WASHINGTON - Dengan memeriksa otak manusia pada tingkat sel dengan lebih detail dibandingkan sebelumnya, para ilmuwan telah mengidentifikasi sejumlah besar jenis sel - lebih dari 3.300 - yang mengisi organ kita yang paling kompleks.Hal itu menciptakan sebuah atlas yang dapat membantu menentukan dengan tepat dasar seluler penyakit neurologis dan memfasilitasi terapi baru.

Penelitian ambisius yang diluncurkan pada hari Kamis ini juga meneliti persamaan dan perbedaan antara otak manusia dan primata lainnya – simpanse, gorila, monyet rhesus, dan marmoset – yang menjelaskan beberapa faktor yang memisahkan kita dari kerabat evolusioner kita dan benar-benar menjadikan kita manusia.

Penelitian ini, yang dipresentasikan dalam 21 penelitian yang diterbitkan di Science dan dua jurnal lainnya, didukung oleh konsorsium Jaringan Sensus Sel Inisiatif BRAIN Institut Kesehatan Nasional milik pemerintah AS.

Otak manusia itu kompleks dalam hal kegunaannya - merasakan, bergerak, membaca, menulis, berbicara, berpikir, dan banyak lagi - serta keragaman selulernya.

Neuron - atau sel saraf - adalah unit dasar otak, yang menerima masukan sensorik, mengirimkan perintah ke otot, dan meneruskan sinyal listrik. Otak terdiri dari hampir 100 miliar neuron dan bahkan lebih banyak lagi sel non-neuronal. Semua ini diatur dalam ratusan struktur otak berbeda yang mengatur spektrum fungsi.

Penelitian ini mengidentifikasi 3.313 jenis sel, kira-kira 10 kali lebih banyak dari yang diketahui sebelumnya, dan set lengkap gen yang digunakan oleh setiap jenis sel sekaligus memetakan distribusi regionalnya di otak.

“Atlas sel otak secara keseluruhan menyediakan substrat seluler untuk segala hal yang dapat kita lakukan sebagai manusia,” kata ahli saraf Ed Lein dari Allen Institute for Brain Science yang berbasis di Seattle, salah satu peneliti.

Berbagai jenis sel memiliki sifat yang berbeda dan kemungkinan terkena dampak penyakit yang berbeda, kata Lein.

Yang mengejutkan adalah bahwa keragaman seluler terkonsentrasi di bagian otak yang lebih tua secara evolusioner – otak tengah dan otak belakang – dan bukan di neokorteks, yang bertanggung jawab atas fungsi kognitif yang lebih tinggi termasuk pembelajaran, pengambilan keputusan, persepsi sensorik, memori dan bahasa.

Penyakit yang berhubungan dengan otak seperti Alzheimer, Parkinson, dan amyotrophic lateral sclerosis (ALS) termasuk penyakit yang paling sulit disembuhkan.

“Sebagian besar penyakit otak masih belum ada obatnya atau bahkan pengobatannya, dan atlas ini harus menjadi dasar untuk mempercepat kemajuan dalam memahami dasar seluler penyakit secara rinci dan menargetkan terapi generasi berikutnya,” kata Lein.

Para peneliti memetakan peralihan gen dan jenis sel otak yang terkait dengan penyakit Alzheimer – jenis demensia yang paling umum – dan berbagai gangguan neuropsikiatri termasuk skizofrenia, gangguan bipolar, dan depresi berat.

Mereka mengkonfirmasi hubungan antara sel mikroglia – sejenis sel kekebalan di otak – dan Alzheimer serta mengungkap hubungan antara jenis neuron otak tertentu dan skizofrenia, penyakit mental parah yang ditandai dengan terputusnya hubungan dengan kenyataan.

Selain itu, para peneliti mencari ciri-ciri khusus manusia dengan membandingkan korteks temporal – wilayah neokorteks yang terkait dengan pemahaman bahasa, di antara fungsi kognitif yang lebih tinggi lainnya – pada manusia dan kerabat terdekat evolusioner kita, simpanse dan gorila.

Meskipun organisasi selulernya serupa, gen-gen tertentu ditemukan bekerja secara berbeda pada manusia dibandingkan dua spesies lainnya, termasuk banyak gen yang terlibat dalam konektivitas saraf.

“Ini berarti ada percepatan spesialisasi neuron kortikal pada manusia yang mungkin berkontribusi terhadap perbedaan fungsi sirkuit kortikal dan kemampuan kognitif kita yang berbeda,” kata ahli saraf Allen Institute, Trygve Bakken.

Lein menambahkan bahwa modifikasi molekuler yang terjadi pada jenis sel tertentu pada manusia dibandingkan dengan simpanse dan gorila kemungkinan besar memengaruhi cara mereka “terhubung bersama – atau plastisitas koneksi tersebut – dan mungkin menjadi bagian penting yang membuat otak manusia berbeda.”

Para ilmuwan mengantisipasi jalan panjang dalam penelitian otak.

“Kami baru pada tahap awal dalam menggambarkan kompleksitas otak manusia,” kata peneliti lainnya, Bing Ren, direktur Pusat Epigenomics Universitas California, San Diego. “Masih banyak penelitian yang diperlukan untuk memahami keragaman, variabilitas dan fungsi brain struktur dan fungsi."