Dalam sebuah penelitian terhadap hewan pengerat, para ilmuwan di Icahn School of Medicine di Gunung Sinai menemukan bahwa bagian otak yang secara tradisional dianggap mengontrol pengetikan urutan lama mungkin juga memainkan peran penting dalam mempelajari yang baru.

Hasilnya, diterbitkan pada 25 Agustus th di Nature Communications , menunjukkan bahwa proses ini melibatkan keseimbangan dalam kegiatan dua tetangga sirkuit saraf: satu didedikasikan untuk tindakan baru dan yang lain ke kebiasaan lama.

Selama bertahun-tahun para ilmuwan berpikir bahwa kebiasaan dan pembelajaran baru, tindakan yang bermanfaat kemungkinan besar dikendalikan oleh bagian otak yang berbeda. Anehnya, kami menemukan bahwa area otak yang secara tradisional dianggap berspesialisasi dalam ekspresi kebiasaan lama juga dapat membantu otak mempelajari tindakan baru. ,” kata Paul J. Kenny, PhD, Profesor Ward-Coleman dan Ketua Departemen Ilmu Saraf Keluarga Nash di Mount Sinai dan penulis senior makalah tersebut.

“Pada akhirnya, kami berharap bahwa hasil ini memberikan wawasan baru ke dalam sel-sel otak dan sirkuit yang mendasari berbagai gangguan yang melibatkan kelainan dalam bagaimana tindakan kita dikendalikan, termasuk penyakit Parkinson dan kecanduan narkoba.”

Studi ini dipimpin oleh Alexander CW Smith, PhD, seorang instruktur di lab Kenny, dan Sietse Jonkman, PhD, mantan rekan pascadoktoral di Mount Sinai.

Pembelajaran aksi terjadi ketika melakukan sesuatu, seperti memindahkan suatu benda, menghasilkan manfaat, seperti mencari makanan atau menghindari musuh. Dalam studi ini, para peneliti meneliti peran yang dimainkan striatum dalam jenis pembelajaran ini. Terletak jauh di dalam otak, striatum diketahui terlibat dalam mengendalikan gerakan dan tindakan.

“Meskipun para ilmuwan telah berhipotesis bahwa striatum terlibat dalam pembelajaran tindakan, hanya sedikit yang benar-benar menguji gagasan ini,” kata Dr. Jonkman. “Kami ingin melihat secara mendalam sirkuit striatal yang mungkin terlibat dengan pembelajaran aksi.”

Untuk melakukan ini, para peneliti menguji kemampuan tikus lapar untuk menemukan makanan. Pada hari pertama percobaan, tikus dimasukkan ke dalam kandang khusus dan dilatih untuk mendapatkan makanan dengan menekan tuas dispenser. Setiap kali tikus percobaan menekan tuas, ia menerima pelet makanan sedangkan tikus kontrol tidak menerima apa pun.

Dua hari kemudian, para peneliti menguji pembelajaran dengan memasukkan kembali tikus ke dalam kandang khusus. Begitu berada di dalam kandang, tikus percobaan dengan kuat menekan tuas meskipun tidak lagi mengirim makanan, menunjukkan bahwa mereka telah berhasil mempelajari tindakan baru, sedangkan tikus kontrol akan mencari di sekitar dan hanya menekan tuas beberapa kali.

Pada berbagai waktu selama percobaan, para peneliti memeriksa aktivitas saraf di otak tikus. Mereka menemukan bahwa segera setelah sesi pelatihan, neuron di area tertentu dari striatum lebih aktif pada hewan pengerat eksperimental daripada di kelompok kontrol.

Ini adalah periode ketika memori tindakan yang baru dipelajari diketahui disimpan, atau dikodekan, di otak untuk digunakan nanti. Terutama, ini terlihat di striatum dorsolateral, striatum dorsomedial posterior, dan nukleus accumbens, menunjukkan area ini berperan dalam pembelajaran.

Untuk menguji ini lebih lanjut, para peneliti menyuntikkan ke setiap area obat, anisomisin, yang mencegah sel memproduksi protein yang diperlukan untuk penyimpanan memori jangka panjang. Obat itu disuntikkan segera setelah sesi pelatihan atau enam jam kemudian, saat protein baru yang dibutuhkan untuk penyimpanan memori seharusnya sudah diproduksi.

Tanpa diduga, para peneliti menemukan bahwa obat tersebut hanya mengganggu kemampuan hewan untuk mengingat tindakan baru ketika disuntikkan ke striatum dorsolateral segera setelah sesi pelatihan. Suntikan ke area lain tidak berpengaruh pada pembelajaran.

“Kami terkejut dengan hasil ini. Secara tradisional, diperkirakan bahwa pembelajaran tindakan dikodekan oleh striatum dorsomedial posterior sedangkan striatum dorsolateral hanya menangani kebiasaan. Tapi bukan itu yang kami lihat,” kata Dr. Smith. “Sebaliknya hasil kami menyarankan bahwa selain mengatur kebiasaan, striatum dorsolateral juga mengkonsolidasikan pembelajaran tindakan segera setelah tindakan baru dipelajari.”

Eksperimen lebih lanjut mendukung ide ini. Misalnya, secara kimiawi memblokir aktivitas neuron di striatum dorsolateral segera setelah sesi pelatihan juga mencegah tikus mengingat untuk menggunakan tuas untuk mengambil makanan.

Akhirnya, ketika para peneliti melihat lebih dekat pada area ini, mereka menemukan bahwa pembelajaran dapat dikendalikan oleh dua sirkuit saraf tetangga dan penangkal yang diketahui merespons neurotransmitter dopamin. Dalam satu sirkuit, aktivitas sel yang disebut neuron berduri medium reseptor D1 meningkat segera setelah pelatihan, dan menghambat sel-sel ini menghambat pembelajaran.

Sebaliknya, aktivitas sel-sel lain, yang disebut neuron berduri medium reseptor D2, menjadi tenang setelah pelatihan dan menghalangi aktivitas mereka meningkatkan kemampuan hewan untuk mengingat tindakan baru. Dalam serangkaian percobaan terpisah, para peneliti menemukan bahwa memblokir aktivitas neuron D2 mencegah hewan pengerat menampilkan kebiasaan yang dipelajari sebelumnya.

“Hasil kami menunjukkan bahwa ada keseimbangan antara pembelajaran tindakan baru dan ekspresi kebiasaan lama, yang dikendalikan oleh aktivitas yin-yang dari dua populasi neuron yang berbeda di dorsolateral striatum,” kata Dr. Kenny. “Di masa depan, kami berencana untuk mempelajari bagaimana gangguan keseimbangan ini berkontribusi pada tindakan maladaptif pada gangguan otak.”

Studi ini didukung oleh National Institutes of Health (DA043315, DA007135, DA025983), Brain and Behavior Research Foundation, dan Pfizer Postdoctoral Fellowship.