Definisi
Pemangkasan sinaptik adalah proses semula jadi yang berlaku di otak antara awal kanak-kanak dan dewasa. Semasa pemangkasan sinaptik, otak menghilangkan sinapsis tambahan. Sinapsis adalah struktur otak yang membolehkan neuron menghantar isyarat elektrik atau kimia ke neuron lain.
Pemangkasan sinaptik dianggap sebagai cara otak untuk menghilangkan sambungan di otak yang tidak lagi diperlukan. Penyelidik baru-baru ini mengetahui bahawa otak lebih "plastik" dan boleh dibentuk daripada yang difikirkan sebelumnya. Pemangkasan sinaptik adalah cara tubuh kita untuk mengekalkan fungsi otak yang lebih cekap ketika kita semakin tua dan mempelajari maklumat kompleks baru.
Oleh kerana banyak yang dipelajari mengenai pemangkasan sinaptik, banyak penyelidik juga tertanya-tanya apakah ada kaitan antara pemangkasan sinaptik dan permulaan gangguan tertentu, termasuk skizofrenia dan autisme.
Bagaimana pemangkasan sinaptik berfungsi?
Semasa bayi, otak mengalami pertumbuhan yang besar. Terdapat letupan pembentukan sinaps antara neuron semasa perkembangan otak awal. Ini dipanggil synaptogenesis.
Masa sinaptogenesis yang pesat ini memainkan peranan penting dalam pembelajaran, pembentukan memori, dan penyesuaian pada awal kehidupan. Pada usia sekitar 2 hingga 3 tahun, jumlah sinaps mencapai tahap puncak. Tetapi tidak lama selepas tempoh pertumbuhan sinaptik ini, otak mula mengeluarkan sinaps yang tidak diperlukan lagi.
Sebaik sahaja otak membentuk sinaps, otak dapat dikuatkan atau dilemahkan. Ini bergantung pada seberapa kerap sinaps digunakan. Dengan kata lain, prosesnya mengikuti prinsip "menggunakannya atau kehilangannya": Sinapsis yang lebih aktif diperkuat, dan sinaps yang kurang aktif dilemahkan dan akhirnya dipangkas. Proses membuang sinaps yang tidak relevan selama ini disebut sebagai pemangkasan sinaptik.
Pemangkasan sinaptik awal kebanyakannya dipengaruhi oleh gen kita. Kemudian, berdasarkan pengalaman kami. Dengan kata lain, sama ada pemotongan sinaps dipengaruhi atau tidak oleh pengalaman yang dialami oleh anak yang sedang berkembang dengan dunia di sekeliling mereka. Rangsangan berterusan menyebabkan sinaps tumbuh dan menjadi kekal. Tetapi jika seorang kanak-kanak mendapat sedikit rangsangan, otak akan menyimpan lebih sedikit hubungan tersebut.
Bilakah pemangkasan sinaptik berlaku?
Masa pemangkasan sinaptik berbeza mengikut kawasan otak. Beberapa pemangkasan sinaptik bermula pada awal perkembangan, tetapi pemangkasan yang paling cepat berlaku antara usia 2 hingga 16 tahun.
Tahap embrio awal hingga 2 tahun
Perkembangan otak pada embrio bermula hanya beberapa minggu selepas pembuahan. Menjelang bulan ketujuh kehamilan, janin mula mengeluarkan gelombang otaknya sendiri. Neuron dan sinapsis baru dibentuk oleh otak pada kadar yang sangat tinggi selama ini.
Pada tahun pertama kehidupan, jumlah sinaps di otak bayi tumbuh lebih dari sepuluh kali ganda. Pada usia 2 atau 3 tahun, bayi mempunyai sekitar 15,000 sinaps setiap neuron.
Dalam korteks visual otak (bahagian yang bertanggungjawab untuk penglihatan), pengeluaran sinaps mencapai puncaknya pada usia sekitar 8 bulan. Di korteks prefrontal, tahap puncak sinaps berlaku pada tahun pertama kehidupan. Bahagian otak ini digunakan untuk pelbagai tingkah laku yang kompleks, termasuk perancangan dan keperibadian.
Berumur 2 hingga 10 tahun
Pada tahun kedua kehidupan, jumlah sinaps menurun secara mendadak. Pemangkasan sinaptik berlaku dengan sangat cepat antara usia 2 dan 10. Selama ini, sekitar 50 peratus sinaps tambahan dihapuskan. Pada korteks visual, pemangkasan berterusan sehingga berumur sekitar 6 tahun.
Remaja
Pemangkasan sinaptik berterusan sepanjang masa remaja, tetapi tidak secepat sebelumnya. Jumlah sinaps mula stabil.
Walaupun para penyelidik pernah menganggap otak hanya melakukan pemangkasan hingga awal remaja, kemajuan baru-baru ini telah menemui tempoh pemangkasan kedua pada akhir remaja.
Masa dewasa awal
Menurut penyelidikan yang lebih baru, pemangkasan sinaptik sebenarnya berterusan hingga awal dewasa dan berhenti pada akhir 20-an.
Menariknya, selama ini pemangkasan kebanyakan terjadi di korteks prefontal otak, yang merupakan bahagian otak yang sangat terlibat dalam proses membuat keputusan, pengembangan keperibadian, dan pemikiran kritis.
Adakah pemangkasan sinaptik menjelaskan permulaan skizofrenia?
Penyelidikan yang melihat hubungan antara pemangkasan sinaptik dan skizofrenia masih di peringkat awal. Teorinya adalah bahawa otak skizofrenia "terlalu banyak dipangkas," dan pemangkasan berlebihan ini disebabkan oleh mutasi genetik yang mempengaruhi proses pemangkasan sinaptik.
Sebagai contoh, ketika para penyelidik melihat gambar otak orang-orang dengan gangguan mental, seperti skizofrenia, mereka mendapati bahawa orang-orang dengan gangguan mental mempunyai sinapsis yang lebih sedikit di rantau prefrontal berbanding otak orang-orang tanpa gangguan mental.
Kemudian, satu kajian besar menganalisis tisu otak dan DNA post-mortem dari lebih daripada 100,000 orang dan mendapati bahawa orang dengan skizofrenia mempunyai varian gen tertentu yang mungkin dikaitkan dengan percepatan proses pemangkasan sinaptik.
Lebih banyak penyelidikan diperlukan untuk mengesahkan hipotesis bahawa pemangkasan sinaptik yang tidak normal menyumbang kepada skizofrenia. Walaupun ini masih jauh, pemangkasan sinaptik mungkin merupakan sasaran menarik untuk rawatan bagi orang yang mengalami gangguan mental.
Adakah pemangkasan sinaptik dikaitkan dengan autisme?
Para saintis masih belum mengetahui punca autisme yang tepat. Kemungkinan terdapat banyak faktor, tetapi baru-baru ini, penyelidikan telah menunjukkan hubungan antara mutasi pada gen tertentu yang berkaitan dengan fungsi sinaptik dan gangguan spektrum autisme (ASD).
Tidak seperti penyelidikan mengenai skizofrenia, yang berteori bahawa otak "dipangkas terlalu banyak," para penyelidik membuat hipotesis bahawa otak orang dengan autisme mungkin "kurang dipangkas." Oleh itu, secara teorinya, pemangkasan di bawah ini menyebabkan kelebihan sinaps di beberapa bahagian otak.
Untuk menguji hipotesis ini, para penyelidik melihat tisu otak 13 kanak-kanak dan remaja dengan dan tanpa autisme yang meninggal antara usia 2 hingga 20 tahun. Para saintis mendapati bahawa otak remaja dengan autisme mempunyai sinapsis yang jauh lebih banyak daripada otak remaja neurotipikal. Kanak-kanak kecil dalam kedua-dua kumpulan mempunyai jumlah sinapsis yang hampir sama. Ini menunjukkan bahawa keadaan itu mungkin berlaku semasa proses pemangkasan. Penyelidikan ini hanya menunjukkan perbezaan sinapsis, tetapi tidak sama ada perbezaan ini mungkin menjadi penyebab atau kesan autisme, atau hanya hubungan.
Teori di bawah pemangkasan ini dapat membantu menjelaskan beberapa gejala autisme yang biasa, seperti kepekaan terhadap bunyi bising, cahaya, dan pengalaman sosial, serta serangan epilepsi. Sekiranya terdapat terlalu banyak sinaps yang menembak sekaligus, seseorang dengan autisme kemungkinan akan mengalami kebisingan yang berlebihan daripada tindak balas otak yang diselaraskan.
Selain itu, penyelidikan masa lalu telah menghubungkan autisme dengan mutasi pada gen yang bertindak pada protein yang dikenali sebagai mTOR kinase. Sejumlah besar mTOR yang terlalu aktif telah dijumpai di otak pesakit autisme. Terlalu banyak aktiviti di laluan mTOR juga terbukti berkaitan dengan pengeluaran sinaps yang berlebihan. Satu kajian mendapati bahawa tikus dengan mTOR yang terlalu aktif mengalami kecacatan dalam pemangkasan sinaptiknya dan menunjukkan tingkah laku sosial seperti ASD.
Di manakah kajian mengenai pemangkasan sinaptik?
Pemangkasan sinaptik adalah bahagian penting dalam perkembangan otak. Dengan menyingkirkan sinapsis yang tidak lagi digunakan, otak menjadi lebih cekap seiring usia anda.
Pada masa ini, kebanyakan idea mengenai perkembangan otak manusia menggunakan idea keplastikan otak ini. Para penyelidik kini mencari cara untuk mengawal pemangkasan dengan ubat-ubatan atau terapi yang disasarkan. Mereka juga melihat bagaimana menggunakan pemahaman baru mengenai pemangkasan sinaptik untuk meningkatkan pendidikan kanak-kanak. Para penyelidik juga mengkaji bagaimana bentuk sinapsis mungkin berperanan dalam kecacatan mental.
Proses pemangkasan sinaptik mungkin menjadi sasaran yang menjanjikan untuk rawatan bagi orang dengan keadaan seperti skizofrenia dan autisme. Walau bagaimanapun, penyelidikan masih di peringkat awal.
