Para ilmuwan telah mengembangkan metode stimulasi otak non-invasif, Ultrasound Frekuensi Intensitas Rendah Berpola (LILFUS), yang secara tepat dapat memodulasi fungsi otak dan menyebabkan perubahan jangka panjang. Terobosan ini mengatasi keterbatasan metode stimulasi tradisional dan menunjukkan potensi untuk mengobati gangguan neurologis, meningkatkan keterampilan motorik, dan mungkin membantu terapi rehabilitasi. Penelitian ini membuka jalan baru untuk menggunakan USG dalam terapi otak, dengan implikasi untuk mengobati berbagai kondisi. Kredit: SciTechDaily.com
Ultrasonografi berpola frekuensi rendah dan intensitas rendah (LILFUS) menawarkan metode yang aman dan efektif untuk mengendalikan fungsi otak.
Kemampuan otak manusia untuk beradaptasi terhadap perubahan internal dan eksternal, yang dikenal sebagai plastisitas saraf, sangat penting untuk memahami proses kognitif seperti memori dan pembelajaran, serta berbagai kondisi neurologis. Sebuah studi inovatif yang dipimpin oleh Dr. Park Joo Min dari Pusat Kognisi dan Sosialitas di Institute for Basic Science (IBS) memperkenalkan pendekatan inovatif yang menjanjikan untuk merevolusi pengobatan gangguan otak.
Tim mengembangkan metode stimulasi otak non-invasif yang disebut Patterned Low-Intensity Low-Frequency Ultrasound (LILFUS), yang memiliki potensi luar biasa untuk menyebabkan perubahan fungsi otak dalam jangka panjang.
Secara tradisional, metode stimulasi otak magnetik dan listrik telah digunakan untuk memodulasi fungsi otak. Namun, metode ini memiliki keterbatasan yang membatasi resolusi spasial dan kedalaman penetrasi, sehingga sulit untuk menstimulasi wilayah otak tertentu secara tepat dengan kemanjuran optimal.
Dalam percobaan ini, protokol USG terdiri dari dua pola stimulasi berbeda yang menggabungkan USG 30Hz dan 30Hz serta 5Hz Frekuensi Intensitas Rendah (LILF). Pola pertama disebut TBUS intermiten, menampilkan stimulasi intermiten dengan stimulasi 2 detik diikuti istirahat 8 detik. Pola kedua, disebut TBUS kontinyu, melibatkan stimulasi terus menerus selama 40 detik. Sepanjang stimulasi, gelombang otak dipantau dengan menganalisis fase-amplitudo gelombang theta dan gamma, yang merupakan dua jenis utama gelombang otak. Grafik terlampir menggambarkan perubahan yang diamati ini. Kredit: Institut Ilmu Pengetahuan Dasar
Metode yang lebih invasif, seperti metode yang memerlukan prosedur pembedahan, menunjukkan kontrol dan efek terapeutik yang unggul untuk stimulasi otak dalam tertentu, namun metode tersebut memiliki risiko seperti kerusakan jaringan, peradangan, dan infeksi. Keterbatasan tersebut mendorong pencarian pendekatan alternatif yang dapat mengatasi kendala tersebut dan memberikan modulasi fungsi otak yang lebih efisien dan tepat.
Stimulasi Ultrasonografi: Sebuah Perbatasan Baru
Dalam studi terbaru yang diungkapkan oleh IBS, para peneliti menggunakan USG untuk memungkinkan stimulasi yang tepat pada area tertentu di otak. Berbeda dengan gelombang elektromagnetik, USG memiliki keunggulan karena mampu menembus jauh ke dalam jaringan otak.
Para peneliti menemukan bahwa stimulasi USG dapat memodulasi plastisitas saraf – kemampuan otak untuk memperbaiki dirinya sendiri – melalui aktivasi jalur molekuler utama. Secara khusus, penelitian ini menunjukkan efek USG pada saluran kalsium mekanosensitif di astrosit, yang mengontrol kemampuan sel untuk menyerap kalsium dan melepaskan neurotransmiter.
Gambar ini merangkum hasil setelah stimulasi USG. Stimulasi USG pola gelombang otak berintensitas rendah yang berurutan menstimulasi TRPA1 dalam astrosit, yang mengarah ke sekresi neurotransmitter yang bergantung pada BEST1. Hal ini, pada gilirannya, merangsang neuron yang berdekatan, menginduksi plastisitas saraf pada neuron. Proses ini secara singkat menjelaskan bagaimana perubahan fungsi kognitif yang berkaitan dengan memori dan pembelajaran yang bergantung pada pola, serta perubahan dalam aspek perilaku, menjadi nyata. Kredit: Institut Ilmu Pengetahuan Dasar
Inovasi LILFUS
LILFUS dirancang berdasarkan parameter ultrasonik spesifik yang meniru pola gelombang otak osilasi theta (5 Hz) dan gamma (30 Hz) yang diamati selama proses pembelajaran dan memori. Alat baru ini memungkinkan para peneliti untuk mengaktifkan atau menonaktifkan wilayah otak tertentu sesuai keinginan – pemberian USG yang terputus-putus ditemukan menyebabkan efek potensiasi jangka panjang, sementara pola yang terus menerus menghasilkan efek depresi jangka panjang.
Salah satu aspek yang paling menjanjikan dari teknologi baru ini adalah kemampuannya untuk memfasilitasi perolehan keterampilan motorik baru. Ketika para peneliti mengirimkan rangsangan ultrasonografi ke korteks motorik otak pada tikus, mereka mengamati peningkatan signifikan dalam pembelajaran keterampilan motorik dan kemampuan mengambil makanan. Menariknya, para peneliti bahkan mampu mengubah preferensi kaki depan tikus. Hal ini menunjukkan potensi penerapan terapi rehabilitasi bagi penderita stroke dan individu dengan gangguan motorik.
Implikasi yang Lebih Luas dan Arah Masa Depan
Implikasi dari penelitian ini melampaui fungsi motorik. Ini dapat digunakan untuk mengobati kondisi seperti depresi, di mana perubahan rangsangan dan plastisitas otak merupakan ciri yang menonjol. Dengan eksplorasi lebih lanjut, LILFUS dapat diadaptasi untuk berbagai protokol stimulasi otak, menawarkan harapan untuk berbagai kondisi mulai dari gangguan sensorik hingga gangguan kognitif.
Park menyatakan, “Penelitian ini tidak hanya mengembangkan teknologi regulasi saraf yang baru dan aman dengan efek jangka panjang, namun juga mengungkap perubahan mekanisme molekuler yang terlibat dalam regulasi saraf ultrasonografi berpola gelombang otak.” Lebih lanjut ia mengatakan, “Kami berencana untuk melanjutkan penelitian lebih lanjut untuk menerapkan teknologi ini untuk pengobatan gangguan otak yang berkaitan dengan eksitasi dan penghambatan otak yang tidak normal serta untuk meningkatkan fungsi kognitif.”
Referensi: “Plastisitas jangka panjang melalui gelombang otak berpola yang diinduksi USG” oleh Ho-Jeong Kim, Tien Thuy Phan, Keunhyung Lee, Jeong Sook Kim, Sang-Yeong Lee, Jung Moo Lee, Jongrok Do, Doyun Lee, Sung-Phil Kim, Kyu Pil Lee, Jinhyoung Park, C. Justin Lee dan Joo Min Park, 23 Februari 2024, Kemajuan dalam Sains.
DOI: 10.1126/sciadv.adk3198
Penelitian ini didanai oleh Institute for Basic Science.
NewsRoom.id
