Otak Manusia Ternyata Merupakan Dua Organ Berbeda

tirto.id - Buku-buku diktat sepertinya bakal direvisi dan dicetak ulang dalam waktu dekat. Kini, telah hadir sebuah penemuan baru yang mengubah pengertian mengenai otak. Selama ini otak dianggap sebagai satu organ utuh yang tumbuh dari satu titik awal. Namun, sejumlah ilmuwan Stanford University yang dipimpin Kyle Loh baru-baru ini menggugat cara pandang itu. Menurut temuan Loh dkk., otak adalah dua organ yang menyatu.

Hasil studi Loh dkk. diterbitkan di jurnal Nature Neuroscience pada 18 September 2026. Dalam artikel tersebut, dijelaskan bahwa otak yang ada pada manusia saat ini, serta sejumlah makhluk hidup lainnya, merupakan hasil evolusi, di mana dua sistem saraf progenitor (cikal bakal) akhirnya menjadi satu kesatuan.

Sebelum melangkah lebih jauh, ada baiknya kita samakan pemahaman dulu mengenai anatomi otak manusia. Otak orang dewasa memiliki tiga bagian utama: forebrain (otak depan), midbrain (otak tengah), dan hindbrain (otak belakang alias batang otak).

Forebrain mengurusi hal-hal yang membuat manusia menjadi, well, manusia. Antara lain bahasa, kesadaran, serta penalaran abstrak. Midbrain bertugas mengontrol fungsi-fungsi seperti penglihatan, pendengaran, gerak motorik, serta refleks mata. Hindbrain, sementara itu, menangani hal-hal seperti napas, detak jantung, rasa lapar, sampai otot-otot yang dipakai untuk bicara dan menelan.

Selama ini, teori yang berkembang kira-kira seperti ini: Ada satu jenis sel progenitor di awal perkembangan embrio yang nantinya melahirkan seluruh bagian otak, dari depan sampai belakang. Semua bagian otak dianggap punya "nenek moyang" yang sama.

Namun, temuan Loh dkk. berkata lain. Mereka memang tidak secara langsung meneliti otak manusia, melainkan tikus. Dari situ mereka mendapati dua populasi sel progenitor otak yang berbeda dan tidak pernah tumpang tindih bahkan sejak tahap paling awal perkembangannya sekalipun. Satu populasi sel mengekspresikan gen bernama Otx2, yang akhirnya menjadi forebrain dan midbrain. Populasi lainnya mengekspresikan gen Gbx2 yang lantas menjadi hindbrain.

Titik pemisahan kedua populasi sel itu juga terjadi sangat dini, yaitu pada masa gastrulasi, atau ketika struktur dasar tubuh embrio baru mulai terbentuk. Dua peneliti lain dalam studi ini, Rayyan Jokhai dan Carolyn Dundes, secara khusus menemukan bahwa hindbrain tidak tercipta dari jalur yang juga menghasilkan forebrain dan midbrain. Hindbrain, sejak awal, punya jalur sendiri yang berprogres paralel dengan forebrain dan midbrain.

Untuk memastikan dua populasi sel tersebut betul-betul berbeda secara fundamental, Loh dkk. juga memeriksa apa yang disebut kromatin di dalamnya. Kromatin adalah paket pembungkus DNA yang menentukan gen mana yang bisa dibaca dan digunakan, serta gen mana yang tersimpan rapat dan tidak bisa diakses. Hasilnya, konfigurasi kormatin di sel progenitor forebrain-midbrain dan sel progenitor hindbrain memang tidak sama. Inilah yang kemudian mengunci populasi-populasi sel itu pada jalurnya masing-masing. Satu ke arah A, satu menuju B.

Penemuan ini langsung punya kegunaan praktis dalam studi hindbrain. Jadi, hindbrain ini mustahil diambil sampelnya dari pasien yang masih hidup. Artinya, untuk melakukan studi terhadap bagian otak tersebut, ilmuwan mesti menumbuhkannya sendiri di lab lewat sel punca (stem cell). Akan tetapi, upaya macam ini juga terus-menerus gagal.

Kegagalan itu, menurut Jokhai, terjadi karena salah kaprah yang selama ini merebak mengenai hindbrain itu sendiri. Para ilmuwan sebelumnya mengira sel progenitor forebrain-midbrain bisa "dipaksa" berubah menjadi sel hindbrain dengan modifikasi kimiawi tertentu. Tapi, ya, bagaimana mau berubah kalau kedua populasi sel itu memang sudah berbeda dari sononya.

Berbekal pemahaman baru, studi mengenai hindbrain bisa diarahkan ke jalan yang benar. Alih-alih memaksa sel forebrain-midbrain untuk berubah, jalan yang bisa ditempuh adalah memberi sel punca pluripoten manusia (human pluripotent stem cells) sinyal kimiawi yang meniru jalur hindbrain sejak tahap paling awal. Sel punca jenis ini bisa berubah menjadi hampir semua jenis sel di tubuh manusia sehingga, dari situ, neuron motorik hindbrain yang benar-benar berfungsi di laboratorium bisa dihasilkan.

Neuron buatan ini mampu menunjukkan semua ciri khas sel hindbrain asli, termasuk memunculkan gelombang aktivitas listrik yang disebut action potentials. Sel-sel ini juga memproduksi protein penanda segmen hindbrain yang mengatur otot wajah serta otot menelan, persis seperti hindbrain sungguhan.

Para peneliti Stanford Medicine tersebut juga menelusuri jejak evolusi hingga lebih dari 550 juta tahun ke belakang, untuk melihat seberapa jauh pola dua-progenitor ini berlaku. Ternyata, pola serupa ditemukan pada ayam, ikan zebra, bahkan cacing acorn, hewan kecil penghuni dasar laut yang berkerabat sangat jauh dengan manusia. Bahkan ubur-ubur, yang berpisah jalur evolusi dari manusia sekitar 600 hingga 700 juta tahun lalu, sudah punya dua sistem saraf terpisah di dua ujung tubuhnya.

Dari situ, Loh menyimpulkan bahwa evolusi kemungkinan besar mengambil dua sistem saraf yang sudah ada sejak lama, lalu mendorong keduanya menyatu secara spasial menjadi satu organ karena hal itu dianggap lebih efisien. Akan tetapi, manusia, dan banyak makhluk hidup lain, justru tetap mempertahankan cara purba dengan membangun otak dari dua bagian yang terpisah.

Penting untuk Studi Penyakit Langka

Sebelumnya, sudah disebutkan bahwa hasil temuan Loh dkk. ini punya fungsi praktis untuk studi hindbrain. Akan tetapi, apa sebenarnya yang ingin dicari para ilmuwan dari studi tersebut?

Jawabannya, antara lain, adalah untuk menyingkap misteri di balik dua penyakit yang selama ini sulit sekali dipelajari secara langsung, yaitu spinal muscular atrophy (SMA) dan amyotrophic lateral sclerosis (ALS)—yang juga dikenal sebagai penyakit Lou Gehrig.

SMA adalah penyakit genetik yang menyerang neuron motorik di hindbrain dan sumsum tulang belakang, sehingga otot-otot penderitanya melemah dan menyusut. Penyakit ini tergolong penyebab genetik kematian terbanyak pada bayi berusia di bawah satu tahun.

Sementara itu, ALS sedikit berbeda. Penyakit satu ini mungkin lebih "beken" ketimbang SMA karena ada sejumlah pesohor yang mengidapnya, mulai dari pemain bisbol Lou Gehrig yang jadi nama populernya, ilmuwan Stephen Hawking, sampai pesepak bola Stefano Borgonovo. Namun, tak seperti SMA yang murni bersifat genetik, sebagian besar kasus ALS tidak diwariskan sama sekali.

Pada ALS, yang diserang sebenarnya sama dengan SMA. Yakni, neuron motorik atau sel saraf di otak dan sumsum tulang belakang yang mengendalikan gerakan otot secara sadar. Begitu neuron motorik ini rusak dan mati, mereka berhenti mengirim sinyal ke otot. Otot pun melemah, mulai berkedut atau fasikulasi, lalu perlahan menyusut.

Gejala awal ALS biasanya berupa kedutan otot di lengan, kaki, bahu, atau lidah, kram otot, otot yang terasa kaku, melemahnya satu sisi tubuh, serta suara yang mulai cadel atau sengau. Seiring waktu, penyakit ini menjalar ke bagian tubuh lain. Penderita bisa mengalami kesulitan mengunyah dan menelan, mengiler karena otot mulut melemah, kesulitan bicara, hingga sesak napas.

Yang membuat ALS terasa sangat berat secara psikologis adalah kenyataan bahwa penderita biasanya tetap bisa berpikir, mengingat, dan memahami dengan jernih sampai akhir hayatnya. Mereka sadar penuh bahwa fungsi tubuhnya terus menurun, dan itu bisa memicu kecemasan serta depresi, baik pada penderita maupun orang-orang terdekatnya.

Kebanyakan penderita ALS akhirnya meninggal karena gagal napas, biasanya dalam rentang tiga sampai lima tahun sejak gejala pertama muncul. Meski begitu, sekitar satu dari sepuluh orang bisa bertahan hidup 10 tahun atau lebih, termasuk Hawking yang bertahan selama 55 tahun dengan ALS.

ALS bisa menyerang siapa saja, tetapi laki-laki cenderung lebih rentan dibanding perempuan. Umumnya, penyakit ini menyerang seseorang pada rentang usia 55-70 tahun. Adapun, sekitar 90 persen kasus ALS bersifat sporadis, alias muncul tanpa faktor risiko yang jelas dan tanpa riwayat keluarga. Sisanya, sekitar 10 persen, bersifat familial atau diwariskan, dengan mutasi gen C9orf72 dan SOD1 sebagai penyebab paling umum.

Lalu, apa sebenarnya yang terjadi di level sel saat ALS menyerang?

Nah, inilah yang selama ini belum benar-benar terjawab mengingat sulitnya mempelajari hindbrain tadi. Akan tetapi, menurut salah satu analisis yang sudah lama beredar, penyakit ini kemungkinan besar bersifat multifaktorial, alias disebabkan gabungan beberapa proses yang saling berkelindan. Dua penyebab yang selama ini paling dicurigai adalah stres oksidatif, di mana sel saraf rusak akibat radikal bebas, dan eksitotoksisitas glutamat, yaitu kondisi ketika neurotransmitter glutamat menumpuk berlebihan di sekitar sel saraf dan justru meracuninya.

Selain itu, ada pula analisis yang menyebut gangguan fungsi mitokondria sebagai penyebab. Dengan terganggunya fungsi mitokondria sebagai sumber energi sel, neuron motorik kekurangan pasokan energi untuk bertahan hidup. Neuron motorik sendiri merupakan sel yang "rakus" akan energi, mengingat sebagian akson atau serabutnya bisa memanjang hingga sekitar satu meter di tubuh manusia. Faktor lain yang ikut dicurigai adalah penumpukan protein yang tidak normal di dalam sel saraf, sehingga terbentuklah gumpalan atau agregat protein yang mengganggu fungsi sel dari dalam.

Sementara, riset yang lebih mutakhir mulai menyingkap peran sistem imun dalam mempercepat kerusakan saraf ini. Studi kolaborasi Tiongkok-Amerika Serikat (AS) yang hasilnya terbit di jurnal National Science Review menemukan bahwa, pada tikus percobaan, hilangnya satu gen bernama Arf1 di neuron hindbrain dan sumsum tulang belakang bisa memicu semacam reaksi berantai peradangan saraf.

Sel imun bernama mikroglia diaktifkan, lalu merekrut sel imun lain bernama sel T gamma delta di selaput otak, yang kemudian melepaskan senyawa bernama interferon-gamma. Senyawa ini pada akhirnya mengaktifkan sel astrosit yang berubah sifat menjadi neurotoksik, alias merusak sel saraf di sekitarnya.

Para peneliti Tiongkok-AS itu tadi juga menemukan jejak jalur peradangan serupa pada jaringan otak dan sumsum tulang belakang milik pasien ALS dan multiple sclerosis (MS). Ini menguatkan dugaan bahwa peradangan saraf punya andil nyata dalam proses degenerasi pada ALS, meski bukan satu-satunya penyebab.

Sampai hari ini, belum ada obat yang bisa menghentikan atau membalikkan progresi ALS sepenuhnya. Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) memang sudah menyetujui penggunaan beberapa obat, seperti riluzole yang bekerja dengan menurunkan kadar glutamat, dan edaravone yang berfungsi sebagai antioksidan. Akan tetapi, obat-obat tersebut sejauh ini hanya memperlambat penurunan fungsi atau memperpanjang usia harapan hidup dalam hitungan bulan, bukan menyembuhkan.

Masih banyaknya misteri yang menyelimuti ALS dan SMA inilah yang membuat studi para ilmuwan Stanford tadi jadi sangat relevan. Loh dkk. sendiri berencana melanjutkan riset yang sudah ada untuk menelusuri asal-usul perkembangan sumsum tulang belakang, sekaligus mencari tahu lebih detail bagaimana persisnya SMA dan ALS mengganggu fungsi neuron hindbrain. Menurut Jokhai, kini mereka punya model baru untuk memahami penyakit-penyakit berat ini, sekaligus bekal untuk mengupayakan terapi regeneratif.

Dari sini, bisa disimpulkan bahwa temuan soal bagaimana otak sebenarnya merupakan dua organ yang menyatu itu baru merupakan awal dari berbagai kemungkinan studi lebih lanjut, khususnya mengenai hindbrain. Jawaban pasti, khususnya soal ALS dan SMA, mungkin tidak akan langsung bisa ditemukan dalam waktu dekat. Akan tetapi, temuan Loh dkk. tadi adalah sebuah lompatan besar untuk pemahaman manusia terhadap tubuhnya sendiri.