Memperkirakan perubahan lingkungan otak dari sinyal optik yang terdeteksi selama tidur REM. Kredit: Yoko Ikoma & Ko Matsui
Para peneliti di Universitas Tohoku telah menunjukkan bahwa astrosit—sel glial berbentuk bintang yang mengontrol lingkungan ionik dan metabotropik lokal di otak—menunjukkan respons asam dengan tidur REM pada tikus. Mereka berteori bahwa respons asam bisa menjadi dorongan yang mendasari pemrosesan informasi spesifik dan menghasilkan plastisitas selama tidur.
Mereka lebih lanjut menemukan bahwa respon REM pada astrosit meningkat di otak epilepsi, yang berarti mempelajari perubahan lingkungan otak yang terkait dengan tidur REM berpotensi digunakan sebagai biomarker untuk tingkat keparahan epileptogenesis.
Temuan itu dirinci di Brain.
Neuron tidak diragukan lagi bertanggung jawab atas pemrosesan informasi di otak. Astrosit tidak dianggap sebagai komponen penting dari sirkuit informasi saraf. Namun, temuan terbaru menunjukkan bahwa keadaan pikiran, seperti kesadaran, tidur, pembentukan memori, dan meta-plastisitas semuanya dapat dikendalikan oleh tindakan astrosit.
Untuk memahami peran astrosit dalam fungsi otak, protein sensor fluoresen secara genetik diekspresikan dalam astrosit tikus. Para peneliti menanamkan serat optik ke hipotalamus lateral tikus, bagian dari otak yang penting untuk mengontrol keadaan tidur atau bangun dan metabolisme seluruh tubuh kita.
Cahaya eksitasi dikirim melalui serat ini dan sinyal fluoresensi yang dipancarkan direkam. Menggunakan metode yang baru dirancang, para peneliti membedah konsentrasi kalsium dan pH astrosit dan perubahan volume darah otak lokal dari sinyal optik yang direkam.
Perubahan lingkungan otak mendahului transisi tidur REM. Kredit: Yoko Ikoma & Ko Matsui
Perubahan yang jelas dalam sinyal optik yang terkait dengan tidur REM diamati. Terjadi penurunan kalsium, penurunan pH (yaitu, pengasaman), dan peningkatan volume darah otak lokal. Para peneliti mengidentifikasi bahwa pengasaman dan perubahan volume darah menghasilkan efek yang kuat pada sinyal optik; dengan demikian, banyak penelitian sebelumnya yang menggunakan fotometri serat dapat salah menginterpretasikan data rekaman mereka.
Pengasaman sangat tidak terduga, karena larutan sel intraseluler sangat disangga untuk pH. Pengasaman yang kuat terjadi pada iskemia tetapi perubahan pH tidak diasumsikan terjadi dalam kondisi fisiologis. Pengasaman astrosit ini dapat mendorong amplifikasi sinyal sinaptik dan mendasari pembentukan memori selama tidur REM.
Menariknya, perubahan dalam lingkungan otak lokal yang terdeteksi dengan rekaman optik mendahului perubahan tanda tangan dari aktivitas elektrik saraf ansambel yang terdeteksi dengan elektroensefalogram selama hampir 20 detik. Ini menunjukkan bahwa astrosit dan perubahan vaskular mengontrol keadaan aktivitas saraf. Transisi menuju tidur REM juga dapat diprediksi dari perubahan lingkungan otak lokal ini.
“Selama tidur REM, pengalaman sebelumnya disortir dan diingat atau dilupakan, dan proses ini kemungkinan dianggap sebagai mimpi,” kata Profesor Ko Matsui dari laboratorium Fisiologi Otak Super-jaringan di Universitas Tohoku, yang memimpin penelitian tersebut. “Pengasaman dalam astrosit dapat mengontrol kemungkinan plastisitas terjadi di sirkuit saraf.”
Pengasaman astrosit di hipotalamus lateral selama tidur REM ditingkatkan di otak patologis epilepsi. Kredit: Yoko Ikoma & Ko Matsui
Para peneliti lebih lanjut mempelajari bagaimana sifat tidur REM berubah dengan epilepsi. Stimulus berulang pada hippocampus tikus menghasilkan otak yang rentan terhadap hiperaktivitas dan metode “pembakaran” ini telah digunakan sebagai model epileptogenesis. Setelah penyalaan, episode tidur REM yang terjadi secara spontan dicatat. Anehnya, sangat sedikit penurunan kalsium astrositik dan peningkatan volume darah otak lokal terjadi dengan tidur REM, dan respons asam kuat dicatat dari astrosit.
“Studi kami sebelumnya telah menunjukkan peningkatan respon asam astrosit yang terkait dengan serangan epilepsi intensif,” kata peneliti utama studi, Dr. Yoko Ikoma. “Informasi ditransmisikan dan diproses dengan sinyal listrik di neuron. PH astrosit mungkin memiliki kendali atas aktivitas neuron ini baik dalam fisiologi maupun penyakit.”
Pemantauan pH massal dan aliran darah otak lokal dimungkinkan pada manusia menggunakan fMRI. Ikoma mengatakan bahwa perubahan lingkungan otak lokal yang terkait dengan tidur REM ini berpotensi digunakan untuk mendiagnosis tingkat keparahan epilepsi pada pasien manusia. “Strategi terapeutik yang dirancang untuk mengontrol pH astrosit berpotensi digunakan untuk mencegah eksaserbasi epilepsi.”
Informasi lebih lanjut: Yoko Ikoma dkk, Sifat perubahan tidur REM dengan epilepsi, Otak (2023). DOI: 10.1093/brain/awac499
Informasi jurnal: Otak Disediakan oleh Universitas Tohoku
Kutipan: Asam glia dalam tidur REM: Respons asam yang lebih kuat pada tikus epilepsi (2023, 3 Maret) diambil 3 Maret 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-03-acid-glia-rem-stronger-response.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.