Penemuan Baru Terkait Struktur Akson di Otak Manusia Terungkap

Para ilmuwan telah menemukan bahwa beberapa akson saraf memiliki struktur yang menyerupai "untaian mutiara" alih-alih tabung halus dan seragam seperti yang biasanya digambarkan.

Penelitian yang dilakukan oleh para ilmuwan di Johns Hopkins Medicine menunjukkan bahwa akson, yaitu perpanjangan sel saraf yang bertanggung jawab untuk mengirimkan sinyal ke sel lain, bukanlah tabung yang halus melainkan tampak sebagai pembengkakan kecil yang berulang, seperti untaian manik-manik.

Selama lebih dari 100 tahun, neuron telah digambarkan dengan akson yang panjang dan bulat.

Perlu dicatat bahwa ini tidak selalu merupakan tanda kerusakan. Struktur kecil ini muncul pada akson yang dipelajari dalam kondisi normal dan disebut oleh tim peneliti sebagai "varikositas non-sinaptik," yang berarti tonjolan yang tidak terletak di sinapsis.

Para ilmuwan pertama kali memperhatikan fenomena ini dari pengamatan pada cacing, dan kemudian mencarinya di sel saraf tikus. Gambar dari penelitian terbaru menunjukkan serabut saraf yang menonjol dan menyusut dalam pola yang tampaknya acak.

Salah satu pertanyaan yang muncul adalah apakah tonjolan tersebut disebabkan oleh kerangka internal akson. Namun, ketika tim peneliti melakukan intervensi pada struktur kerangka ini, "partikel" tersebut tetap ada.Hal ini membuat mereka mengalihkan fokus penelitian ke membran sel yang mengelilingi akson. Untuk mengamati struktur mikroskopis ini, tim menggunakan mikroskop elektron yang dikombinasikan dengan krioterapi tekanan tinggi.

Tim peneliti menganalisis puluhan ribu gambar jaringan dan secara konsisten mengamati pola akson yang "mirip manik-manik". Yang penting, fenomena ini juga diamati menggunakan pencitraan resolusi tinggi pada neuron hidup, menunjukkan bahwa partikel-partikel kecil tersebut bukan sekadar produk sampingan dari proses pembekuan.

Untuk memahami penyebabnya, para peneliti membangun model matematika yang menggambarkan mekanisme membran akson.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa perubahan yang relatif sederhana pada tegangan membran dan sifat fisik dapat menciptakan bentuk seperti manik-manik. Dengan kata lain, akson mungkin tidak memerlukan "kerangka" yang kaku untuk mempertahankan bentuknya; sifat fisik membran itu sendiri berkontribusi dalam menentukan strukturnya.

Kolesterol merupakan faktor penting dalam eksperimen. Ketika kolesterol dihilangkan, membran menjadi lebih lunak dan fleksibel, struktur partikel berubah, dan kecepatan transmisi sinyal listrik menurun. Hal ini menunjukkan bahwa bentuk fisik akson berhubungan langsung dengan kemampuan transmisi sinyalnya.Temuan yang lebih luar biasa adalah bahwa "partikel" ini tidak sepenuhnya statis. Ketika para peneliti merangsang neuron pada frekuensi tinggi, area yang membengkak menjadi sekitar 8 lebih panjang dan 17 lebih lebar secara rata-rata. Perubahan ini berlangsung setidaknya selama 30 menit.

Bersamaan dengan itu, kecepatan transmisi sinyal listrik menurun, dan efek ini berlangsung setidaknya selama satu jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa akson bukan sekadar "kabel" pasif yang mengirimkan sinyal.

Struktur fisiknya dapat berubah sebagai respons terhadap aktivitas neuron, sehingga memengaruhi cara sinyal ditransmisikan.

Setelah 30 menit beraktivitas di bawah stimulasi, partikel akson menjadi berbeda karena perubahan ukuran.

Menurut ahli saraf Shigeki Watanabe dari Johns Hopkins School of Medicine, akson adalah kabel yang menghubungkan jaringan otak, memungkinkan kita untuk belajar, mengingat, dan melakukan banyak fungsi lainnya. Oleh karena itu, memahami struktur akson juga merupakan bagian penting dari pemahaman cara kerja otak.

Sebuah studi yang diterbitkan di Neuron pada tahun 2026 yang meneliti jaringan kortikal manusia yang diambil selama operasi epilepsi juga menunjukkan bahwa fitur mikroskopis membran neuron mungkin ada di otak manusia.

Pertanyaan kunci sekarang adalah bagaimana membedakan perubahan struktural normal pada akson dari fenomena "pembentukan manik-manik" yang sering terjadi ketika neuron rusak atau pada penyakit neurodegeneratif tertentu.