Studi Neuroscience Mengungkap Mungkin Ada Off-Switch untuk Kejang Otak

Otak adalah instrumen presisi. Fungsinya tergantung pada aktivitas listrik yang dikalibrasi dengan baik yang memicu pelepasan pesan kimiawi di antara neuron.

Tetapi kadang-kadang keseimbangan hati otak dihilangkan di luar kendali, seperti pada epilepsi. Electroencephalography, atau EEG, memvisualisasikan aktivitas listrik otak dan dapat mengungkapkan bagaimana kejang epilepsi menyimpang dari pola gelombang aktivitas otak khas yang dapat diprediksi.

Tetapi obat-obatan masih kekurangan solusi untuk epilepsi. Ada kemungkinan terbatas memprediksi kejang, dan tidak ada cara untuk campur tangan bahkan ketika Anda dapat memprediksi. Walaupun obat-obatan tersedia untuk orang yang menderita epilepsi, mereka penuh dengan efek samping, dan mereka tidak bekerja untuk semua orang.

Mengerjakan masalah di lab ilmu saraf saya, ketika saya berhenti membayangkan betapa menakutkannya hidup dengan otak di luar kendali dengan cara ini, itu benar-benar memotivasi saya. Mungkinkah ada cara untuk merebut kembali kendali atas neuron-neuron ini yang menjadi jahat? Saya telah fokus pada bagaimana kompartemen spesifik dalam setiap sel otak mungkin dapat membantu kami melakukan hal itu.

Sakelar Timpa untuk Aktivitas Otak

Sejak saya menjadi mahasiswa sarjana, saya telah terpesona dengan bagian dari neuron yang disebut segmen awal akson. Setiap neuron berisi kompartemen kecil ini. Di sinilah neuron "memutuskan" untuk menembakkan sinyal listrik, mengirim pesan kimia ke sel berikutnya.

Ada koneksi khusus di sini yang dapat memberikan kontrol yang kuat; mereka dapat mengesampingkan "keputusan" sel sendiri tentang menembak. Mekanisme kontrol ini ada untuk mengatur atau memola aktivitas otak - syarat untuk banyak perilaku kita.

Sebagai contoh, untuk tertidur, aktivitas otak Anda perlu berosilasi lambat. Sebaliknya, konsentrasi yang tajam pada suatu masalah membutuhkan pola untuk mengambil, menghasilkan osilasi yang cepat. Ketidakmampuan untuk memproduksi dan mengatur pola aktivitas otak ini telah dikaitkan dengan berbagai gangguan otak.

Ketika segmen awal akson dari banyak neuron semuanya menerima sinyal pembungkaman pada saat yang sama, itu menghasilkan palung dalam pola gelombang EEG. Ini berarti bahwa itu menenangkan aktivitas otak, sesuatu yang dalam kondisi normal akan berguna ketika bergerak antara keadaan santai dan tidur.

Jika peneliti dapat memanfaatkan kekuatan koneksi penghambatan ini, kami berpotensi dapat mengatur ulang pola aktivitas otak kapan pun kami mau. Ini bisa menjadi cara untuk merebut kembali kendali di otak epilepsi.

Molekul Yang Memediasi Pesan

Untuk mulai memahami bagaimana mengatur kekuatan segmen awal akson ini, saya dan kolega saya pertama-tama perlu memahami kemitraan molekuler pada koneksi ini. Agar penghambatan efektif di segmen awal akson, perlu ada peralatan yang tepat yang tersedia untuk menerima sinyal. Dalam kasus penghambatan di otak, peralatan ini adalah reseptor GABA A.

Dengan kolaborator Hans Maric dan Hermann Schindelin, kami mengidentifikasi kemitraan yang erat dan eksklusif antara dua protein - reseptor α2 subunit dan collybistin GABA A. Mencari tahu hubungan dekat antara kedua molekul ini menjawab beberapa pertanyaan terbuka tentang bagaimana protein di situs kontak penghambatan mungkin berinteraksi. Kami tahu bahwa subunit reseptor α2 GABA A ditemukan di segmen awal akson, tetapi para peneliti tidak memahami bagaimana ia sampai di sana atau disimpan di sana. Collybistin bisa menjadi kuncinya.

Jadi sekarang kami berpikir bahwa kedua protein ini dapat bekerja bersama di segmen awal akson. Untuk lebih jauh, mentor postdoctoral saya Stephen Moss dan saya ingin memahami implikasi apa yang mungkin terjadi pada koneksi di segmen awal akson, dan akhirnya bagaimana otak bekerja. Untuk mencoba mencari tahu, kami menciptakan mutasi genetik yang mengakibatkan dua protein tidak dapat terhubung.

Neuron tikus dengan mutasi ini, pada kenyataannya, kehilangan koneksi penghambatan ke segmen awal akson. Koneksi penghambatan ke bagian lain dari sel-sel otak tetap utuh, sekali lagi mendukung gagasan bahwa kemitraan protein ini eksklusif, dan khususnya penting pada segmen awal akson.

Tikus dengan kejang pengalaman mutasi ini selama pengembangan. Ketika mereka tumbuh menjadi orang dewasa, tikus-tikus ini tidak lagi menunjukkan tanda-tanda kejang perilaku. Dalam beberapa bentuk epilepsi pediatrik, anak-anak juga dapat "mengatasi" kejang mereka. Jadi mutasi ini sangat berharga dalam menyediakan model yang mungkin untuk epilepsi pediatrik manusia. Kami berharap ini dapat membantu kami memahami lebih jelas apa yang terjadi di otak selama epilepsi, dan juga untuk merancang dan menguji terapi yang lebih baik, seperti senyawa selektif yang dikembangkan oleh AstraZeneca yang ilmunya juga berkontribusi pada proyek ini.

Langkah Kuantitatif tapi Awal

Ahli saraf telah lama berspekulasi tentang kemitraan antara reseptor GABA A dan collybistin. Sekarang hasil kami, baru-baru ini diterbitkan di Komunikasi Alam, tentukan secara kuantitatif.

Meskipun kita tahu reseptor GABA A - yang merespons neurotransmitter GABA - mengendalikan pensinyalan penghambatan, kita masih mencari tahu bagaimana semuanya bekerja. Pensinyalan GABA beragam, dengan berbagai jenis koneksi yang menggunakan kontrol berbeda atas penembakan sel - hal lain yang perlu kita pahami. Dan disfungsi dalam pensinyalan GABA juga terlibat dalam sejumlah gangguan otak lainnya, selain epilepsi.

Tujuan akhir dari penelitian ini adalah merancang perawatan yang mungkin dapat mengontrol koneksi penghambatan pada segmen awal akson. Kami ingin bertanggung jawab atas saklar itu, mampu mematikan penembakan saraf yang tidak terkendali yang terlihat selama kejang epilepsi.

Saya membayangkan hidup dengan epilepsi, dan saya juga membayangkan hidup tanpa epilepsi.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Rochelle Hines. Baca artikel asli di sini.