Bagaimana Otak Mengingat & Membedakan Banyak Bau?

Sebuah penelitian yang didanai oleh National Institutes of Health, para peneliti NYU Grossman School of Medicine untuk pertama kalinya menciptakan bukti yang dianggap sebagai bau di pusat pemrosesan penciuman otak, bohlam penciuman, meskipun baunya tidak ada. Hasil studi tersebut diterbitkan secara online di jurnal Science pada 18 Juni 2020.

Karena sinyal simulasi bau adalah buatan manusia, para peneliti dapat memanipulasi waktu dan urutan pensinyalan saraf terkait dan mengidentifikasi perubahan mana yang paling penting bagi kemampuan tikus untuk secara akurat mengidentifikasi “bau sintetis”.

Menguraikan bagaimana otak membedakan bau adalah rumit, sebagian, karena tidak seperti indera lain seperti penglihatan, kita belum mengetahui aspek paling penting dari bau individu,” kata ketua peneliti, Edmund Chong, MS, seorang mahasiswa doktoral di NYU Langone Health.

Dalam pengenalan wajah, misalnya, otak dapat mengenali orang berdasarkan isyarat visual, seperti mata, bahkan tanpa melihat hidung dan telinga seseorang,” kata Chong. “Tetapi ciri-ciri khas ini, sebagaimana dicatat oleh otak, belum ditemukan untuk setiap aroma.”

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa molekul-molekul udara yang dihubungkan dengan aroma memicu sel-sel reseptor yang melapisi hidung untuk mengirim sinyal-sinyal listrik ke bundel-bundel penghasil saraf pada bohlam yang disebut glomeruli, dan kemudian ke sel-sel otak (neuron). Waktu dan urutan aktivasi glomeruli diketahui unik untuk setiap bau, kata para peneliti, dengan sinyal yang kemudian ditransmisikan ke korteks otak, yang mengontrol bagaimana seekor binatang memandang, bereaksi, dan mengingat bau. Tetapi karena aroma dapat bervariasi dari waktu ke waktu dan bergaul dengan yang lain, para ilmuwan sampai sekarang berjuang untuk secara tepat melacak tanda bau tunggal di beberapa jenis neuron.

Untuk studi baru, para peneliti merancang percobaan berdasarkan ketersediaan tikus yang direkayasa secara genetik oleh laboratorium lain sehingga sel-sel otak mereka dapat diaktifkan dengan cahaya melalui suatu teknik yang disebut optogenetika.

Selanjutnya mereka melatih tikus untuk suatu permainan, mengenali sinyal yang dihasilkan oleh aktivasi cahaya enam glomeruli dikenal menyerupai pola yang ditimbulkan oleh bau dengan memberi mereka hadiah air hanya ketika mereka merasakan “bau” yang benar dan mendorong tuas. Jika tikus mendorong tuas setelah aktivasi set glomeruli yang berbeda (simulasi bau yang berbeda), mereka tidak menerima air.

Dengan menggunakan model ini, para peneliti mengubah waktu dan campuran glomeruli teraktivasi, mencatat bagaimana setiap perubahan memengaruhi persepsi tikus seperti tercermin dalam perilaku: keakuratan yang digunakannya pada sinyal bau sintetis untuk mendapatkan hadiah. Secara khusus, para peneliti menemukan bahwa mengubah yang mana dari glomeruli dalam setiap set penetapan bau diaktifkan pertama menyebabkan sebanyak 30 persen penurunan kemampuan mouse untuk merasakan sinyal bau dengan benar dan mendapatkan air. Perubahan pada glomeruli terakhir pada setiap set terjadi dengan penurunan 5% dalam penginderaan bau yang akurat.

Waktu aktivasi glomeruli bekerja bersama “seperti nada dalam melodi,” kata para peneliti, dengan penundaan atau gangguan pada “nada” awal yang menurunkan akurasi. Kontrol ketat dalam model mereka tentang kapan, berapa banyak, dan mana reseptor dan glomeruli yang diaktifkan pada tikus, memungkinkan tim untuk menyaring banyak variabel dan mengidentifikasi fitur bau yang menonjol.

Sekarang kita memiliki model untuk memecah waktu dan urutan aktivasi glomeruli, kita dapat memeriksa jumlah minimum dan jenis reseptor yang dibutuhkan oleh bola penciuman untuk mengidentifikasi bau tertentu,” kata peneliti senior peneliti dan neurobiolog Dmitry Rinberg, PhD.

Rinberg, seorang profesor di NYU Langone dan Neuroscience Institute-nya, mengatakan hidung manusia diketahui memiliki sekitar 350 jenis reseptor bau, sementara tikus, yang indra penciumannya jauh lebih terspesialisasi, memiliki lebih dari 1.200.

“Hasil kami mengidentifikasi untuk pertama kalinya kode untuk bagaimana otak mengubah informasi sensorik menjadi persepsi sesuatu, dalam hal ini adalah bau,” tambah Rinberg. “Ini menempatkan kita lebih dekat untuk menjawab pertanyaan lama di bidang kita tentang bagaimana otak mengekstrak informasi sensorik untuk membangkitkan perilaku.

Jurnal Refrensi:

• Edmund Chong, Monica Moroni, Christopher Wilson, Shy Shoham, Stefano Panzeri, Dmitry Rinberg. Manipulating Synthetic Optogenetic Odors Reveals the Coding Logic of Olfactory Perception. Science, 2020 DOI: 10.1126/science.aba2357