Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah memperkirakan mengapa kita tidur. Beberapa yakin bahwa ini adalah cara untuk menghemat energi, yang lain - yang memungkinkan untuk "membersihkan limbah sel" dari aktivitas otak. Ada versi yang tidur hanya membuat hewan berbaring diam, memungkinkan mereka bersembunyi dari pemangsa. Para peneliti baru-baru ini menyajikan bukti untuk teori lain: kita tidur untuk melupakan beberapa informasi yang kita pelajari setiap hari.
Untuk mempelajari dan mempelajari sesuatu yang baru, banyak koneksi antara neuron - sinapsis - harus dibangun di otak. Koneksi ini memungkinkan Anda untuk mengirim dan mengirim sinyal satu sama lain dengan cepat dan efisien, dan semua memori yang kami miliki disimpan dalam jaringan tersebut.
Pada tahun 2003, Giulio Tononi dan Chiara Cirelli, ahli biologi
di University of
Wisconsin di Madison ,
menyarankan agar sinapsis tumbuh sangat cepat pada siang hari sehingga otak mencoba untuk memangkas senyawa ini selama tidur. Kemudian, para ilmuwan Tononi dan Cirelli, bersama dengan para peneliti lain, menemukan banyak bukti tidak langsung yang mendukung hipotesis homeostasis sinaptik mereka.
Melalui berbagai percobaan, para ilmuwan telah menemukan bahwa neuron dapat memangkas sinapsis - setidaknya di laboratorium. Dengan bantuan berbagai obat, para peneliti merangsang pertumbuhan kelebihan sinapsis, yang menyebabkan bundel neuron memotong beberapa proses sendiri.
Sebagai bukti lain dari teori ini, gelombang listrik yang dipancarkan oleh otak diperhitungkan. Selama tidur nyenyak, gelombang ini berkurang. Tononi dan Cirelli kemudian berpendapat bahwa pengurangan sinaps menyebabkan perubahan tersebut.
Studi oleh Tononi dan Cirelli menunjukkan bahwa bahkan waktu tidur singkat atau bangun mengubah aktivitas sinaptik pada tingkat yang berbeda, yaitu, menyebabkan sinapsis berkontraksi dan tumbuh sesuai. Pekerjaan terbaru mereka menunjukkan bahwa penurunan sinapsis di mana-mana terjadi pada otak tikus ketika mereka tidur.
Sejak 2013, kolega mereka, Luisa de Vivo (Luisa de Vivo), melakukan penelitian teliti terhadap jaringan yang diambil dari tikus pada saat beberapa dari mereka sedang tidur, sementara yang lain terjaga. Dia menggunakan
pemindaian mikroskop elektron untuk membuat gambar tiga dimensi definisi tinggi dari 6920 koneksi sinaptik di dua area otak yang berbeda - tugas yang membutuhkan waktu lebih dari empat tahun untuk menyelesaikannya.
Gambar tiga dimensi dari proses dendritik di korteks serebral tikusPara peneliti mempelajari ribuan gambar untuk menghitung luas permukaan kontak total antara ujung saraf dan proses dendritik - tonjolan kecil yang berfungsi sebagai penerima pada sinapsis. Mereka menarik karena mereka tumbuh pada saat koneksi sinaptik diperkuat. Di otak tikus tidur, area permukaan kontak adalah 18% kurang dari yang terjaga. Dengan kata lain, ada penurunan umum dalam jumlah senyawa sinaptik. Penurunan itu ternyata heterogen dan terbatas pada proses kecil yang seharusnya terlibat dalam pelatihan.
Studi lain dipimpin oleh Graham Diering, seorang ilmuwan di
Johns Hopkins University . Deiring dan rekan-rekannya
menguji hipotesis homeostasis sinaptik dengan mempelajari protein di otak tikus. Dalam satu percobaan, mereka menciptakan lubang kecil di mana orang bisa melihat ke dalam otak. Kemudian ditambahkan bahan kimia yang menyoroti protein pada permukaan sinapsis.
Akibatnya, tim Deiring menemukan bahwa tidur dikaitkan dengan penurunan ukuran proses dendritik, serta dengan pengurangan 20 persen dalam subunit molekul
reseptor AMPA , yang hilang dari berkurangnya dendrit. Ketika tikus bangun, protein kerangka kerja sinaptik Homer mengikat reseptor lain dan "pasangan" molekul mereka bersama-sama dan menyatukan mereka di sinapsis di bawah membran sel. Selama tidur, versi singkat dari protein Homer1A ini memasuki dendrit dan membongkar seluruh sistem dan menghilangkan reseptor AMPA, melemahkan koneksi.
Para ilmuwan juga telah membuat tikus yang dimodifikasi secara genetik yang tidak memiliki gen Homer1A. Hewan-hewan ini tidur dengan cara yang sama seperti teman litter mereka, tetapi sinapsis mereka tidak mengubah protein mereka, seperti halnya sinapsis pada tikus biasa. Sebuah studi oleh Dr. Deiring menunjukkan bahwa kantuk disebabkan oleh neuron yang perlu menghasilkan Homer1A dan mengarahkannya ke sinapsis untuk memangkasnya.
Untuk melihat bagaimana bagian-bagian ini mempengaruhi ingatan, para ilmuwan melakukan serangkaian tes. Mereka menempatkan tikus di sebuah ruangan di mana mereka menerima arus listrik yang lemah jika mereka berjalan di satu bagian lantai. Pada malam yang sama, sebuah tim peneliti menyuntikkan bahan kimia yang mengganggu neuron yang memangkas sinapsis ke otak beberapa tikus.
Hari berikutnya, tikus-tikus itu dikembalikan ke kamar yang sama. Kedua kelompok tikus menghabiskan sebagian besar waktu mereka tanpa bergerak, karena mereka ingat bahwa kejutan akan mengikuti gerakan. Tetapi ketika para peneliti menempatkan mereka di ruang lain, mereka melihat perbedaan besar. Tikus-tikus yang otaknya tidak terpapar obat pada malam hari mengendus ruangan dengan rasa ingin tahu, sementara tikus dengan sinapsis yang tidak disunat membeku lagi. Deiring percaya bahwa tikus dari kelompok kedua tidak dapat mempersempit ingatan mereka ke kamera tertentu, di mana mereka menerima kejutan. Tanpa hiasan malam, ingatan mereka tidak jelas.
Eksperimen selanjutnya oleh Tononi dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa tidak setiap neuron melakukan prosedur cut-off - sekitar seperlima dari sinapsis tetap tidak tersentuh. Ada spekulasi bahwa sinapsis ini menyandikan ingatan yang “mapan” yang tidak boleh diubah.
Beberapa ilmuwan tidak menganggap hasil ini sebagai bukti untuk hipotesis homeostasis sinaptik. Sulit untuk mengatakan apakah perubahan-perubahan di otak ini disebabkan oleh tidur atau jam biologis. Selain itu, tidak dapat dikatakan dengan tegas bahwa tidur hanya ada karena otak dapat melemahkan sinapsis selama proses ini.
Terlepas dari semua keraguan, data baru dapat mengubah pandangan tentang bagaimana, misalnya, pil tidur pada otak manusia. Sementara mereka membantu orang tertidur, mereka dapat mengganggu proses pemangkasan neuron yang diperlukan untuk membentuk ingatan. Di masa depan, molekul obat dapat diorientasikan secara tepat sehingga sinapsis terpangkas dengan benar.