Ilmuwan Temukan Tanda Saraf Unik dari Depresi

Penelitian baru telah mengidentifikasi aktivitas frekuensi beta di korteks cingulate anterior otak sebagai kunci bagaimana penghargaan memengaruhi perilaku, menghubungkannya dengan potensi pengobatan baru untuk anhedonia pada depresi.

Seperti yang dapat dibuktikan oleh orang tua, guru, dan pemilik hewan peliharaan, penghargaan memainkan peran penting dalam membentuk perilaku pada manusia dan hewan. Penghargaan, baik dalam bentuk camilan, hadiah, kata-kata penghargaan, pujian, ketenaran, atau keuntungan finansial, berfungsi sebagai penguatan positif untuk perilaku terkait. Korelasi antara penghargaan dan pilihan masa depan ini telah menjadi paradigma yang mapan dalam penelitian ilmu saraf selama lebih dari satu abad. Namun, proses saraf yang mendasari fenomena ini—khususnya bagaimana otak mengodekan, mengingat, dan menerjemahkan isyarat penghargaan menjadi perilaku masa depan yang diinginkan—sebagian besar masih belum diketahui.

Sebuah penelitian terkini yang dipimpin oleh Dr. Sameer Sheth, profesor dan wakil ketua penelitian di Departemen Bedah Saraf di Baylor College of Medicine, direktur Laboratorium Yayasan Penelitian Neurologi Pediatrik Gordon dan Mary Cain, dan peneliti di Institut Penelitian Neurologi Jan dan Dan Duncan (Duncan NRI) di Rumah Sakit Anak Texas, mengidentifikasi aktivitas saraf frekuensi beta di korteks cingulate anterior (ACC) di lobus frontal otak sebagai tanda saraf utama yang mendasari proses yang terkait dengan pengenalan penghargaan dan pengambilan pilihan berikutnya, dan, dengan demikian, membentuk perilaku masa depan.

Selain itu, penelitian yang dipublikasikan di Komunikasi Alamimelaporkan tanda-tanda saraf ini berubah pada pasien depresi, membuka kemungkinan yang menarik untuk menggunakan sinyal saraf ini sebagai biomarker baru dan jalan inovatif yang potensial untuk terapi.

Anhedonia adalah gejala utama depresi dan kondisi kejiwaan lainnya.

Manusia memperoleh kesenangan dari berbagai aktivitas fisik atau mental, pengalaman sensorik, dan interaksi dengan keluarga dan teman. Namun, individu dengan depresi sering mengalami perasaan putus asa, sedih, atau putus asa yang berkepanjangan karena isolasi dan anhedonia – istilah medis yang berarti hilangnya kemampuan untuk merasakan kesenangan atau kepuasan dalam aktivitas dan hal-hal yang pernah mereka anggap menyenangkan, yang semuanya memiliki dampak negatif yang mendalam pada kualitas hidup mereka.

Anhedonia juga dikaitkan dengan gangguan kejiwaan dan neurologis lainnya seperti skizofrenia dan gangguan bipolar, gangguan penyalahgunaan zat, kecemasan, dan penyakit Parkinson. Antidepresan tradisional dan pengobatan standar sering kali gagal mengatasi gejala ini secara memadai pada individu dengan depresi berat yang resistan terhadap pengobatan dan kondisi lainnya. Pemahaman yang lebih baik tentang anhedonia dapat memandu pengembangan pengobatan yang lebih terarah dan efektif untuk depresi dan kondisi terkait.

Respons bias penghargaan diatur oleh aktivitas beta di lobus frontal.

Untuk mengidentifikasi dasar saraf yang mendasari anhedonia, Sheth dan tim merekam dan menganalisis aktivitas saraf dari empat wilayah otak dari 15 pasien dengan epilepsi resistan obat yang menjalani pemantauan invasif untuk melokalisasi zona asal kejang mereka.

Sementara aktivitas otak mereka dipantau, pasien-pasien ini melakukan tugas diskriminasi persepsi yang disebut tugas penghargaan probabilistik (PRT), tugas perilaku yang tervalidasi dengan baik yang mengukur anhedonia secara objektif dengan mengamati perubahan-perubahan halus dalam perilaku yang dikaitkan dengan penghargaan.

“Kami menemukan bahwa imbalan yang tidak sama antara dua respons yang benar dalam tugas ini mengakibatkan bias respons terhadap stimulus yang lebih sering diberi imbalan,” kata penulis utama Dr. Jiayang Xiao, yang melakukan penelitian tersebut sebagai mahasiswa pascasarjana di lab Sheth. “Kami menemukan bahwa berdasarkan umpan balik, sebagian besar individu memodifikasi respons berikutnya untuk membuat pilihan yang paling mungkin diberi imbalan, terlepas dari imbalannya. ketepatan dari jawaban mereka.”

Selain itu, mereka menemukan sinyal spesifik – osilasi saraf dalam rentang frekuensi beta – yang berasal dari korteks cingulate anterior (ACC) di lobus frontal otak, yang menunjukkan korelasi positif dan kuat secara konsisten dengan perilaku yang cenderung menghargai dan melacak penerimaan dan nilai penghargaan secara cermat. Lebih jauh, mereka menemukan bahwa wilayah otak spesifik ini terlibat dalam mengevaluasi stimulus penghargaan dan hasil, yang berpotensi bertindak sebagai simpul penting dalam mekanisme umum untuk penilaian penghargaan.

“Studi kami telah menjawab pertanyaan mendasar yang sudah lama ada dalam ilmu saraf – wilayah otak dan sinyal spesifik mana yang mengatur respons bias penghargaan klasik, contoh terkenalnya adalah pengkondisian Pavlovian di mana anjing belajar mengaitkan bunyi bel yang berdering dengan makanan,” kata penulis senior Dr. Benjamin Hayden, profesor bedah saraf di Baylor.

Perubahan respons bias penghargaan pada pasien dengan depresi yang resistan terhadap pengobatan

Selanjutnya, Sheth dan timnya melakukan PRT pada empat orang dengan depresi berat yang resistan terhadap pengobatan. Mereka menemukan bahwa pemrosesan penghargaan di ACC berubah dalam kelompok ini. Orang-orang ini tidak menunjukkan respons perilaku yang khas dengan lebih menyukai pilihan yang lebih sering diberi penghargaan. Pengamatan ini menunjukkan kurangnya antisipasi yang berorientasi pada penghargaan dan bahwa pilihan mereka kurang didorong oleh umpan balik penghargaan. Konsisten dengan perilaku bias penghargaan yang berubah ini, aktivitas beta di wilayah ACC berkurang dan tertunda pada orang-orang ini.

“Dalam studi ini, kami mengidentifikasi aktivitas beta di ACC sebagai biomarker potensial untuk anhedonia,” kata Sheth, yang juga merupakan McNair Scholar dan Cullen Foundation Endowed Chair di Baylor. “Biomarker semacam itu dapat memiliki banyak manfaat potensial, termasuk meningkatkan diagnosis dan pemantauan gejala pada pasien dengan depresi berat dan kondisi kejiwaan terkait anhedonia lainnya. Selain itu, temuan kami memunculkan kemungkinan menarik bahwa modulasi aktivitas beta ACC dapat menjadi pengobatan yang efektif untuk anhedonia, sebuah hipotesis yang kami rencanakan untuk diuji dalam uji klinis mendatang.”

Kemajuan neuroteknologi dalam penelitian ini telah maju dengan kecepatan yang sebelumnya tidak mungkin terjadi karena sebagian pendanaan dari Institut Kesehatan Nasional Inisiatif Penelitian Otak Melalui Pengembangan Neuroteknologi Inovatif, atau Inisiatif BRAIN.

“Studi ini menggambarkan bagaimana penelitian yang didanai BRAIN telah memberikan dampak di klinik saat ini,” kata Dr. John Ngai, direktur NIH BRAIN Initiative. “Inovasi dalam pengumpulan data dan stimulasi otak dalam yang dipersonalisasi yang ditunjukkan dalam studi ini dapat memungkinkan generasi baru perawatan presisi.”

Referensi: “Aktivitas beta di korteks cingulate anterior manusia memediasi bias penghargaan” oleh Jiayang Xiao, Joshua A. Adkinson, John Myers, Anusha B. Allawala, Raissa K. Mathura, Victoria Pirtle, Ricardo Najera, Nicole R. Provenza, Eleonora Bartoli, Andrew J. Watrous, Denise Oswalt, Ron Gadot, Adrish Anand, Ben Shofty, Sanjay J. Mathew, Wayne K. Goodman, Nader Pouratian, Xaq Pitkow, Kelly R. Bijanki, Benjamin Hayden dan Sameer A. Sheth, 15 Juli 2024, Komunikasi Alami.
DOI: 10.1038/s41467-024-49600-7

Penelitian ini didukung oleh National Institutes of Health dengan nomor penghargaan UH3 NS103549, K01 MH116364, R21 NS104953, UH3 NS100549, dan R01 MH114854; dan McNair Medical Institute di Robert and Janice McNair Foundation. Para peneliti juga ingin mengucapkan terima kasih kepada Cullen Foundation, Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute, dan Gordon and Mary Cain Pediatric Neurology Research Foundation Labs di Texas Children's Hospital.