Hukum Universal: Konektivitas Otak Semua Mamalia Adalah Sama

Sebuah penelitian oleh para ilmuan dari
Universitas Tel Aviv yang terbit di Nature Neuroscience pada 8 Juni 2020. Menyelidiki konektivitas otak 130 spesies mamalia yermasuk manusia. Hasilnya bahwa konektivitas mereka adalah sama.

konektivitas otak diartikan sebagai efisiensi transfer informasi melalui jaringan saraf yang tidak bergantung pada ukuran atau struktur otak tertentu, “kata Prof Assaf.” Dengan kata lain, otak semua mamalia, dari tikus kecil melalui manusia ke sapi jantan dan lumba-lumba besar, menunjukkan konektivitas yang sama, dan informasi bergerak dengan efisiensi yang sama di dalamnya.

Kami juga menemukan bahwa otak menjaga keseimbangan ini melalui mekanisme kompensasi khusus: ketika konektivitas antar belahan tinggi, konektivitas di setiap belahan relatif rendah, dan sebaliknya. ” Peserta termasuk peneliti dari Institut Kedokteran Hewan Kimron di Beit Dagan, Sekolah Ilmu Komputer di TAU dan Fakultas Kedokteran Technion.

“Konektivitas otak adalah fitur sentral, penting untuk fungsi otak,” jelas Prof Assaf. “Banyak ilmuwan berasumsi bahwa konektivitas di otak manusia secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan hewan lain, sebagai penjelasan yang mungkin untuk fungsi superior dari ‘hewan manusia’.”

Di sisi lain, menurut Prof. Yovel, “Kita tahu bahwa Ciri-ciri utama dilestarikan selama proses evolusi. Jadi, misalnya, semua mamalia memiliki empat anggota tubuh. Dalam proyek ini kami ingin mengeksplorasi kemungkinan bahwa konektivitas otak dapat menjadi ciri utama dari jenis ini – dipelihara pada semua mamalia terlepas dari ukurannya atau struktur otak.

Untuk tujuan ini, kami menggunakan alat penelitian lanjutan. ” Proyek ini dimulai dengan pemindaian MRI difusi lanjutan dari otak sekitar 130 mamalia, masing-masing mewakili spesies yang berbeda. (Semua otak dikeluarkan dari hewan mati, dan tidak ada hewan yang dieutanasia untuk tujuan penelitian ini.)

Otak, diperoleh dari Institut Kedokteran Hewan Kimron, mewakili berbagai jenis mamalia – dari kelelawar kecil seberat 10 gram hingga lumba-lumba yang beratnya bisa mencapai ratusan kilogram. Karena otak sekitar 100 mamalia ini belum pernah dipindai MRI sebelumnya, proyek ini menghasilkan basis data baru dan unik secara global.

Otak 32 manusia yang hidup juga dipindai dengan cara yang sama. Teknologi unik, yang mendeteksi materi putih di otak, memungkinkan para peneliti untuk merekonstruksi jaringan saraf: neuron dan akson mereka (serabut saraf) melalui mana informasi ditransfer, dan sinapsis (persimpangan) tempat mereka bertemu.

Tantangan berikutnya adalah membandingkan pindaian berbagai jenis hewan, yang ukuran dan / atau struktur otaknya sangat bervariasi. Untuk tujuan ini, para peneliti menggunakan alat dari Teori Jaringan, cabang matematika yang memungkinkan mereka untuk membuat dan menerapkan pengukur konduktivitas otak yang seragam: jumlah sinopsis yang harus dilintasi pesan untuk berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain di jaringan saraf.

“Otak mamalia terdiri dari dua belahan yang terhubung satu sama lain oleh satu set serabut saraf (akson) yang mentransfer informasi,” jelas Prof Assaf.

“Untuk setiap otak yang kami pindai, kami mengukur empat konektivitas konektivitas: konektivitas di setiap belahan bumi (koneksi intrahemispheric), konektivitas antara dua belahan (interhemispheric), dan konektivitas keseluruhan.

Kami menemukan bahwa konektivitas otak secara keseluruhan tetap sama untuk semua mamalia, besar atau kecil, termasuk manusia. Dengan kata lain, informasi bergerak dari satu lokasi ke lokasi lain melalui jumlah sinapsis yang sama.

Namun, harus dikatakan bahwa otak yang berbeda menggunakan strategi yang berbeda untuk mempertahankan ukuran yang sama dari keseluruhan konektivitas ini: beberapa menunjukkan konektivitas interhemispheric yang kuat dan konektivitas yang lebih lemah di belahan dunia lain, sementara yang lain menampilkan sebaliknya. ” Prof Yovel menjelaskan penemuan menarik lainnya.

“Kami menemukan bahwa variasi kompensasi konektivitas mencirikan tidak hanya spesies yang berbeda tetapi juga individu yang berbeda dalam spesies yang sama,” katanya. “Dengan kata lain, otak beberapa tikus, kelelawar, atau manusia menunjukkan konektivitas interhemispheric yang lebih tinggi dengan mengorbankan konektivitas di dalam belahan otak, dan sebaliknya – dibandingkan dengan yang lain dari spesies yang sama. Akan menarik untuk berhipotesis bagaimana berbagai jenis konektivitas otak dapat memengaruhi berbagai fungsi kognitif atau kemampuan manusia seperti olahraga, musik, atau matematika.

“Studi kami mengungkapkan hukum universal: Konservasi Konektivitas Otak,” Prof Assaf menyimpulkan. “Hukum ini menyatakan bahwa efisiensi transfer informasi di jaringan saraf otak adalah sama di semua mamalia, termasuk manusia.

Kami juga menemukan mekanisme kompensasi yang menyeimbangkan konektivitas di setiap otak mamalia. Mekanisme ini memastikan konektivitas yang tinggi di area tertentu di otak, mungkin diwujudkan melalui beberapa bakat khusus (misalnya olahraga atau musik) selalu dilawan oleh konektivitas yang relatif rendah di bagian lain dari otak. Dalam proyek-proyek mendatang kami akan menyelidiki bagaimana otak mengkompensasi konektivitas yang ditingkatkan yang terkait dengan kemampuan dan proses pembelajaran tertentu . “

Journal Reference:

• Yaniv Assaf, Assaf Marom, Arieli Bouznach, Omri Zomet, Yossi Yovel. 2020. Conservation of brain connectivity and wiring across the mammalian class. Nature Neuroscience, 2020; 23 (7): 805 DOI: 10.1038/s41593-020-0641-7