GENETIKA, EVOLUSI, PENGEMBANGAN DAN PLASTISITAS

Sistem saraf manusia membutuhkan perakitan yang sangat banyak, dan instruksinya berbeda dari instruksi untuk objek yang kita rakit dari kit. Alih-alih, "Letakkan bagian ini di sini dan bagian itu di sana," instruksinya adalah, "Letakkan akson ini di sini dan dendrit itu di sana, lalu tunggu untuk melihat apa yang terjadi. Pertahankan koneksi yang berfungsi paling baik dan buang yang lain. Terus buat koneksi baru dan pertahankan hanya yang sukses.” Oleh karena itu, kami mengatakan bahwa anatomi otak adalah plastik. Itu mengubah rap diam dalam perkembangan awal dan terus berubah sepanjang hidup.

Genetika dan Evolusi Perilaku

Kontroversi muncul ketika kita bergerak melampaui pemahaman umum bahwa baik keturunan maupun lingkungan adalah penting. Misalnya, apakah perbedaan kecerdasan manusia sebagian besar bergantung pada perbedaan genetik, pengaruh lingkungan, atau keduanya secara setara? Pertanyaan serupa muncul untuk orientasi seksual, alkoholisme, penambahan berat badan, dan banyak lagi yang menarik minat psikolog. Modul ini akan membantu Anda memahami masalah ini yang muncul kemudian dalam teks ini atau di tempat lain.

Genetika Mendel 

Sebelum karya Gregor Mendel, seorang biarawan akhir abad ke-19, para ilmuwan berpikir bahwa pewarisan adalah proses pencampuran di mana sifat-sifat sperma dan sel telur hanya bercampur, seperti dua warna cat. Mendel menunjukkan bahwa pewarisan terjadi melalui gen, unit hereditas yang mempertahankan identitas strukturalnya dari satu generasi ke generasi lainnya. Biasanya, gen berpasangan karena mereka disejajarkan di sepanjang kromosom (untaian gen) yang juga berpasangan. Secara klasik, gen telah didefinisikan sebagai bagian dari kromosom yang terdiri dari molekul untai ganda asam deoksiribonukleat (DNA).

Untai DNA berfungsi sebagai templat (model) untuk sintesis molekul asam ribonukleat (RNA) , bahan kimia untai tunggal. Salah satu jenis molekul RNA—RNA pembawa pesan—berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis molekul protein. DNA mengandung empat “basa”—adenin, guanin, sitosin, dan timin. Urutan basa tersebut menentukan urutan basa yang sesuai di sepanjang molekul RNA adenin, guanin, sitosin, dan urasil. Urutan basa sepanjang molekul RNA pada gilirannya menentukan urutan asam amino yang menyusun protein. Misalnya, jika tiga basa RNA berurutan sitosin, adenin, dan guanin, maka protein menambahkan asam amino glutamin. Jika tiga basa RNA berikutnya adalah urasil, guanin, dan guanin, asam amino berikutnya pada protein adalah triptofan. Secara total, protein terdiri dari 20 asam amino, dan urutan asam amino tersebut tergantung pada urutan basa DNA dan RNA. Ini adalah kode yang sangat sederhana, mengingat kompleksitas struktur tubuh dan fungsi yang dihasilkan darinya. 

Siapapun dengan pasangan gen yang identik pada dua kromosom kromosom adalah homozigot untuk gen tersebut. Seorang individu dengan pasangan gen yang tidak cocok adalah heterozigot untuk gen itu. Gen bersifat dominan, resesif, atau intermediet. Gen dominan menunjukkan efek yang kuat baik dalam kondisi homozigot maupun heterozigot. Gen resesif menunjukkan efeknya hanya dalam kondisi homozigot. Misalnya, gen mata cokelat dominan dan gen mata biru resesif. Gen sensitivitas tinggi terhadap rasa phenylthiocarbamide (PTC) dominan, dan gen sensitivitas rendah resesif. orang tua bisa mencicipi PTC. Namun, setiap orang tua mentransmisikan baik gen sensitivitas rasa tinggi (T) atau gen sensitivitas rasa rendah (t) untuk setiap anak. Oleh karena itu, seorang anak dalam keluarga ini memiliki peluang 25 persen untuk memiliki dua gen T, peluang 50 persen untuk kondisi heterozigot, dan peluang 25 persen untuk menjadi homozigot untuk gen t. Namun, contoh seperti ini bisa menyesatkan, karena menyiratkan bahwa satu gen menghasilkan hasil tunggal, terlepas dari lingkungannya. Bahkan dalam hal warna mata, itu tidak benar.

Gen Terikat Seks dan Gen Terbatas Seks

Gen pada kromosom seks (ditunjuk X dan Y pada mamalia) dikenal sebagai gen terpaut seks. Semua kromosom lain adalah kromosom autosom, dan gen mereka dikenal sebagai gen autosom.

Salah satu X atau Y. Jika ia memberikan kontribusi X, keturunannya adalah perempuan; jika ia memberikan kontribusi Y, keturunannya adalah laki-laki. (Pengecualian untuk aturan ini dimungkinkan, tetapi jarang terjadi.) Ketika ahli biologi berbicara tentang gen terpaut seks, yang mereka maksud biasanya adalah gen terpaut X. Kromosom Y kecil, dengan gen untuk protein jauh lebih sedikit daripada kromosom lain. Namun, kromosom Y juga memiliki banyak tempat yang mempengaruhi fungsi gen pada kromosom lain.

Yang berbeda dari gen terpaut seks adalah gen terbatas jenis kelamin, terdapat pada kedua jenis kelamin tetapi aktif terutama pada satu jenis kelamin. Contohnya termasuk gen yang mengontrol jumlah bulu dada pada pria, ukuran payudara pada wanita, jumlah kokok pada ayam jantan, dan tingkat produksi telur pada ayam.

Perubahan Genetik

Gen berubah dalam beberapa cara. Salah satu caranya adalah dengan mutasi, perubahan tabel heri dalam molekul DNA. Mengubah hanya satu basa dalam DNA ke salah satu dari tiga jenis lainnya berarti bahwa gen mutan akan mengkode protein dengan asam amino yang berbeda di satu lokasi dalam molekul. Jenis lain dari mutasi adalah duplikasi atau penghapusan. Selama proses reproduksi, bagian dari kromosom yang biasanya muncul satu kali mungkin muncul dua kali atau tidak muncul sama sekali. Ketika proses ini terjadi hanya pada sebagian kecil dari kromosom, kami menyebutnya mikroduplikasi atau mikrodelesi.

Epigenetik

Selain perubahan permanen pada gen ini, bidang epigenetik berkaitan dengan perubahan ekspresi gen. Setiap sel dalam tubuh Anda memiliki DNA yang sama seperti setiap sel lainnya (kecuali sel darah merah, tanpa DNA). Berbagai pengalaman dapat menghidupkan atau mematikan gen. Misalnya, jika ibu tikus kekurangan gizi selama kehamilan, keturunannya mengubah ekspresi gen tertentu untuk menghemat energi dan menyesuaikan diri dengan dunia di mana makanan mungkin akan sulit ditemukan.

Epigenetika adalah bidang baru yang berkembang yang hampir pasti akan memainkan peran yang semakin penting dalam pemahaman kita tentang perilaku. Misalnya, satu penelitian meneliti 40 tikus betina dari galur inbrida, yang hidup di kandang besar yang sama. Perubahan epigenetik pada manusia juga penting. Ketika Anda mempelajari sesuatu, otak Anda menyimpan informasi dengan meningkatkan aktivitas pada gen tertentu di sel tertentu sambil menurunkannya di sel lain. Kecanduan obat juga menghasilkan perubahan epigenetik di otak.

Hasil dari suatu pengalaman—kekurangan ibu, paparan kokain, pembelajaran baru, atau apa pun—dalam beberapa cara mengubah lingkungan kimiawi di dalam sel. Dalam beberapa kasus, hasilnya menambahkan gugus asetil (COCH3) ke ekor histon di dekat gen, menyebabkan histon melonggarkan cengkeramannya pada DNA, dan memfasilitasi ekspresi gen tersebut. Penghapusan gugus asetil menyebabkan histon mengencangkan cengkeramannya pada DNA, dan mematikan gen. Kemungkinan lain adalah menambah atau menghilangkan gugus metil dari DNA, biasanya di daerah promotor di awal gen.

Keturunan dan Lingkungan

Untuk menentukan heritabilitas dari setiap karakteristik, peneliti terutama mengandalkan tiga jenis bukti. Pertama, mereka membandingkan kembar monozigot ("dari satu telur") dan dizigotik.  Jenis bukti kedua adalah studi tentang anak angkat. Setiap kecenderungan anak angkat untuk menyerupai orang tua biologis mereka menunjukkan pengaruh turun temurun. Namun, sekali lagi bukti tidak selalu menentukan. Ibu kandung tidak hanya menyumbangkan gennya, tetapi juga lingkungan pranatal. Kesehatan ibu, pola makan, serta kebiasaan merokok dan minum selama kehamilan dapat sangat mempengaruhi perkembangan anaknya, khususnya perkembangan otak. Kesamaan antara anak angkat dan ibu genetik dapat mencerminkan pengaruh genetik dan lingkungan prenatal.

Jenis bukti ketiga adalah mengidentifikasi gen spesifik yang terkait dengan beberapa perilaku. Dalam beberapa kasus, peneliti menguji hipotesis, seperti "gen yang menurunkan aktivitas transporter serotonin mungkin terkait dengan peningkatan risiko depresi." Dalam kasus lain, mereka memeriksa semua gen orang dengan beberapa kondisi (seperti depresi atau skizofrenia), mencari gen apa pun yang lebih umum daripada populasi lainnya.

Kita dapat menarik kesimpulan yang lebih tegas jika lebih dari satu jenis bukti mendukungnya, seperti studi adopsi dan studi kembar. Dengan menggunakan metode ini, peneliti telah menemukan bukti heritabilitas yang signifikan dari hampir setiap perilaku yang telah mereka uji, termasuk kesepian. Setiap perkiraan heritabilitas suatu sifat khusus untuk populasi tertentu. Pertimbangkan penyalahgunaan alkohol, yang memiliki heritabilitas sedang di Amerika Serikat. Bayangkan sebuah populasi di suatu tempat di mana beberapa keluarga mengajarkan larangan yang sangat ketat tentang penggunaan alkohol, mungkin karena alasan agama, dan keluarga lain lebih permisif. Dengan perbedaan lingkungan yang begitu kuat, pengaruh genetik kurang berpengaruh, dan heritabilitas akan relatif rendah. Kemudian pertimbangkan populasi lain di mana semua keluarga memiliki aturan yang sama, tetapi orang-orang kebetulan berbeda secara substansial dalam gen yang memengaruhi reaksi mereka terhadap alkohol. Pada populasi tersebut, heritabilitas akan lebih tinggi. Singkatnya, perkiraan heritabilitas tidak pernah mutlak. Mereka berlaku untuk populasi tertentu pada waktu tertentu.

Modifikasi Lingkungan

Bahkan suatu sifat dengan heritabilitas tinggi dapat dimodifikasi dengan intervensi mental lingkungan. Contoh utama adalah fenilketonuria atau PKU, suatu genetik dalam kemampuan untuk memetabolisme asam amino fenilalanin. Jika PKU tidak diobati, fenilalanin terakumulasi ke tingkat beracun, mengganggu perkembangan otak dan meninggalkan anak terbelakang mental, gelisah, dan mudah tersinggung. Sekitar satu persen orang Eropa membawa gen resesif untuk PKU. Meskipun PKU adalah kondisi turun temurun, intervensi lingkungan dapat memodifikasinya. Dokter di banyak negara secara rutin menguji kadar fenilalanin atau metabolitnya dalam darah atau urin bayi. Jika bayi memiliki kadar tinggi, yang menunjukkan PKU, dokter menyarankan orang tua untuk memberikan bayi diet rendah fenilalanin yang ketat untuk melindungi otak. Beberapa catatan tentang PKU: Diet yang dibutuhkan itu sulit. Orang harus menghindari daging, telur, produk susu, biji-bijian, dan terutama aspartam (NutraSweet), yang 50 persen phe nylalanine. Sebaliknya, mereka makan formula mahal yang mengandung asam amino lainnya. Dokter lama percaya bahwa anak-anak dengan PKU bisa berhenti diet setelah beberapa tahun. Pengalaman selanjutnya menunjukkan bahwa kadar fenilalanin yang tinggi juga merusak otak dewasa.

Bagaimana Gen mempengaruhi Perilaku

Seorang ahli biologi yang berbicara tentang “gen untuk mata coklat” tidak berarti bahwa gen tersebut secara langsung menghasilkan mata coklat. Gen tersebut menghasilkan protein yang membuat mata menjadi coklat, dengan asumsi kesehatan dan gizi buruk. Jika kita berbicara tentang “gen untuk alkoholisme”, kita seharusnya tidak membayangkan bahwa gen itu sendiri yang menyebabkan alkoholisme. Sebaliknya, itu menghasilkan protein yang dalam keadaan tertentu meningkatkan kemungkinan alkoholisme. Tepatnya bagaimana gen meningkatkan kemungkinan perilaku tertentu adalah masalah yang kompleks. Beberapa gen mengontrol kimia otak, tetapi yang lain mempengaruhi perilaku secara tidak langsung. Sebagai contoh lain, bayangkan seorang anak yang lahir dengan gen yang mempromosikan tinggi badan, kecepatan lari, dan koordinasi yang lebih tinggi dari rata-rata. Anak itu menunjukkan keberhasilan awal di bola basket, dan segera menghabiskan lebih banyak waktu bermain bola basket.

Evolusi Perilaku

Charles Darwin, yang dikenal sebagai pendiri teori evolusi, tidak menyukai istilah evolusi. Dia lebih suka penurunan dengan modifikasi, menekankan gagasan perubahan tanpa harus menyiratkan perbaikan. Evolusi adalah perubahan generasi dalam frekuensi berbagai gen dalam suatu populasi. Kami membedakan dua pertanyaan tentang evolusi: Bagaimana caranya? beberapa spesies berevolusi, dan bagaimana spesies berevolusi? Menanyakan bagaimana suatu spesies berevolusi berarti menanyakan apa yang berevolusi dari apa, mendasarkan jawaban kita pada kesimpulan dari fosil dan perbandingan spesies hidup. Misalnya, ahli biologi menemukan bahwa manusia lebih mirip dengan simpanse daripada spesies lain, dan mereka menyimpulkan nenek moyang yang sama. Saat bukti baru tersedia, ahli biologi mengubah pendapat mereka tentang hubungan evolusioner antara satu spesies dan spesies lainnya.

Kesalahpahaman Umum tentang Evolusi

Mari kita perjelas prinsip-prinsip evolusi dengan mengatasi beberapa kesalahpahaman: Apakah penggunaan atau tidak digunakannya beberapa struktur atau perilaku menyebabkan peningkatan atau penurunan evolusioner dalam fitur tersebut? Anda mungkin pernah mendengar orang mengatakan sesuatu seperti, “Karena kita hampir tidak pernah menggunakan jari kelingking kita, jari-jari kaki kita menjadi semakin kecil di setiap generasi berikutnya.” Ide ini merupakan kelanjutan dari teori evolusi ahli biologi Jean-Baptiste Lamarck melalui pewarisan karakteristik yang diperoleh, yang dikenal sebagai evolusi Lamarckian.

Apakah manusia berhenti berevolusi? Karena pengobatan modern dapat membuat hampir semua orang tetap hidup, dan karena program kesejahteraan di negara-negara makmur menyediakan kebutuhan kehidupan bagi hampir semua orang, sebagian orang menegaskan bahwa manusia tidak lagi tunduk pada prinsip “survival of the fittest.” Oleh karena itu, menurut argumen, evolusi manusia telah melambat atau berhenti. Kelemahan dalam argumen ini adalah bahwa evolusi bergantung pada reproduksi, bukan hanya kelangsungan hidup. Jika orang dengan gen tertentu memiliki lebih dari jumlah rata-rata anak, gen mereka akan menyebar dalam populasi. Apakah " evolusi " berarti "perbaikan"? Itu tergantung pada apa yang Anda maksud dengan "perbaikan". Menurut definisi, evolusi meningkatkan kebugaran, yang secara operasional didefinisikan sebagai jumlah salinan gen seseorang yang bertahan di generasi selanjutnya. Apakah evolusi menguntungkan individu atau spesies? Jika gen itu memungkinkan Anda untuk meninggalkan lebih banyak anak yang masih hidup daripada yang Anda miliki, maka gen itu akan meningkat prevalensinya dalam populasi Anda.

EVOLUSI OTAK

Manusia memiliki otak yang lebih besar dan lebih baik. Manusia menciptakan solusi baru untuk setiap permasalahan yang dihadapinya. Para peneliti secara selektif membiakkan guppy (ikan kecil) untuk otak yang lebih besar. Dalam beberapa generasi, mereka ikan guppy dengan otak yang lebih besar memiliki kinerja yang lebih baik pada beberapa hal. Namun, ikan guppy ini memiliki lebih sedikit energi yang tersedia untuk organ dan fungsi lain. Secara khusus, mereka menghasilkan lebih sedikit keturunan daripada rata-rata. 

Berbeda dengan ikan guppy, manusia mungkin dapat mengembangkan otak besar tanpa mengorbakan fungsi lain dengan pola makan kita yang baik. Manusia berbeda dengan simpanse, manusia memiliki lebih banyak protein yang mengangkut glukosa ke otak dan lebih sedikit protein yang mengangkut ke otot. Jadi, manusia lebih banyak energi untuk otak dibanding kekuatan fisik. Primata pada umumnya memiliki banyak gen yang aktif dalam perkembangan otak yang tidak terjadi pada mamalia lain, dan manusia memiliki beberapa gen yang bahkan tidak terjadi pada primate lain. Gen ini mengerahkan efeknya terutama di korteks prefrontal, area yang penting untuk memori, perhatian, ucapan, dan pengambilan keputusan.

Psikologi evolusioner  

Psikologi evolusioner menyangkut bagaimana perilaku berevolusi.  Penekanannya adalah pada penjelasan evolusioner dan fungsional—yaitu, dugaan gen nenek moyang kita dan mengapa seleksi alam mungkin menyukai gen yang mendorong perilaku tertentu. Psikologi evolusioner adalah satu pendekatan terhadap psikologi yang menerapkan pengetahuan-pengetahuan dan prinsip-prinsip biologi evolusioner untuk meneliti struktur pikiran manusia. Psikologi evolusioner sebagai kombinasi dua ilmu, yakni biologi evolusioner dan psikologi kognitif. Adapun contoh-contohnya : 

1.      orang mengalami “merinding”—ereksi pada rambut, terutama di lengan dan bahu—ketika mereka kedinginan atau ketakutan. Merinding tidak begitu menghasilkan manfaat bagi manusia karena bulu bahu dan lengan kita pendek dan biasanya tertutup oleh pakaian. Namun, pada kebanyakan mamalia lain, bulu yang tegak membuat hewan yang ketakutan terlihat lebih besar dan lebih menakutkan. 

2.      Bayi akan menggenggam erat jari, pensil, atau benda serupa yang diletakkan di telapak tangan. Apa gunanya itu? Sedikit atau tidak sama sekali untuk manusia, tetapi bagi nenek moyang kita yang seperti monyet, itu sangat penting. Induk kera sering kali membutuhkan keempat anggota tubuhnya untuk memanjat pohon mencari makanan atau melarikan diri dari pemangsa. Bayi monyet yang tidak bisa bertahan akan membahayakan hidupnya. 

Disisi lain beberapa penjelasan psikologi evolusioner spekulatif dan kontroversial. Seperti 

1.      Lebih banyak pria daripada wanita yang menikmati prospek seks bebas dengan banyak pasangan. Para ahli teori mengaitkan kecenderungan ini dengan fakta bahwa seorang pria dapat menyebarkan gennya dengan menghamili banyak wanita, sedangkan seorang wanita tidak dapat memperbanyak anak-anaknya dengan memiliki lebih banyak pasangan seksual. 

2.      Orang menjadi tua dan mati, dengan kelangsungan hidup rata-rata waktu 70 sampai 80 tahun dalam keadaan yang menguntungkan.Namun, orang bervariasi dalam seberapa cepat mereka memburuk di usia tua, dan bagian dari variasi itu berada di bawah kendali genetik. 

Perilaku altruistik adalah tindakan yang menguntungkan orang lain selain diri sendiri. Gen yang mendorong perilaku altruistik akan membantu individu lain bertahan hidup dan menyebarkan gen mereka. altruisme pasti terjadi pada manusia. Di antara non-manusia, altruisme lebih sulit ditemukan. Kerjasama terjadi, tentu saja.  Bahkan ketika hewan tampak altruistik, mereka sering memiliki motif egois.  Altruisme didorong dari seleksi kerabat —seleksi untuk gen yang menguntungkan kerabat individu tersebut. Sebuah gen menyebar jika menyebabkan Anda mempertaruhkan hidup Anda untuk melindungi anak-anak Anda, yang berbag banyak gen Anda, termasuk mungkin gen untuk altruisme. Seleksi alam juga dapat mendukung altruisme terhadap kerabat lain. Penjelasan lain adalah altruisme timbal balik, gagasan bahwa individu membantu mereka yang akan membalas budi.

Perkembangan Otak

Perkembangan otak bergantung pada pengalaman dengan cara yang kompleks yang mengaburkan perbedaan antara belajar dan pematangan. Saat lahir, rata-rata berat otak manusia sekitar 350 gram.Pada akhir tahun pertama, beratnya 1000 g, mendekati berat dewasa 1200 hingga 1400 g.

Pematangan Dari Otak Vertebrata

Sistem saraf pusat manusia mulai terbentuk ketika embrio berusia sekitar 2 minggu. Permukaan punggung menebal dan kemudian bibir tipis panjang naik, melengkung, dan menyatu, membentuk tabung saraf yang mengelilingi rongga berisi cairan. Saat tabung tenggelam di bawah permukaan kulit, ujung depan membesar.

Pertumbuhan dan Perkembangan Neuron

1.      Proliferasi adalah produksi sel-sel baru. Pada awal perkembangan, sel-sel yang melapisi ventrikelotak membelah. Beberapa sel tetap di tempatnya sebagai sel induk, terus membelah. Lainnya menjadi neuron primitif dan glia yang bermigrasi ke lokasi

2.      Migrasi, neuron primitif mulai bermigrasi (bergerak). Beberapa bermigrasi lebih cepat dari yang lain, dan beberapa yang paling lambat tidak mencapai tujuan mereka sampai dewasa. Beberapa neuron bergerak secara radial dari bagian dalam otak ke luar, beberapa bergerak secara tangensial di sepanjang permukaan otak, dan beberapa bergerak secara tangensial dan kemudian secara radial. tangensial dan kemudian secara radial (Nadarajah & Parnavelas, 2002). Bahan kimia yang dikenal sebagai imunoglobulin dan kemokin memandu migrasi neuron. Defisit bahan kimia ini menyebabkan migrasi berpasangan, penurunan ukuran otak, penurunan pertumbuhan akson, dan keterbelakangan mental.

3.      Diferensiasi, secara bertahap, neuron berdiferensiasi, membentuk akson dan dendritnya. Akson tumbuh terlebih dahulu. Dalam banyak kasus, neuron yang bermigrasi menarik aksonnya yang sedang tumbuh seperti ekor.  Dalam kasus lain, akson perlu tumbuh menuju targetnya, menemukan jalannya melalui hutan sel dan serat lain. Setelah neuron yang bermigrasi mencapai tujuannya, dendritnya mulai terbentuk.

4.      Mielinisasi proses di mana glia menghasilkan selubung lemak penyekat yang mempercepat transmisi di banyak akson vertebrata. Bentuk mielin pertama di sumsum tulang belakang dan kemudian di otak belakang, otak tengah, dan otak depan. Tidak seperti proliferasi dan migrasi neuron yang cepat, mielinisasi berlanjut secara bertahap melalui masa remaja dan awal masa dewasa, dan mungkin setelahnya.

5.      Sinaptogenesis, atau pembentukan sinapsis. Meskipun proses ini dimulai sebelum kelahiran, itu berlanjut sepanjang hidup, karena neuron membentuk sinapsis baru dan membuang yang lama. Namun, proses umumnya melambat pada orang tua, seperti halnya pembentukan cabang dendritik baru.

Neuron Baru di Kemudian Hari

Bisakah otak vertebrata dewasa menghasilkan neuron baru? Kepercayaan tradisional, yang berasal dari karya Cajal pada akhir 1800-an, bahwa otak vertebrata membentuk semua neuron mereka dalam perkembangan embriologis atau paling lambat awal masa bayi. Di luar titik itu, neuron dapat mengubah bentuknya, tetapi otak tidak dapat mengembangkan neuron baru. Peneliti kemudian menemukan pengecualian. Reseptor penciuman yang terpapar ke dunia luar dan bahan kimia beracunnya, memiliki waktu paruh hanya 90 hari. Sel induk di hidung tetap matang sepanjang hidup. Secara berkala, mereka membelah, dengan satu sel tetap tidak matang sementara yang lain berdiferensiasi untuk menggantikan reseptor penciuman yang sekarat. Ia menumbuhkan aksonnya kembali ke tempat yang sesuai di otak.  Para peneliti juga menemukan bahwa jenis kerusakan otak tertentu menyebabkan produksi neuron baru di korteks serebral hewan pengerat. Setidaknya beberapa dari neuron ini bertahan setidaknya selama satu tahun — waktu yang lama dalam kehidupan hewan pengerat — tetapi mereka gagal untuk berdiferensiasi menjadi neuron dewasa.

Penelitian awal tentang pembentukan neuron baru menggunakan hewan pengerat laboratorium, dan penelitian selanjutnya menemukan hasil yang agak berbeda dengan manusia. Salah satu cara untuk menguji neuron yang baru terbentuk menggunakan pengukuran isotop radioaktif karbon, 14C. Hasil ini menunjukkan bahwa korteks serebral mamalia membentuk sedikit atau tidak ada neuron baru setelah lahir, setidaknya dalam keadaan normal. Mereka juga menemukan bahwa konsentrasi 14C dalam bulbus olfaktorius manusia berhubungan dengan tahun kelahiran. Konsentrasi 14C hippocampus manusia menunjukkan bahwa kita mengganti sedikit kurang dari 2 persen neuron di area itu per tahun.

Pencarian Jalur Kimia oleh Akson

Seorang ahli biologi terkenal, Paul Weiss (1924), melakukan eksperimen di mana ia mencangkokkan kaki ekstra ke salamander dan kemudian menunggu akson tumbuh ke dalamnya. Setelah akson mencapai otot, kaki ekstra bergerak selaras dengan kaki normal di sebelahnya. Weiss menolak gagasan bahwa setiap akson menemukan jalannya ke otot yang benar di ekstremitas ekstra. Dia menyarankan sebagai gantinya bahwa saraf menempel pada otot secara acak dan kemudian mengirimkan berbagai pesan masing-masing disetel ke otot yang berbeda Setiap otot menerima banyak sinyal tetapi hanya menanggapi satu.

Spesifikasi Koneksi Akson

Bukti selanjutnya mendukung interpretasi yang ditolak Weiss: Kaki ekstra salamander bergerak selaras dengan tetangganya karena setiap akson menemukan otot yang benar. Roger Sperry, mantan mahasiswa Weiss, melakukan eksperimen klasik yang menunjukkan bagaimana akson sensorik menemukan jalan mereka ke target yang benar. Prinsipnya sama dengan akson yang menemukan jalannya ke otot. Pertama, Sperry memotong saraf optik beberapa kadal air. Saraf optik yang terpotong tumbuh kembali pada kadal air, Saraf optik yang rusak tumbuh kembali dan terhubung dengan tektum, dengan demikian rees memberikan penglihatan normal.

Gradien Kimia

Akson yang tumbuh mengikuti jalur molekul permukaan sel, tertarik oleh beberapa bahan kimia dan ditolak oleh yang lain, dalam proses yang mengarahkan akson ke arah yang benar. Akhirnya, akson menyortir diri mereka sendiri di atas permukaan area target mereka dengan mengikuti gradien kimia. Saat akson dari retina tumbuh menuju tektum, akson retina dengan konsentrasi terbesar bahan kimia ini terhubung ke sel tektal dengan konsentrasi tertinggi. Akson dengan konsentrasi terendah terhubung ke sel tektal dengan konsentrasi terendah. Gradien serupa dari protein lain menyelaraskan akson sepanjang sumbu anterior- posterior.

Persaingan di antara akson sebagai Prinsip Umum

Setiap akson membentuk sinapsis ke banyak sel di sekitar lokasi yang benar, dan setiap sel target menerima sinapsis dari banyak akson. Dalam hal ini, prinsip kompetisi antar akson adalah yang penting. Misalnya, satu bagian talamus menerima masukan dari banyak akson retina. Selama perkembangan embriologis, jauh sebelum paparan pertama terhadap cahaya, gelombang aktivitas spontan yang berulang-ulang menyapu retina dari satu sisi ke sisi lainnya. Akibatnya, akson dari area retina yang berdekatan mengirimkan pesan yang hampir bersamaan ke talamus. Setiap neuron thalamic memilih sekelompok akson yang aktif secara bersamaan. Dengan cara ini, ia menemukan reseptor dari daerah retina yang berdekatan, kemudian menolak sinapsis dari lokasi lain.

Determinants of Neuronal Survival

Ketika salah satu neuron membentuk sinaps ke otot, otot tersebut mengirimkan protein yang disebut faktor pertumbuhan saraf yang mendorong kelangsungan hidup dan pertumbuhan akson. Akson yang tidak menerima NGF berdegenerasi, dan badan selnya mati. Artinya, setiap neuron memulai kehidupan dengan "program bunuh diri": Jika aksonnya tidak melakukan kontak dengan sel pascasinaptik yang sesuai pada usia tertentu, neuron membunuh dirinya sendiri melalui proses yang disebut apoptosis, mekanisme kematian sel yang terprogram. Cara sistem saraf simpatik memproduksi neuron secara berlebihan dan kemudian menerapkan apoptosis memungkinkan sistem syaraf pusat untuk mencocokkan jumlah akson dengan jumlah penerima sel. Ketika sistem saraf simpatik mulai mengirim akson menuju otot dan kelenjar. Itu membuat lebih banyak neuron dari yang diperlukan dan membuang kelebihannya. Faktanya, semua area sistem saraf yang sedang berkembang membuat lebih banyak neuron daripada yang akan bertahan hingga dewasa. Setiap area otak memiliki periode kematian sel yang massif. Hilangnya sel ini adalah bagian alami dari perkembangan. Faktanya, hilangnya sel-sel di area otak tertentu sering menunjukkan pematangan. Misalnya, remaja kehilangan sel di bagian korteks prefrontal sementara aktivitas saraf meningkat di area tersebut. Pematangan sel-sel yang berhasil terkait dengan hilangnya sel-sel yang kurang berhasil secara bersamaan. Faktor pertumbuhan saraf adalah neurotropin, bahan kimia yang mendorong kelangsungan hidup dan aktivitas neuron. Neurotropin sangat penting untuk pertumbuhan akson dan dendrit, pembentukan sinapsis baru, dan pembelajaran.

The Vulnerable Developing Brain

Selama perkembangan awal, otak sangat rentan malnutrisi, bahan kimia beracun, dan infeksi yang akan hanya menghasilkan masalah ringan di usia lanjut. Sebagai contoh, gangguan fungsi tiroid menghasilkan kelesuan pada orang dewasa tetapi pada bayi terjadi keterbelakanga mental. Contoh lain, demam hanyalah gangguan pada orang dewasa, tetapi mengganggu proliferasi neuron pada janin. Glukosa darah rendah menurunkan semangat pada orang dewasa, tetapi jika terjadi sebelum lahir, maka akan mengganggu perkembangan otak pada janin.

Differentiation of The Cortex

Neuron berbeda dalam bentuk dan kimia. Neuron yang belum matang secara eksperimental ditransplantasikan dari satu bagian korteks yang sedang berkembang ke bagian lain mengembangkan karakteristik properti dari lokasi baru mereka. Namun, neuron ditransplantasikan pada tahap sedikit kemudian mengembangkan beberapa properti baru sambil mempertahankan beberapa properti lama

Experience and Dendriting Branching

Kita mungkin mengira bahwa perubahan syaraf bergantung pada pengalaman menarik dan interaksi sosial. Tidak diragukan beberapa dari mereka melakukannya, tetapi sebagian besar peningkatan yang dihasilkan oleh lingkungan yang diperkaya adalah karena aktivitas fisik. Menggunakan roda berjalan meningkatkan pertumbuhan akson dan dendrit. Hal ini juga berlaku pada hewan. Ini merupakan cara terbaik untuk mempertahankan kekuatan intelektual di usia tua. Studi eksperimental, di mana orang tua secara acak ditugaskan untuk latihan aerobik harian atau aktivitas menetap, mengkonfirmasi bahwa aktivitas fisik meningkatkan proses kognitif dan anatomi otak

Efek dari Pengembangan Khusus

1.      Adaptasi Otak pada Orang Buta Sejak Bayi

Orang buta meningkatkan perhatian mereka pada sentuhan dan suara, berdasarkan latihan. Para peneliti menemukan bahwa orang buta memiliki kepekaan sentuhan jari yang lebih besar dari rata-rata, terutama orang buta yang membaca Braille dan karena itu melatih kepekaan jari mereka secara ekstensif. Singkatnya, orang buta, tidak seperti orang yang melihat, menggunakan korteks oksipital untuk membantu mengidentifikasi apa yang mereka rasakan. Sama seperti orang yang buta sejak usia dini menjadi lebih sensitive terhadap sentuhan dan suara, orang yang tuli sejak usia dini menjadi lebih responsif terhadap sentuhan dan penglihatan. Sama seperti sentuhan dan suara datang untuk mengaktifkan apa yang akan menjadi korteks visual pada orang buta, sentuhan dan penglihatan datang untuk mengaktifkan apa yang akan menjadi korteks pendengaran pada orang tuli

2.      Pelatihan Musik

Studi menemukan peningkatan respons struktur otak subkortikal terhadap suara musik dan suara ucapan pada seorang musisi, dibandingkan dengan nonmusisi. Bahkan sedikitnya tiga tahun pelatihan music di masa kanak-kanak menghasilkan peningkatan yang terukur dalam respons batang otak terhadap suara. Perubahan otak ini membantu musisi memperhatikan suara kunci dalam bahasa nada. Misalnya, dalam bahasa Cina, nián (dengan nada naik) berarti tahun, dan niàn (dengan nada turun) berarti belajar. Rata-rata, musisi belajar mengenali perbedaan ini lebih cepat daripada orang lain.

Lalu, apakah pelatihan musik menghasilkan efek yang lebih besar jika dimulai sejak dini, sementara otak lebih mudah dimodifikasi. Beberapa penelitian telah menemukan perbedaan besar antara orang dewasa muda yang memulai pelatihan musik di masa kanak-kanak dan mereka yang mulai saat remaja. Namun, studi tersebut tidak memisahkan efek usia saat memulai dari total tahun praktik. Dua penelitian selanjutnya membandingkan orang yang memulai pelatihan musik sebelum usia 7 tahun dengan orang yang memulai kemudian tetapi terus berlanjut selama bertahun-tahun. Dalam kedua studi, mereka yang memulai lebih muda menunjukkan perubahan yang lebih besar dalam diskriminasi sensorik dan anatomi otak.

3.      Pelatihan Khusus di Masa Dewasa

Mungkinkah pengalaman orang dewasa juga mengubah anatomi otak? Dalam arti tertentu, jawabannya adalah, "Ya, tentu saja." Apa pun yang Anda pelajari pasti memiliki efek pada otak. Masalahnya, apakah pengalaman orang dewasa menghasilkan efek yang cukup besar sehingga kita dapat mengamatinya dengan MRI atau teknologi serupa.

Banyak penelitian membandingkan rata-rata MRI dari seluruh otak kelompok terlatih dengan seluruh otak kelompok kontrol. Akibatnya, mereka menguji sejumlah besar hipotesis sekaligus—satu hipotesis untuk setiap area otak. Prosedur itu memiliki risiko tinggi untuk menemukan hasil yang nyata secara tidak sengaja, terutama ketika kita mempertimbangkan bahwa beberapa perbedaan otak yang dilaporkan kurang dari sepersepuluh milimeter. Juga, dalam banyak kasus, tidak ada yang melaporkan upaya untuk mereplikasi hasil, atau jika mereka melakukannya, studi kedua tidak menemukan hasil yang sama seperti studi pertama. Satu-satunya temuan yang direplikasi adalah bahwa latihan fisik memperluas bagian hipokampus pada orang tua. Singkatnya, kita harus menyimpan penilaian tentang sebagian besar efek yang dilaporkan dari pengalaman singkat pada otak orang dewasa.

Plastisitas Setelah Otak Kerusakan

Hampir semua orang yang selamat dari kerusakan otak menunjukkan pemulihan perilaku sampai tingkat tertentu. Beberapa mekanisme bergantung pada pertumbuhan cabang baru akson dan dendrit, mirip dengan mekanisme perkembangan otak. Memahami proses mengarah pada terapi yang lebih baik untuk orang dengan kerusakan otak dan berkontribusi pada pemahaman kita tentang fungsi otak.

Kerusakan Otak dan Pemulihan Jangka Pendek

Penyebab kerusakan otak termasuk tumor, infeksi, paparan radiasi atau zat beracun, dan kondisi degeneratif seperti penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer. Pada orang muda, penyebab paling umum adalah cedera kepala tertutup, pukulan tajam ke kepala yang tidak menusuk otak. Efek cedera kepala tertutup tergantung pada tingkat keparahan dan frekuensi. Banyak, mungkin sebagian besar, anakanak dan dewasa muda mengalami setidaknya pukulan ringan di kepala karena jatuh dari sepeda atau kecelakaan serupa, dari mana mereka pulih dalam beberapa hari. Cedera kepala berulang, yang umum terjadi pada olahraga tertentu, lebih mengkhawatirkan (Shaughnessy, 2009). Setelah cedera kepala parah, pemulihannya lambat dan seringkali tidak lengkap (Forsyth, Salorio, & Christensen, 2010). Salah satu penyebab kerusakan setelah cedera kepala tertutup adalah gaya rotasi yang mendorong jaringan otak melawan bagian dalam tengkorak. Penyebab lainnya adalah pembekuan darah yang mengganggu aliran darah ke otak (Kirkpatrick, Smielewski, Czosnyka, Menon, & Pickard, 1995).

Mengurangi Bahaya Stroke

Penyebab umum kerusakan otak, terutama pada orang tua, adalah gangguan sementara aliran darah normal ke area otak selama stroke, juga dikenal sebagai kecelakaan serebrovaskular. Jenis stroke yang lebih umum adalah iskemia (iss-KEE-me uh), akibat dari bekuan darah atau obstruksi lain pada arteri. Jenis yang kurang umum adalah perdarahan (HEM-oh-rage), akibat dari arteri yang pecah. Efek stroke bervariasi dari yang hampir tidak terlihat hingga yang langsung berakibat fatal. Gambar 4.20 menunjukkan otak tiga orang: satu yang meninggal segera setelah stroke, satu yang bertahan lama setelah stroke, dan korban luka tembak

Perawatan Segera untuk penyakit Stroke

Baru-baru ini pada 1980-an, rumah sakit tidak banyak menawarkan kepada pasien stroke. Saat ini, prospeknya bagus untuk iskemia jika dokter bertindak cepat. Obat yang disebut aktivator plasminogen jaringan (tPA) memecah bekuan darah (Barinaga, 1996). Untuk mendapatkan manfaat, pasien harus menerima tPA dengan cepat, setidaknya dalam waktu 4,5 jam setelah stroke. Bangsal darurat telah meningkatkan waktu tanggap mereka, tetapi faktor pembatasnya adalah sebagian besar korban stroke tidak sampai ke rumah sakit dengan cukup cepat (Evenson, Foraker, Morris, & Rosamond, 2009).

Perawatan lain apa yang mungkin efektif segera setelah stroke? Mengingat bahwa stoke membunuh neuron dengan stimulasi berlebihan, salah satu pendekatannya adalah mengurangi stimulasi dengan memblokir sinapsis glutamat atau memblokir masuknya kalsium.

Peningkatan Stimulasi Otak

Diaschisis (di-AS-ki-sis, dari istilah Yunani yang berarti "menyetrum seluruh") mengacu pada penurunan aktivitas neuron yang bertahan hidup setelah kerusakan pada neuron lain. Jika dias chisis berkontribusi pada defisit perilaku setelah kerusakan otak, maka peningkatan stimulasi akan membantu. (Stimulasi ini tidak boleh terjadi selama satu atau dua hari pertama setelah stroke, sementara neuron mungkin mati karena stimulasi berlebih, tetapi selama periode pemulihan selanjutnya.) Menyuntikkan obat untuk memblokir sinapsis dopamin terganggu menjadi pemulihan perilaku (Feeney & Sutton, 1988; Feeney, Sutton, Boyeson, Hovda, & Dail, 1985; Hovda & Feeney, 1989; Sutton, Hovda, & Feeney, 1989). Meskipun amfetamin terlalu berisiko untuk digunakan pada pasien manusia, obat stimulan lain lebih menjanjikan (Whyte et al., 2005).

Pertumbuhan Kembali Akson

Akson yang rusak tumbuh kembali dalam keadaan tertentu. Neuron sistem saraf tepi memiliki badan selnya di sumsum tulang belakang (untuk neuron motorik) atau di ganglion dekat sumsum tulang belakang (untuk neuron sensorik). Dalam kedua kasus, akson ex cenderung ke salah satu anggota badan. Akson yang hancur tumbuh kembali ke perifer dengan kecepatan sekitar 1 mm per hari, mengikuti selubung mielinnya ke target semula.

Tunas Akson

Biasanya, permukaan dendrit dan badan sel ditutupi dengan sinapsis, dan tempat kosong tidak akan lama kosong. Setelah sel kehilangan input dari akson, sel tersebut mensekresi neurotropin yang menginduksi akson lain untuk membentuk cabang baru, atau tunas kolateral, yang mengambil alih sinapsis yang kosong (Ramirez, 2001) (lihat Gambar 4.22). Di daerah dekat kerusakan, sinapsis baru terbentuk dengan kecepatan tinggi, terutama selama dua minggu pertama (CEBrown, Li, Boyd, Delaney, & Murphy, 2007).

Apakah pertumbuhan kolateral bermanfaat atau berbahaya? Itu tergantung pada apakah akson yang tumbuh menyampaikan informasi yang serupa dengan yang mereka gantikan. Misalnya, hipokampus menerima banyak masukan dari area yang disebut korteks entorhinal. Jika korteks entorhinal rusak di satu belahan, maka akson dari korteks entorhinal belahan lain bertunas, mengambil alih sinapsis yang kosong, dan sebagian besar memulihkan perilaku (Ramirez, Bulsara, Moore, Ruch, & Abrams, 1999; Ramirez, McQuilkin , Carrigan, MacDonald, & Kelley, 1996). Namun, jika korteks entorhinal rusak di kedua bola hemi, maka akson dari lokasi lain tumbuh ke dalam sinapsis yang kosong, menyampaikan informasi yang berbeda. Dalam kondisi tersebut, tunas mengganggu perilaku dan mencegah pemulihan (Ramirez, 2001; Ramirez et al., 2007).

 Supersensitivitas Denervasi

Neuron membuat penyesuaian untuk mempertahankan tingkat gairah yang hampir konstan. Setelah belajar memperkuat satu set sinapsis, sinapsis lainnya melemah. (Jika ini tidak terjadi, setiap kali Anda mempelajari sesuatu, otak Anda akan semakin terangsang.) Sebaliknya, jika serangkaian sinapsis tertentu. menjadi tidak aktif—mungkin karena kerusakan di tempat lain di otak— sinapsis yang tersisa menjadi lebih responsif, lebih mudah dirangsang. Proses peningkatan respons ini, yang dikenal sebagai supersensitivitas denervasi atau supersensitivitas reseptor, telah ditunjukkan sebagian besar dengan sinapsis dopamin (Kostrzewa, Kostrzewa, Brown, Nowak, & Brus, 2008).

Supersensitivitas denervasi membantu mengkompensasi penurunan input. Dalam beberapa kasus, ini memungkinkan orang untuk mempertahankan perilaku yang hampir normal bahkan setelah kehilangan sebagian besar akson di beberapa jalur (Sabel, 1997). Namun, itu juga dapat memiliki konsekuensi yang tidak menyenangkan, seperti nyeri kronis. Karena cedera tulang belakang merusak banyak akson, neuron pascasinaps mengembangkan kepekaan yang meningkat terhadap yang tersisa. Oleh karena itu, bahkan input yang ringan pun menghasilkan respons yang ditingkatkan (Hains, Everhart, Fullwood, & Hulsebosch, 2002).

Penyesuaian Yang Dipelajari Dalam Perilaku

Banyak pemulihan dari kerusakan otak bergantung pada pembelajaran untuk memanfaatkan kemampuan yang tersisa dengan lebih baik. Misalnya, jika Anda kehilangan penglihatan tepi, Anda belajar menggerakkan kepala dari satu sisi ke sisi lain untuk mengimbanginya (Marshall, 1985). Kadang-kadang, seseorang atau hewan dengan kerusakan otak tampaknya tidak dapat melakukan sesuatu tetapi sebenarnya tidak berusaha.

Pertimbangkan hewan yang mengalami kerusakan pada saraf sensorik yang menghubungkan kaki depan ke sumsum tulang belakang, seperti pada Gambar 4.25. Hewan itu tidak lagi merasakan anggota badan, meskipun saraf motorik masihterhubung ke otot. Kami mengatakan anggota badan tuli karena telah kehilangan input aferen (sensorik). Monyet dengan anggota badan yang tuli tidak spontan menggunakannya untuk berjalan, mengambil benda, atau perilaku sukarela lainnya (Taub & Berman, 1968). Pada awalnya peneliti berasumsi bahwa monyet tidak dapat menggunakan anggota badan yang tidak berfungsi. Namun, dalam percobaan selanjutnya, mereka memotong saraf aferen kedua tungkai depan. Meskipun mengalami kerusakan yang lebih parah, kera menggunakan kedua tungkainya yang tuli untuk berjalan, memanjat, dan mengambil makanan.

 Demikian pula, salah satu pengobatan untuk orang yang baru pulih dari stroke adalah memaksa mereka menggunakan anggota tubuh yang lebih lemah dengan mencegah mereka menggunakan anggota tubuh yang normal (Sens et al., 2012). Terapi terkait dimulai dengan evaluasi yang cermat terhadap kemampuan dan kecacatan pasien. Misalnya, seseorang yang mengalami kesulitan melakukan instruksi lisan mungkin mengalami gangguan pendengaran, memori, bahasa, kontrol otot, atau kewaspadaan. Setelah mengidentifikasi masalahnya, terapis fisik atau terapis okupasi membantu pasien melatih keterampilan yang terganggu. Terapis mendapatkan hasil terbaik jika mereka memulai segera setelah pasien mengalami stroke, meskipun latihan selanjutnya juga dapat membantu. Perilaku pulih setelah kerusakan otak adalah usaha, dan pemulihannya genting. Seseorang dengan kerusakan otak yang tampak berfungsi normal bekerja lebih keras dari biasanya. Perilaku pulih memburuk secara nyata setelah minum alkohol, kelelahan fisik, atau jenis stres lain yang akan berdampak minimal pada kebanyakan orang (Fleet & Heilman, 1986). Ini juga memburuk di usia tua (Corkin, Rosen, Sullivan, & Clegg, 1989).

 

Sumber :   

Kalat,J.W.( 2016, 2013). Biological Psychology, Twelfth Edition.Boston: Cengage Learning