Peneliti di Georgetown University Medical Center melaporkan bahwa pergeseran pada protein otak KCC2 dapat mengubah seberapa kuat isyarat sehari-hari terhubung dengan hadiah. Dalam studi yang diterbitkan pada 9 Desember di Nature Communications, mereka menunjukkan bahwa aktivitas KCC2 yang berkurang pada tikus dikaitkan dengan penembakan neuron dopamin yang lebih intens dan pembelajaran isyarat-hadiah yang lebih kuat, menawarkan petunjuk tentang mekanisme yang mungkin juga terlibat dalam kecanduan dan gangguan jiwa lainnya.
Tim yang dipimpin oleh Alexey Ostroumov, PhD, seorang asisten profesor di Departemen Farmakologi & Fisiologi di Georgetown University School of Medicine, meneliti bagaimana otak menghubungkan isyarat dengan hasil yang bermanfaat.
Pekerjaan ini berfokus pada KCC2, seorang pengangkut bersama kalium-klorida yang membantu mengatur kadar klorida di dalam neuron dan dengan demikian memengaruhi bagaimana sinyal penghambat membentuk aktivitas sirkuit saraf.
Menurut bahan dari Georgetown University Medical Center dan makalah Nature Communications, para peneliti menemukan bahwa perubahan dalam proses pembelajaran dapat terjadi ketika kadar KCC2 bergeser. Dalam hubungan terbalik, fungsi KCC2 yang berkurang pada neuron penghambat midbrain dikaitkan dengan peningkatan penembakan dan sinkronisasi di sirkuit yang memengaruhi neuron dopamin, yang mengarah pada respons terkait hadiah yang lebih kuat dan pembentukan asosiasi isyarat-hadiah baru pada tikus.
Untuk menyelidiki mekanisme ini, para peneliti menggabungkan studi jaringan otak roden dengan eksperimen klasik Pavlovian isyarat-hadiah pada tikus. Dalam tes perilaku ini, suara singkat menandakan bahwa sebuah kubus gula akan segera diserahkan, memungkinkan tim untuk memantau bagaimana aktivitas saraf berubah saat hewan belajar mengaitkan isyarat dengan hadiah.
Selain laju keseluruhan penembakan neuron, studi menemukan bahwa ketika neuron bertindak dalam pola terkoordinasi, mereka dapat memperkuat aktivitas dopamin. Ledakan singkat dan tersinkronisasi dari sirkuit ini terkait dengan respons dopamin yang lebih kuat terhadap hadiah dan isyarat yang memprediksi hadiah, yang diinterpretasikan oleh penulis sebagai sinyal pembelajaran kuat yang membantu otak menetapkan nilai pada pengalaman tertentu.
“Kemampuan kita untuk menghubungkan isyarat atau rangsangan tertentu dengan pengalaman positif atau bermanfaat adalah proses dasar otak, dan terganggu dalam banyak kondisi seperti kecanduan, depresi, dan skizofrenia,” kata Ostroumov, menurut rilis berita Georgetown. Ia mencatat bahwa penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penyalahgunaan narkoba dapat mengubah KCC2, berpotensi memungkinkan zat adiktif mengganggu proses pembelajaran normal.
Para peneliti juga mengeksplorasi bagaimana obat-obatan yang bertindak pada reseptor spesifik, termasuk benzodiazepin diazepam, memengaruhi koordinasi penembakan neuronal. Eksperimen sebelumnya dari kelompok tersebut menunjukkan bahwa perubahan dalam produksi KCC2, dan pergeseran aktivitas neuronal yang dihasilkan, dapat mengubah bagaimana diazepam menghasilkan efek menenangkan. Studi baru ini membangun pekerjaan itu dengan menunjukkan bahwa, selama pembelajaran, perubahan dalam keseimbangan klorida tergantung KCC2 di jaringan penghambat midbrain dapat membentuk ulang bagaimana sirkuit dopamin merespons isyarat dan hadiah.
Untuk mencapai kesimpulan mereka, tim menggunakan kombinasi elektrofisiologi, farmakologi, fotometri serat, pengujian perilaku, pemodelan komputasional, dan analisis molekuler. Penulis pertama Joyce Woo, kandidat PhD di lab Ostroumov, mencatat dalam liputan Georgetown tentang penelitian bahwa meskipun banyak eksperimen neurosains menggunakan tikus, kelompok tersebut mengandalkan tikus untuk komponen perilaku karena tikus cenderung tampil lebih andal pada tugas pembelajaran hadiah yang lebih panjang atau kompleks, menghasilkan data yang lebih stabil.
“Temuan kami membantu menjelaskan mengapa asosiasi kuat dan tidak diinginkan terbentuk begitu mudah, seperti ketika perokok yang selalu memasangkan kopi pagi dengan rokok kemudian menemukan bahwa hanya minum kopi memicu keinginan kuat untuk merokok,” kata Ostroumov dalam pernyataan pers. Ia menambahkan bahwa mencegah asosiasi isyarat-obat yang tidak adaptif atau memulihkan pola komunikasi saraf yang lebih sehat dapat membantu dalam mengembangkan pengobatan yang lebih baik untuk kecanduan dan gangguan terkait.
Studi ini didukung oleh hibah dari National Institutes of Health, termasuk MH125996 dan DA048134, serta NS139517 dan DA061493, dan oleh Brain & Behavior Research Foundation, Whitehall Foundation, dan Brain Research Foundation. Selain Woo dan Ostroumov, kontributor termasuk Ajay Uprety, Daniel J. Reid, Irene Chang, Aelon Ketema Samuel, Helena de Carvalho Schuch, dan Caroline C. Swain. Para penulis melaporkan tidak ada kepentingan keuangan pribadi terkait studi.
