Masuk akal bahwa semakin banyak Anda belajar, semakin banyak informasi yang disimpan di otak. Karena alasan inilah, daripada belajar tiba-tiba sehari sebelum ujian, disarankan untuk mendedikasikan setengah jam sehari untuk dua minggu sebelumnya.
Semua ini sudah menjadi sesuatu yang jelas, namun, meskipun masuk akal, apa yang tidak kita ketahui dengan baik adalah apa penjelasan fisiologisnya. Perubahan apa yang terjadi di otak agar kita dapat menyimpan informasi?
Nah, proses biokimia di tingkat otak yang berada di balik pembelajaran dan memori disebut potensiasi jangka panjang, dan ini adalah aspek yang sangat menarik dari otak kita yang akan kita pelajari selanjutnya.
- Artikel terkait: ” Jenis neuron: karakteristik dan fungsi “
Apa itu potensiasi jangka panjang?
Potensiasi jangka panjang adalah proses yang terjadi di membran neuron yang menjelaskan bagaimana mungkin untuk membangun pembelajaran dan apa dasar fisiologisnya. Proses terjadi ketika informasi ditinjau beberapa kali, menyebabkan neuron menjadi peka dan menjadi lebih reaktif terhadap potensial aksi yang lebih rendah, memungkinkannya untuk lebih mudah mengingat apa yang telah dipelajari.
Konsepnya cukup kompleks, dan sebelum menjelaskannya secara lebih mendalam perlu ditelaah terlebih dahulu anteseden historisnya agar nantinya dapat melihat lebih detail bagaimana proses itu sendiri terjadi.
Latar belakang sejarah
Bertahun-tahun yang lalu, para ilmuwan mencari tempat yang tepat di otak di mana fungsi otak terjadi. Belakangan, mereka menemukan bahwa beberapa pihak dapat berpartisipasi dalam fungsi yang sama. Diketahui bahwa struktur yang berbeda terlibat dalam pembelajaran dan memori: hipokampus, amigdala, otak, dan ganglia basal.
Pada tahun 1970 seorang ilmuwan Amerika bernama Eric Kandel mempelajari siput laut Aplysia, di mana ia mampu menemukan beberapa fenomena biokimia yang terjadi pada neuron saat belajar. Tampaknya mengejutkan bahwa siput terkait dengan otak manusia, meskipun jelas bahwa otak mereka tidak sama, siput adalah invertebrata. Namun, terlepas dari perbedaan antara sistem saraf vertebrata dan invertebrata, kimia otak neuron, potensial aksi, dan neurotransmiter adalah sama.
Sebelum studi Aplysia, seorang ilmuwan bernama Donald Hebb mengajukan, pada tahun 1949, sebuah hipotesis untuk memahami perubahan pada tingkat sel yang terjadi selama pembelajaran. Dia menyarankan bahwa ketika belajar terjadi, perubahan metabolisme terjadi pada neuron. Namun, baru pada tahun 1973 Terje Lømo, seorang ahli fisiologi Norwegia, yang mempelajari hipokampus tikus menemukan sebuah fenomena yang tidak diharapkan: potensiasi jangka panjang, perubahan metabolisme saraf ini dicurigai oleh Hebb.
Bagaimana pemberdayaan jangka panjang diberikan?
Otak manusia memiliki kemampuan untuk menyimpan informasi, baik untuk jangka waktu yang pendek, dalam memori jangka pendek, atau seumur hidup, dalam memori jangka panjang. Ini dapat diverifikasi, secara praktis, ketika kita belajar untuk ujian. Saat kita belajar, kita mengaktifkan berbagai jalur di dalam otak kita, jalur yang kita gunakan untuk menyimpan, melalui pengulangan, informasi yang telah kita tinjau. Semakin banyak informasi yang ditinjau, semakin akan dipertahankan.
Memori jangka panjang pada dasarnya diasosiasikan dengan sebuah struktur, yang bentuknya menyerupai kuda laut: hippocampus. Struktur otak ini terletak di lobus temporal medial dari kedua belahan otak, dan bertanggung jawab untuk mengoordinasikan penyimpanan informasi dan pengambilan ingatan. Penelitian telah difokuskan pada bagian otak ini, ketika mereka mencoba mempelajari proses pembelajaran, terutama berbagai strukturnya: dentate gyrus, CA1 dan CA3.
Proses menghafal dimulai ketika informasi mencapai dentate gyrus dari korteks entorhinal. Akson neuron granular memproyeksikan aksonnya ke sel-sel area CA3, yang pada gilirannya memproyeksikan informasi melalui apa yang disebut kolateral Schaffer ke sel-sel medan CA1 dan, dari sana, informasi kembali ke subikulum. korteks entorhinal.
Seluruh proses ini adalah pemberdayaan jangka panjang, yaitu tentang proses seluler dan molekuler memori. Peningkatan jangka panjang ini melibatkan peningkatan transmisi sinyal yang bertahan lama antara dua neuron setelah stimulasi berulang. Proses ini telah dipelajari sebagian besar di sinapsis antara kolateral Schaffer dan neuron medan CA1.
Mengamati sinapsis antara sel CA3 dan CA1 mengungkapkan banyak struktur yang terkait dengan potensiasi jangka panjang. Reseptor NMDA dan AMPA dapat ditemukan di neuron postsinaptik dan biasanya ditemukan bersama-sama. Reseptor ini diaktifkan setelah sekering neurotransmitter dengan membran sel dan dilepaskan ke ruang antara neuron.
Reseptor AMPA permeabel terhadap ion natrium, yaitu memungkinkan mereka untuk memasuki bagian dalam neuron. Reseptor NMDA juga permeabel terhadap ion natrium, tetapi juga permeabel terhadap ion kalsium. Reseptor NMDA diblokir oleh ion magnesium, yang mencegah masuknya ion natrium dan kalsium ke dalam sel.
Ketika potensial aksi berjalan di sepanjang akson prasinaps dari kolateral Schaffer, glutamat dilepaskan, suatu neurotransmitter yang bergabung dengan reseptor AMPA dan NMDA. Ketika stimulus elektrokimia itu berdaya rendah, jumlah glutamat yang dilepaskan juga rendah.
Reseptor AMPA terbuka dan sejumlah kecil natrium memasuki neuron, menyebabkan depolarisasi kecil, yaitu meningkatkan muatan listrik neuron. Glutamat juga mengikat reseptor NMDA, tetapi tidak ada ion yang dapat melewatinya karena ion magnesium terus memblokirnya.
Ketika sinyal yang diterima kecil, respons postsinaptik tidak cukup untuk mencapai keluarnya ion magnesium, sehingga potensiasi jangka panjang tidak terjadi. Ini adalah situasi yang dapat terjadi, misalnya, ketika Anda telah belajar untuk waktu yang sangat singkat. Frekuensi potensial aksi yang tinggi belum diaktifkan karena hanya sedikit yang telah dipelajari, yang belum menginduksi proses retensi pengetahuan ini.
Di sisi lain, ketika ada frekuensi potensial aksi yang tinggi, berjalan melalui akson kolateral Schaffer, sejumlah besar glutamat dilepaskan ke dalam ruang sinaptik. Ini dapat dicapai dengan mempelajari lebih lanjut, karena frekuensi potensial aksi yang lebih tinggi dipromosikan. Glutamat akan berikatan dengan reseptor AMPA, menyebabkan sejumlah besar natrium masuk ke bagian dalam neuron karena saluran tetap terbuka lebih lama.
Bahwa antara lebih banyak natrium di dalam sel menyebabkan depolarisasi yang sama, mengatur untuk mengusir ion magnesium dari reseptor NMDA berkat proses yang disebut tolakan elektrostatik. Pada titik ini, reseptor NMDA yang diaktifkan glutamat memungkinkan natrium dan kalsium memasuki porinya. Reseptor NMDA disebut reseptor yang bergantung pada voltase dan ligan karena mereka memerlukan eksitasi prasinaptik dan pascasinaptik untuk pembukaan saluran: fusi glutamat prasinaptik yang dilepaskan dan depolarisasi sel pascasinaptik.
- Anda mungkin tertarik: ” Sinaps: apa itu, jenis dan fungsinya “
Penguatan sinapsis
Potensiasi jangka panjang adalah proses yang melibatkan penguatan koneksi antara dua neuron. Pengenalan kalsium ke dalam neuron postsinaptik bertindak sebagai utusan kedua, mengaktifkan beberapa proses intraseluler. Peningkatan kalsium menyebabkan dua proses yang terlibat dalam potensiasi jangka panjang: fase awal dan fase akhir.
Fase awal
Selama fase awal, kalsium menyatu dengan protein fusinya, menyebabkan penyisipan saluran AMPA baru di membran sel sinaps antara sel bidang CA1 dan CA3.
Reseptor AMPA baru ini disimpan di dalam neuron, dan hanya dilepaskan berkat masuknya kalsium dari reseptor NMDA. Berkat ini, saluran AMPA akan tersedia di koneksi sinaptik di masa mendatang. Perubahan yang diinduksi selama fase awal hanya berlangsung beberapa jam.
Fase akhir
Selama fase akhir, ada masuknya kalsium yang lebih besar, yang menyebabkan aktivasi faktor transkripsi genetik yang menyebabkan protein baru disintesis. Beberapa dari protein ini akan menjadi reseptor AMPA baru, yang akan dimasukkan ke dalam membran saraf.
Selain itu, terjadi peningkatan sintesis protein faktor pertumbuhan, yang mengarah pada pertumbuhan sinapsis baru dan merupakan dasar dari plastisitas sinaptik. Jadi, dengan cara ini, otak berubah saat dihidupkan.
Sinapsis ini terbentuk antara neuron CA1 dan CA3, memungkinkan koneksi yang lebih kuat. Perubahan fase akhir lebih tahan lama, mulai dari 24 jam hingga seumur hidup.
Perlu dicatat bahwa potensiasi jangka panjang bukanlah suatu mekanisme, melainkan peningkatan aktivitas antara dua neuron, yang menghasilkan peningkatan saluran AMPA neuron yang akan memungkinkan, bahkan dengan frekuensi potensial aksi yang rendah, untuk akan membuat depolarisasi seluler ketika, sebelumnya, frekuensi potensial yang tinggi perlu diberikan untuk mencapai tujuan seperti itu.
Seluruh proses ini adalah dasar dari memori. Namun, perlu dicatat bahwa hippocampus bukan satu-satunya wilayah di mana potensiasi jangka panjang terjadi. Pemrosesan memori terjadi di banyak wilayah otak lainnya, termasuk korteks serebral. Bagaimanapun, harus jelas bahwa semakin banyak Anda belajar, semakin banyak jalur yang diaktifkan di seluruh otak, membuat pembelajaran menjadi lebih terkonsolidasi.
Referensi bibliografi:
- Abraham WC, Bear MF (1996): Metaplastisitas, plastisitas plastisitas sinaptik. Tren Ilmu Saraf, 19,126-130
- Agranoff BW, Uhler M (1994): Pembelajaran dan memori. Dalam: Aspek Neurokimia Dasar, Molekuler, Seluler dan Medis, Edisi ke-5., Ed. Oleh GJ Siegel. Raven Press, N. York, 1025-1045.
- Paradiso, Michael A.; Beruang, Tandai F.; Connors, Barry W. (2007). Neuroscience: Menjelajahi Otak. Hagerstwon, MD: Lippincott Williams & Wilkins.