perkembangan otak secara keseluruhan menghasilkan efek sederhana terbaik. Namun, pengalaman berkepanjangan dari jenis tertentu sangat meningkatkan kemampuan otak untuk melakukan fungsi yang sama lagi, terutama jika pelatihan dimulai sejak awal kehidupan.

-   Adaptasi Otak pada Orang Buta Sejak Bayi

Apa yang terjadi pada otak jika salah satu sistem sensorik terganggu? Ingat percobaan pada musang, di mana akson dari sistem visual, tidak dapat menghubungi target normal mereka, melekat pada area otak yang biasanya di khususkan untuk pendengaran, dan berhasil mengubahnya menjadi area visual yang kurang lebih memuaskan. Mungkinkah hal serupa terjadi di otak orang yang lahir tuli atau buta? Orang sering mengatakan bahwa orang buta menjadi lebih baik dari biasanya pada sentuhan dan pendengaran. Pernyataan itu benar, tetapi kita perlu lebih spesifik. Orang buta meningkatkan perhatian mereka pada sentuhan dan suara, berdasarkan latihan. Para peneliti menemukan bahwa orang buta memiliki kepekaan sentuhan jari yang lebih besar dari rata-rata, terutama orang buta yang membaca Braille dan karena itu melatih kepekaan jari mereka secara ekstensif. Dalam beberapa penelitian, peneliti meminta orang yang melihat dan orang buta sejak bayi untuk merasakan huruf Braille atau benda lain dan mengatakan apakah dua benda itu sama atau berbeda. Rata-rata, orang buta tampil lebih akurat daripada orang yang bisa melihat, seperti yang Anda duga. Untuk memeriksa ulang kesimpulan ini, peneliti meminta orang untuk melakukan jenis tugas yang sama selama waktu sementara inaktivasi korteks oksipital. Stimulasi magnetik yang intens pada kulit kepala untuk sementara menonaktifkan neuron di bawah magnet. Menerapkan prosedur ini ke korteks oksipital orang yang buta mengganggu kemampuan mereka untuk mengidentifikasi simbol Braille, sedangkan itu tidak merusak persepsi sentuhan pada orang yang melihat. Singkatnya, orang buta, tidak seperti orang yang dapat melihat, menggunakan korteks oksipital untuk membantu mengidentifikasi apa yang mereka rasakan. Pada orang buta sejak lahir atau anak usia dini, korteks oksipital juga merespons informasi pendengaran, karena koneksi yang kuat dari korteks temporal ke korteks oksipital. Akibatnya, korteks oksipital berkontribusi pada pemahaman bahasa pada orang buta, tidak seperti orang yang terlihat. Sama seperti orang yang buta sejak usia dini menjadi lebih sensitif terhadap sentuhan dan suara, orang yang tuli sejak usia dini menjadi lebih responsif terhadap sentuhan dan penglihatan. Sama seperti sentuhan dan suara datang untuk mengaktifkan apa yang akan menjadi korteks visual pada orang buta, sentuhan dan penglihatan datang untuk mengaktifkan apa yang akan menjadi korteks pendengaran pada orang tuli.

-   Pelatihan Musik

Suatu studi melakukan penelitian menggunakan magnetoencephalography untuk merekam respons korteks pendengaran terhadap nada murni. Respons pada musisi sekitar dua kali lebih kuat dari pada nonmusisi. Pemeriksaan otak mereka menggunakan MRI, dan menemukan bahwa satu area korteks temporal di belahan kanan sekitar 30 persen lebih besar pada musisi (Schneider et al., 2002). Studi lain juga menemukan peningkatan respons struktur otak subkortikal terhadap suara musik dan suara ucapan, dibandingkan dengan nonmusisi (Herdener et al., 2010; Lee, Skoe, Kraus, & Ashley, 2009; Musacchia, Sams, Skoe, & Kraus, 2007). Bahkan pelatihan musik selama tiga tahun di masa kanak-kanak menghasilkan peningkatan yang terukur dalam respons batang otak terhadap suara (Skoe & Kraus, 2012).

Menurut sebuah penelitian menggunakan MRI, materi abu-abu dari beberapa area kortikal lebih tebal pada musisi profesional daripada amatir dan lebih tebal pada amatir daripada nonmusisi (Gaser & Schlaug, 2003). Area yang paling terpengaruh terkait dengan kontrol tangan dan penglihatan (yang penting untuk membaca musik). Sebuah studi terkait pada pemain alat musik gesek menemukan bahwa bagian yang lebih besar dari normal korteks somatosensori di belahan kanan dikhususkan untuk mewakili jari-jari tangan kiri, yang mereka gunakan untuk mengontrol senar (Elbert, Pantev, Wienbruch, Rockstroh, & Taub, 1995). Area yang dikhususkan untuk jari kiri adalah yang terbesar pada mereka yang memulai latihan musik mereka lebih awal dan karena itu juga berlanjut selama bertahun-tahun.

           

 

Hasil ini menunjukkan bahwa berlatih keterampilan mengatur ulang otak untuk memaksimalkan kinerja keterampilan itu. Namun, hipotesis alternatif adalah bahwa karakteristik otak yang ada sejak lahir menarik orang untuk satu pekerjaan atau yang lain. Struktur korteks pendengaran memprediksi siapa yang dapat belajar paling cepat untuk membedakan suara bicara yang sangat mirip atau tidak dikenal (Golestani, Molko, Dehaene, LeBihan, & Palier, 2007; Golestani, Price, & Scott, 2011).

Peneliti memeriksa 15 anak usia 6 tahun yang memulai pelajaran piano dan 16 anak lainnya yang tidak mengikuti pelajaran musik. Pada awal pelatihan, baik pemindaian otak maupun tes kognitif tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan antara kedua kelompok. Setelah 15 bulan, kelompok yang dilatih tampil lebih baik dalam pengukuran ritme dan diskriminasi melodi, dan mereka menunjukkan pembesaran area otak yang bertanggung jawab untuk pendengaran dan gerakan tangan, mirip dengan yang terlihat pada musisi dewasa (Hyde et al., 2009a, 2009b). Hasil ini menyiratkan bahwa perbedaan otak adalah hasil dari pelatihan musik, bukan penyebabnya.

-   Pelatihan Khusus di Masa Dewasa

Pelatihan khusus terhadap orang dewasa dapat menyebabkan perubahan anatomi pada otak. Apa pun yang kita pelajari pasti memiliki efek pada otak. Membaca kalimat ini barusan juga dapat mengatur ulang beberapa molekul di otak kita. Masalah yang banyak dipertanyakan orang-orang adalah “apakah pengalaman orang dewasa menghasilkan efek yang cukup besar sehingga kita dapat mengamatinya dengan MRI atau teknologi serupa?.”

Banyak penelitian melaporkan perubahan anatomi otak orang dewasa dari tugas-tugas seperti belajar menyulap tiga bola (Draganski et al., 2004; Zatorre, Fields, & Johansen-Berg, 2012), 16 jam bermain video game yang kompleks (Colom et al., 2012), atau 40 jam bermain golf untuk pertama kalinya (Bezzola, Mérillat, Gaser, & Jäncke, 2011). Namun, para skeptis mengajukan keberatan yang serius (Thomas & Baker, 2013): Banyak penelitian membandingkan MRI rata-rata dari seluruh otak kelompok terlatih dengan seluruh otak kelompok kontrol. Akibatnya, mereka menguji sejumlah besar hipotesis sekaligus — satu hipotesis untuk setiap area otak.

 Prosedur tersebut memiliki risiko tinggi untuk menemukan hasil yang nyata secara tidak sengaja, terutama ketika kita mempertimbangkan bahwa beberapa perbedaan otak yang dilaporkan kurang dari sepersepuluh milimeter. Juga, dalam kebanyakan kasus, tidak ada yang melaporkan upaya untuk mereplikasi hasil, atau jika mereka melakukannya, studi kedua tidak menemukan hasil yang sama seperti studi pertama. Satu-satunya temuan yang direplikasi adalah bahwa latihan fisik memperluas bagian hipokampus pada orang tua. Singkatnya, kita harus menyimpan penilaian tentang sebagian besar efek yang dilaporkan dari pengalaman singkat pada otak orang dewasa.

-   Ketika Reorganisasi Otak Berjalan Terlalu Jauh

Jika bermain musik, atau berlatih apa pun, memperluas area otak yang relevan, perubahannya bagus, bukan? Biasanya begitu, tapi tidak selalu. Seperti disebutkan, ketika orang bermain piano atau alat musik gesek berjam-jam sehari selama bertahun-tahun, representasi tangan meningkat di korteks somatosensori. Bayangkan representasi normal dari jari-jari di korteks:

  

Dengan latihan musik yang ekstensif, representasi jari yang meluas mungkin menyebar seperti ini:

Atau representasi semua jari dapat tumbuh dari sisi ke sisi tanpa menyebar sehingga representasi setiap jari tumpang tindih dengan jari tetangganya:

                

Dalam beberapa kasus, proses terakhir memang terjadi, sehingga stimulasi pada satu jari merangsang sebagian besar area kortikal yang sama dengan jari lainnya (Byl, McKenzie, & Nagarajan, 2000; Elbert et al., 1998; Lenz & Byl, 1999; Sanger, Pascual-Leone, Tarsy, & Schlaug, 2001; Sanger, Tarsy, & Pascual-Leone, 2001). Jika Anda tidak dapat dengan jelas merasakan perbedaan antara satu jari dan jari lainnya, sulit untuk menggerakkannya secara mandiri. Selanjutnya, korteks motorik juga berubah. Representasi jari tengah mengembang, tumpang tindih dan menggusur representasi jari telunjuk dan jari kelingking. Satu atau lebih jari dapat mengalami kontraksi konstan (Beck et al., 2008; Burman, LieNemeth, Brandfonbrener, Parisi, & Meyer, 2009). Kondisi ini, dikenal sebagai "kram musisi" atau lebih formal sebagai distonia tangan fokus,bisa menjadi akhir karir bagi seorang musisi.

 

G. Perkembangan Otak dan Perkembangan Perilaku

·  Masa Remaja

Remaja secara luas dianggap sebagai impulsif dan cenderung mencari kesenangan langsung, dibandingkan dengan orang dewasa. Impulsif adalah masalah jika mengarah pada mengemudi berisiko, minum, seks, belanja, dan sebagainya.

Banyak penelitian telah menemukan bahwa manusia remaja menunjukkan respons otak yang lebih kuat daripada orang dewasa yang lebih tua ketika mengantisipasi penghargaan, dan respons yang lebih lemah di area korteks prefrontal yang bertanggung jawab untuk menghambat perilaku (Geier, Terwilliger, Teslovich, Velanova, & Luna, 2010; Luna, Padmanabhan , & O'Hearn, 2010).

Jenis bukti tersebut mempengaruhi Mahkamah Agung AS untuk memutuskan bahwa remaja kurang bertanggung jawab atas tindakan mereka daripada orang dewasa, karena mereka kurang mampu menahan impuls mereka (Steinberg, 2013). Namun, meskipun korteks prefrontal memang kurang matang pada remaja, ketidakdewasaannya hanya sebagian dari penjelasan impulsivitas. Remaja tidak mampu menahan impuls mereka, dan dalam banyak tes laboratorium mereka menghambat impuls seperti halnya orang dewasa. Impulsivitas tinggi terjadi hampir seluruhnya dalam situasi sosial ketika remaja mencoba untuk mengesankan teman-teman mereka (Casey & Caudle, 2013; Crone & Dahl, 2012; Luna et al., 2010; Reyna & Farley, 2006). Remaja sangat responsif terhadap dukungan sosial dan pengaruh sosial.

·  Usia Tua

Banyak penelitian mengkonfirmasi bahwa, rata-rata, ingatan dan penalaran orang tua mulai memudar. Banyak neuron kehilangan beberapa sinapsisnya, dan sinapsis yang tersisa berubah lebih lambat dari sebelumnya sebagai respons terhadap pengalaman (Gan, Kwon, Feng, Sanes, & Lichtman, 2003; Grutzendler, Kasthuri, & Gan, 2002; Morrison & Baxter, 2012) . Neuron di korteks prefrontal menjadi kurang mampu mempertahankan tingkat penembakan yang tinggi saat menyimpan memori kerja (M. Wang et al., 2011). Ketebalan korteks temporal rata-rata menyusut sekitar setengah persen per tahun (Fjell et al., 2009). Korteks frontal mulai menipis pada usia30 (Brans et al., 2010).

Volume hippocampus juga secara bertahap menurun di usia tua, dan aspek-aspek tertentu dari memori menurun sebanding dengan hilangnya hippocampus (Erickson et al., 2010). Orang tua cenderung menurun dengan cepat setelah cedera atau sakit karena peradangan otak, meskipun latihan fisik dapat membantu membalikkan penurunan tersebut (Barrientos et al., 2011).

 

4.3 Plastisitas Setelah Kerusakan Otak

Hampir semua orang yang selamat dari kerusakan otak menunjukkan pemulihan perilaku sampai tingkat tertentu. Beberapa mekanisme bergantung pada pertumbuhan cabang baru akson dan dendrit, mirip dengan mekanisme perkembangan otak. Memahami proses mengarah pada terapi yang lebih baik untuk orang dengan kerusakan otak dan berkontribusi pada pemahaman kita tentang fungsi otak.

A . Kerusakan Otak dan Pemulihan Jangka Pendek

         Kemungkinan penyebab kerusakan otak disebabkan oleh tumor, infeksi, paparan radiasi atau zat beracun, dan kondisi degeneratif seperti penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer. Pada orang muda, penyebab paling umum adalah cedera kepala tertutup, pukulan keras di kepala yang tidak menusuk otak. Efek cedera kepala tertutup tergantung pada tingkat keparahan dan frekuensi. Mungkin sebagian besar, anak-anak dan dewasa muda mengalami setidaknya pukulan ringan di kepala karena jatuh dari sepeda atau kecelakaan serupa, dari mana mereka pulih dalam beberapa hari. Cedera kepala berulang, yang umum terjadi pada olahraga tertentu, lebih mengkhawatirkan (Shaughnessy, 2009). Setelah cedera kepala parah, pemulihannya lambat dan seringkali tidak lengkap (Forsyth, Salorio, & Christensen, 2010).

         Salah satu penyebab kerusakan setelah cedera kepala tertutup adalah gaya rotasi yang mendorong jaringan otak melawan bagian dalam tengkorak. Penyebab lainnya adalah pembekuan darah yang mengganggu aliran darah ke otak (Kirkpatrick, Smielewski, Czosnyka, Menon, & Pickard, 1995).

·  Mengurangi Bahaya dari Stroke

Penyebab umum kerusakan otak, terutama pada orang tua, adalah gangguan sementara aliran darah normal ke area otak selama stroke, atau dikenal juga sebagai kecelakaan serebrovaskular. Jenis stroke yang lebih umum adalah iskemia, akibat dari pembekuan darah atau penyumbatan lain di arteri. Jenis yang kurang umum adalah pendarahan akibat dari arteri yang pecah. Efek stroke bervariasi dari yang hampir tidak terlihat hingga yang langsung berakibat fatal.

Pada iskemia, neuron yang kekurangan darah kehilangan banyak suplai oksigen dan glukosa. Dalam perdarahan, mereka dibanjiri dengan darah dan kelebihan oksigen, kalsium, dan bahan kimia lainnya. Baik iskemia dan perdarahan menyebabkan banyak masalah yang sama, termasuk: busung (akumulasi cairan), yang meningkatkan tekanan pada otak dan kemungkinan stroke tambahan (Unterberg, Stover, Kress, & Kiening, 2004). Baik iskemia dan perdarahan juga merusak pompa natrium-kalium, yang menyebabkan akumulasi natrium di dalam neuron. Kombinasi edema dan kelebihan natrium memicu pelepasan berlebihan pemancar glutamat (Rossi, Oshima, & Attwell, 2000), yang merangsang neuron secara berlebihan, dan dapat merusak neuron dan sinapsis (Castro-Alvarez, Gutierrez-Vargas, Darnaudéry, & CardonaGómez, 2011).

-   Perawatan Segera

Baru-baru ini pada 1980-an, rumah sakit tidak banyak menawarkan kepada pasien stroke. Saat ini, prospeknya bagus untuk iskemia jika dokter bertindak cepat. Obat yang disebutaktivator plasminogen jaringan (tPA) memecah bekuan darah (Barinaga, 1996). Untuk mendapatkan manfaat, pasien harus menerima tPA dengan cepat, setidaknya dalam waktu 4,5 jam setelah stroke. Bangsal darurat telah meningkatkan waktu tanggap mereka, tetapi faktor pembatasnya adalah sebagian besar korban stroke tidak sampai ke rumah sakit dengan cukup cepat (Evenson, Foraker, Morris, & Rosamond, 2009).

Mengingat bahwa stoke membunuh neuron dengan stimulasi berlebihan, salah satu pendekatannya adalah mengurangi stimulasi dengan memblokir sinapsis glutamat atau memblokir masuknya kalsium. Banyak teknik tersebut telah menunjukkan manfaat pada hewan laboratorium, tetapi sejauh ini tidak ada yang menunjukkan manfaat bagi manusia (Minnerup, Sutherland, Buchan, & Kleinschnitz, 2012). Alasan yang mungkin termasuk fakta bahwa hewan laboratorium menerima obat segera setelah stroke, sedangkan pasien manusia menerima obat beberapa jam kemudian. Juga, hewan-hewan itu masih muda dan sehat (kecuali stroke), sedangkan kebanyakan pasien berusia lanjut dan memiliki masalah kesehatan tambahan. Akhirnya, para dokter enggan memberikan obat eksperimental dosis besar kepada manusia, karena takut akan efek samping yang berbahaya.

Metode paling efektif yang diketahui untuk mencegah kerusakan otak setelah stroke pada hewan laboratorium adalah dengan mendinginkan otak. Pendinginan melindungi otak setelah iskemia dengan mengurangi overstimulasi, apoptosis, dan peradangan (Yenari & Han, 2012). Orang dapat didinginkan dengan aman sejauh 33 ° C (91 ° F). Kemungkinan metode pendinginan termasuk kompres es di kepala, suntikan cairan dingin ke dalam darah, atau obat-obatan yang menurunkan suhu tubuh. Masing-masing metode tersebut memiliki kelebihan dan risiko tersendiri (M. Zhang et al., 2013). Yang penting adalah suhu di otak, sehingga memungkinkan untuk menjaga kulit cukup hangat untuk mencegah menggigil.

 

B. Mekanisme Pemulihan Selanjutnya

Setelah hari-hari pertama setelah kerusakan otak, banyak area otak yang masih hidup meningkatkan atau mengatur ulang aktivitasnya (Nishimura et al., 2007). Dalam beberapa kasus, satu area kurang lebih mengambil alih fungsi area lain yang rusak. Misalnya, setelah kerusakan koneksi dari satu belahan otak ke kaki di sisi tubuh yang berlawanan, belahan otak di sisi yang sama meningkatkan koneksinya ke kaki itu (Ghosh et al., 2009). Dalam kasus lain, area otak yang masih hidup tidak mengambil alih fungsi area yang rusak, tetapi mengkompensasi dengan cara lain.

·  Peningkatan Stimulasi Otak

Defisit perilaku setelah kerusakan otak mencerminkan lebih dari sekadar sel-sel yang mati. Setelah kerusakan pada area otak mana pun, area lain yang kehilangan sebagian input normalnya menjadi kurang aktif. Misalnya, setelah kerusakan di satu belahan otak, inputnya ke belahan otak lainnya menurun, dan oleh karena itu belahan otak lainnya juga menunjukkan defisit (van Meer et al., 2010). Pemulihan dari stroke sangat tergantung pada peningkatan aktivitas untuk sisi otak yang berlawanan (Takatsuru et al., 2009).

Diaskisis mengacu pada penurunan aktivitas neuron yang bertahan setelah kerusakan pada neuron lain. Jika diaschisis berkontribusi pada defisit perilaku setelah kerusakan otak, maka peningkatan stimulasi akan membantu. (Stimulasi ini seharusnya tidak terjadi selama satu atau dua hari pertama setelah stroke, sementara neuron mungkin mati karena stimulasi yang berlebihan, tetapi selama periode pemulihan selanjutnya.) Dalam serangkaian percobaan, DM Feeney dan rekan mengukur efek perilaku dari kerusakan korteks pada tikus dan kucing. Tergantung pada lokasi kerusakan, hewan menunjukkan gangguan dalam gerakan atau persepsi kedalaman. Menyuntikkan amfetamin secara signifikan meningkatkan kedua perilaku, dan hewan yang mempraktikkan perilaku di bawah pengaruh amfetamin menunjukkan manfaat jangka panjang. Menyuntikkan obat untuk memblokir sinapsis dopamin mengganggu pemulihan perilaku (Feeney & Sutton, 1988; Feeney, Sutton, Boyeson, Hovda, & Dail, 1985; Hovda & Feeney, 1989; Sutton, Hovda, & Feeney, 1989). Meskipun amfetamin terlalu berisiko untuk digunakan pada pasien manusia, obat stimulan lain lebih menjanjikan (Whyte et al., 2005).

·  Pertumbuhan Kembali Akson

Akson yang rusak tumbuh kembali dalam keadaan tertentu. Neuron sistem saraf tepi memiliki badan selnya di sumsum tulang belakang (untuk neuron motorik) atau di ganglion dekat sumsum tulang belakang (untuk neuron sensorik). Dalam kedua kasus, akson meluas ke salah satu anggota badan. Akson yang hancur tumbuh kembali ke perifer dengan kecepatan sekitar 1 mm per hari, mengikuti selubung mielinnya ke target semula.

Dalam otak mamalia dewasa atau sumsum tulang belakang, akson yang rusak tidak beregenerasi, atau hanya sedikit (Schwab, 1998). Namun, pada banyak jenis ikan, akson beregenerasi melintasi luka di sumsum tulang belakang dan mengembalikan fungsi yang hampir normal (Bernstein & Gelderd, 1970; Rovainen, 1976; Scherer, 1986; Selzer, 1978).

Beberapa masalah membatasi regenerasi akson pada mamalia. Pertama, luka pada sistem saraf menyebabkan bekas luka terbentuk, menciptakan penghalang mekanis. Jaringan parut bermanfaat segera setelah kerusakan, tetapi menghambat pertumbuhan kembali akson di kemudian hari (Hellal et al., 2011; Rolls, Shechter, & Schwartz, 2009). Kedua, neuron di kedua sisi potongan terpisah. Ketiga, sel glia yang bereaksi terhadap kerusakan SSP melepaskan zat kimia yang menghambat pertumbuhan akson (Yiu & He, 2006).

Para peneliti mengembangkan cara untuk membangun jembatan protein, menyediakan jalur bagi akson untuk beregenerasi melintasi celah yang dipenuhi bekas luka. Ketika mereka menerapkan teknik ini pada hamster dengan luka pada saraf optik, banyak akson dari mata yang tumbuh kembali dan membentuk sinapsis, memungkinkan sebagian besar hamster untuk mendapatkan kembali penglihatan sebagian (Ellis-Behnke et al., 2006). Dalam studi lain, peneliti hewan mengambil sel dari mukosa penciuman – bukan reseptor penciuman itu sendiri, tetapi sel-sel yang mengelilinginya – dan mentransplantasikannya ke sumsum tulang belakang anjing peliharaan orang yang menderita cedera tulang belakang beberapa bulan sebelumnya. Anjing-anjing ini mendapatkan kembali tingkat berjalan yang substansial (Granger, Blamires, Franklin, & Jefri, 2012). Namun, peningkatan itu sepenuhnya karena koneksi pendek yang berkembang di seluruh potongan, memungkinkan gerakan tungkai depan untuk memimpin gerakan simultan dari tungkai belakang. Tidak ada akson panjang yang tumbuh untuk menghubungkan otak dengan sumsum tulang belakang bagian bawah. Jadi, meskipun sangat menggembirakan melihat anjing yang dulu lumpuh sekarang berjalan dengan keempat anggota badan, metode ini hanya menjanjikan sedikit bagi manusia.

·  Tunas Akson

Biasanya, permukaan dendrit dan badan sel ditutupi dengan sinapsis, dan tempat yang kosong tidak bertahan lama. Setelah sel kehilangan input dari suatu akson, sel tersebut mensekresikan neurotropin yang menginduksi akson lain untuk membentuk cabang baru, atau kecambah kolateral, yang mengambil alih sinapsis yang kosong (Ramirez, 2001). Di daerah dekat kerusakan, sinapsis baru terbentuk dengan kecepatan tinggi, terutama selama dua minggu pertama (CE Brown, Li, Boyd, Delaney, & Murphy, 2007).

         

·  Supersensitivitas Denervasi

Neuron membuat penyesuaian untuk mempertahankan tingkat gairah yang hampir konstan. Setelah belajar memperkuat satu set sinapsis, sinapsis lainnya melemah. (Jika ini tidak terjadi, setiap kali Anda mempelajari sesuatu, otak Anda akan semakin terangsang.) Sebaliknya, jika serangkaian sinapsis tertentu menjadi tidak aktif — mungkin karena kerusakan di tempat lain di otak — sinapsis yang tersisa menjadi lebih responsif, lebih mudah dirangsang. Proses peningkatan respons ini, yang dikenal sebagai supersensitivitas denervasi atau supersensitivitas reseptor, telah ditunjukkan sebagian besar dengan sinapsis dopamin (Kostrzewa, Kostrzewa Brown, Nowak, & Brus, 2008).

Supersensitivitas denervasi membantu mengkompensasi penurunan input. Dalam beberapa kasus, ini memungkinkan orang untuk mempertahankan perilaku yang hampir normal bahkan setelah kehilangan sebagian besar akson di beberapa jalur (Sabel, 1997). Namun, itu juga dapat memiliki konsekuensi yang tidak menyenangkan, seperti nyeri kronis. Karena cedera tulang belakang merusak banyak akson, neuron pasca sinaps mengembangkan kepekaan yang meningkat terhadap yang tersisa. Oleh karena itu, bahkan input yang ringan pun menghasilkan respons yang ditingkatkan (Hains, Everhart, Fullwood, & Hulsebosch, 2002).

·  Mereorganisasi Representasi Sensorik dan Anggota Tubuh Phantom

Jika suatu area otak kehilangan satu set akson yang masuk, kita dapat mengharapkan beberapa kombinasi peningkatan respons (supersensitivitas denervasi) oleh akson yang bertahan dan pertumbuhan kolateral oleh akson yang biasanya menempel pada beberapa target lain.

Gambar 3.24: Setiap bagian di sepanjang korteks somatosensori menerima masukan dari bagian tubuh. Di dalam area yang ditandai "jari" pada gambar itu, pemeriksaan lebih dekat mengungkapkan bahwa setiap sub area lebih banyak merespons satu jari daripada jari lainnya. Gambar 4.23 menunjukkan susunan otak monyet. Dalam sebuah penelitian, peneliti mengamputasi jari 3 monyet burung hantu. Sel-sel kortikal yang sebelumnya merespons informasi dari jari 3 kehilangan inputnya. Segera berbagai sel menjadi lebih responsif terhadap jari 2, jari 4, atau bagian dari telapak tangan, sampai korteks mengembangkan pola respons yang ditunjukkan pada Gambar 4.23b (Kaas, Merzenich, & Killackey, 1983; Merzenich et al., 1984).

Penyelidik mencatat dari korteks serebral monyet yang saraf sensorik dari satu kaki depan telah dipotong 12 tahun sebelumnya. Mereka menemukan bahwa peregangan korteks yang sebelumnya responsif terhadap ekstremitas sekarang responsif terhadap wajah (Pons et al., 1991). Setelah kehilangan input sensorik dari tungkai depan, akson yang mewakili tungkai depan mengalami degenerasi, meninggalkan situs sinaptik yang kosong pada beberapa tingkat SSP. Terbukti, akson yang mewakili wajah tumbuh ke situs-situs di sumsum tulang belakang, batang otak, dan talamus (Florence & Kaas, 1995; EG Jones & Pons, 1998). Atau mungkin akson dari wajah sudah ada tetapi menjadi lebih kuat melalui supersensitivitas denervasi. Studi pemindaian otak mengkonfirmasi bahwa proses yang sama terjadi pada manusia. Studi selanjutnya menunjukkan bahwa proses ini bisa lebih cepat dari 12 tahun.

Dokter telah lama mencatat bahwa kebanyakan orang dengan amputasi mengalami anggota tubuh hantu, sensasi berkelanjutan dari bagian tubuh yang diamputasi. Pengalaman itu dapat berkisar dari kesemutan sesekali hingga rasa sakit yang hebat, dan dari pengalaman sesekali hingga konstan (Giummarra et al., 2010). Dimungkinkan untuk memiliki tangan, kaki, atau bagian tubuh lainnya. Sensasi hantu mungkin berlangsung berhari-hari, berminggu-minggu, atau seumur hidup (Ramachandran & Hirstein, 1998).

Sampai tahun 1990-an, tidak ada yang tahu apa yang menyebabkannyeri hantu, dan sebagian besar percaya bahwa sensasi itu berasal dari tunggul anggota badan yang diamputasi. Beberapa dokter melakukan amputasi tambahan, membuang lebih banyak anggota tubuh dalam upaya yang sia-sia untuk menghilangkan sensasi hantu. Metode modern menunjukkan bahwa tungkai hantu berkembang ketika bagian yang relevan dari korteks somatosensori mereorganisasi dan menjadi responsif terhadap input alternatif (Flor et al., 1995). Sebagai contoh, misalkan akson yang mewakili wajah datang untuk mengaktifkan area kortikal yang sebelumnya dikhususkan untuk tangan yang diamputasi. Sentuhan di wajah sekarang menghasilkan sensasi wajah tetapi juga menghasilkan sensasi di tangan hantu. Gambar 4.24 menunjukkan peta wajah mana daerah yang merangsang sensasi di bagian mana dari tangan hantu, untuk satu orang (Aglioti, Smania, Atzei, & Berlucchi, 1997). Bagi sebagian orang, melihat orang lain disentuh juga dapat menimbulkan sensasi di phantom limb (Goller, Richards, Novak, & Ward, 2013).

Perhatikan pada Gambar 3.24 bahwa bagian korteks yang responsif terhadap kaki bersebelahan dengan bagian yang responsif terhadap alat kelamin.

·  Penyesuaian Yang Dipelajari Dalam Perilaku

Sejauh ini, diskusi terfokus pada perubahan anatomi. Faktanya, banyak pemulihan dari kerusakan otak didasarkan pada pembelajaran.

Jika Anda tidak dapat menemukan kunci Anda, mungkin Anda tidak sengaja menjatuhkannya ke tempat sampah (sehingga hilang selamanya), atau mungkin Anda tanpa sadar meletakkannya di tempat yang tidak biasa (di mana Anda akan menemukannya jika terus mencari). Demikian pula, seseorang dengan kerusakan otak mungkin telah kehilangan beberapa kemampuan sama sekali atau mungkin dapat menemukannya dengan usaha yang cukup. Banyak pemulihan dari kerusakan otak bergantung pada pembelajaran untuk memanfaatkan kemampuan yang tersisa dengan lebih baik. Misalnya, jika Anda kehilangan penglihatan tepi, Anda belajar menggerakkan kepala dari satu sisi ke sisi lain untuk mengimbanginya (Marshall, 1985).

Terkadang, seseorang atau hewan dengan kerusakan otak tampak tidak mampu melakukan sesuatu tetapi sebenarnya tidak berusaha. Pertimbangkan hewan yang mengalami kerusakan pada saraf sensorik yang menghubungkan kaki depan dengan sumsum tulang belakang, seperti pada Gambar 4.25. Hewan itu tidak lagi merasakan anggota badan, meskipun saraf motorik masih terhubung ke otot. Pada awalnya penyelidik berasumsi bahwa monyet tidak bisa menggunakan anggota badan yang mengalami deferen. Namun, dalam

 

percobaan selanjutnya, mereka memotong saraf aferen kedua kaki depan. Meskipun mengalami kerusakan yang lebih parah, kera menggunakan kedua tungkainya yang tuli untuk berjalan, memanjat, dan mengambil makanan.

Demikian pula, salah satu pengobatan untuk orang yang baru pulih dari stroke adalah memaksa mereka menggunakan anggota tubuh yang lebih lemah dengan mencegah mereka menggunakan anggota tubuh yang normal (Sens et al., 2012). Terapi terkait dimulai dengan evaluasi yang cermat terhadap kemampuan dan kecacatan pasien. Misalnya, seseorang yang mengalami kesulitan melakukan instruksi lisan mungkin mengalami gangguan pendengaran, memori, bahasa, kontrol otot, atau kewaspadaan. Setelah mengidentifikasi masalahnya, terapis fisik atau terapis okupasi membantu pasien mempraktikkan keterampilan yang terganggu. Terapis mendapatkan hasil terbaik jika mereka memulai segera setelah pasien mengalami stroke, meskipun latihan selanjutnya juga dapat membantu.

Perilaku pulih setelah kerusakan otak adalah usaha, dan pemulihannya genting. Seseorang dengan kerusakan otak yang tampak berfungsi normal bekerja lebih keras dari biasanya. Perilaku pulih memburuk secara nyata setelah minum alkohol, kelelahan fisik, atau jenis stres lain yang akan berdampak minimal pada kebanyakan orang (Fleet & Heilman, 1986). Ini juga memburuk di usia tua (Corkin, Rosen, Sullivan, & Clegg, 1989).

Link Journal :

https://journal.unpar.ac.id/index.php/melintas/article/view/264/249

https://journal.ugm.ac.id/buletinpsikologi/article/view/7462/5801

https://journal.ibrahimy.ac.id/index.php/lisanalhal/article/view/71/59