Otak Manusia Ternyata Dibangun dari Dua Sistem Saraf yang Berbeda

SELAMA berabad-abad, otak manusia dipahami sebagai satu organ yang terbentuk dari satu sistem perkembangan. Namun, penelitian terbaru yang dipimpin Stanford Medicine menunjukkan gambaran yang lebih kompleks dari yang dipahami selama ini.

Hasil penelitian itu menyebut, otak manusia ternyata berasal dari dua sistem saraf yang berbeda secara perkembangan, yang kemudian berada berdampingan dan terintegrasi menjadi satu organ. Temuan ini tidak berkaitan dengan anggapan populer bahwa otak kiri dan otak kanan memiliki kepribadian atau fungsi yang sepenuhnya berbeda.

Para peneliti justru menemukan perbedaan pada asal-usul perkembangan bagian depan dan belakang otak. Dalam studi yang diterbitkan di jurnal Nature Neuroscience pada 18 September 2026 itu mereka menunjukkan bahwa bagian depan otak dan bagian belakang otak berasal dari dua kelompok sel prekursor yang berbeda sejak tahap sangat awal perkembangan embrio. Penemuan tersebut bahkan mengubah cara ilmuwan memandang sejarah evolusi otak.

“Untuk pertama kalinya kami menunjukkan bahwa bagian depan otak berasal dari sel prekursor yang sama sekali berbeda dari bagian belakang otak,” kata Kyle Loh, peneliti utama sekaligus profesor madya biologi perkembangan di Stanford Medicine.

Dua Jalur Perkembangan yang Berbeda

Otak manusia dewasa memiliki beberapa wilayah utama, termasuk otak depan (forebrain), otak tengah (midbrain) dan otak belakang (hindbrain). Otak depan berhubungan dengan fungsi tingkat tinggi yang menjadi ciri khas manusia, seperti kesadaran, bahasa, penalaran abstrak dan kemampuan berpikir kompleks.

Sementara itu, otak belakang yang mencakup bagian penting dari batang otak mengendalikan sejumlah fungsi dasar yang sangat diperlukan untuk mempertahankan kehidupan, seperti pernapasan dan detak jantung.

Selama ini, salah satu asumsi dalam biologi perkembangan adalah bahwa berbagai bagian otak berasal dari satu kelompok sel prekursor pada tahap awal perkembangan embrio. Penelitian baru tersebut memberikan bukti bahwa asumsi itu tidak sepenuhnya benar.

Para peneliti mempelajari embrio tikus dan menemukan dua kelompok sel prekursor yang berbeda. Kelompok pertama mengekspresikan gen Otx2 dan berkembang menjadi otak depan serta otak tengah. Kelompok kedua mengekspresikan gen Gbx2 dan berkembang menjadi otak belakang.

Kedua kelompok sel tersebut tidak saling tumpang tindih sejak tahap awal perkembangan. Dengan kata lain, jalur yang menghasilkan otak belakang berjalan secara terpisah dari jalur yang menghasilkan otak depan dan otak tengah.

Perbedaan itu tidak hanya terlihat dari jenis selnya. Para peneliti juga menemukan perbedaan mendasar pada kromatin, yaitu struktur yang mengatur bagaimana DNA dikemas di dalam sel dan menentukan gen mana yang dapat diaktifkan. Perbedaan pengaturan itu membuat masing-masing kelompok sel seolah-olah sudah diarahkan menuju nasib perkembangan yang berbeda.

“Dalam biologi sel punca, orang sering berfokus pada bagaimana menciptakan jenis sel akhir, seperti neuron. Namun, penting untuk memulai dari tahap paling awal perkembangan embrio,” kata Rayyan Jokhai, salah satu penulis utama penelitian tersebut.

Mengapa Penemuan ini Penting?

Temuan tersebut menjelaskan persoalan yang selama bertahun-tahun dihadapi peneliti ketika mencoba membuat neuron otak belakang di laboratorium. Para ilmuwan sebelumnya berusaha menghasilkan neuron otak belakang dengan mengarahkan sel prekursor yang menghasilkan otak depan dan otak tengah agar berubah menjadi sel otak belakang.  Namun, penelitian baru menunjukkan bahwa pendekatan tersebut pada dasarnya berhadapan dengan dua jalur perkembangan yang berbeda sejak awal.

Pemahaman baru ini kemudian memungkinkan para peneliti melakukan sesuatu yang sebelumnya sulit dilakukan: menghasilkan neuron motorik otak belakang manusia dari sel punca pluripoten di laboratorium.

Sel-sel hasil kultur tersebut menunjukkan karakteristik neuron otak belakang yang sebenarnya. Sel tersebut mampu menghasilkan aktivitas listrik dan membuat protein yang menjadi penanda bagian otak belakang yang berhubungan dengan pengendalian otot wajah dan proses menelan. Kemampuan menghasilkan sel tersebut di laboratorium membuka peluang baru untuk mempelajari penyakit yang menyerang neuron di batang otak.

Berkaitan dengan ALS dan SMA

Salah satu implikasi yang paling penting berkaitan dengan penelitian terhadap spinal muscular atrophy (SMA) dan amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Kedua penyakit tersebut dapat menyebabkan kerusakan pada neuron motorik. Pada kondisi tertentu, kerusakan neuron yang mengendalikan proses menelan dan pernapasan dapat menyebabkan komplikasi serius.

Masalahnya, peneliti selama ini sangat terbatas dalam mempelajari neuron manusia yang berada di bagian otak tersebut. Jaringan otak batang tidak dapat begitu saja diambil dari pasien yang masih hidup untuk diteliti. Dengan kemampuan menghasilkan neuron otak belakang manusia di laboratorium, ilmuwan kini memiliki model baru untuk mempelajari bagaimana penyakit tersebut merusak sel saraf.

Para peneliti berharap model tersebut dapat digunakan untuk memahami mekanisme penyakit sekaligus menguji calon terapi. Namun, temuan ini masih merupakan kemajuan dalam penelitian dasar dan pemodelan penyakit, bukan bukti bahwa terapi baru untuk ALS atau SMA sudah tersedia. Jejaknya ternyata sangat tua

Yang membuat penelitian ini semakin menarik adalah dimensinya dalam sejarah evolusi. Tim Stanford menelusuri pola perkembangan tersebut pada berbagai spesies dan menemukan indikasi bahwa pembagian sistem saraf menjadi dua jalur tersebut bukan sesuatu yang baru muncul pada manusia.

Pola serupa ditemukan pada ayam dan ikan zebra. Bahkan, para peneliti menemukan pola perkembangan yang sejalan pada acorn worm, hewan laut kecil yang memiliki hubungan evolusioner sangat jauh dengan manusia. Temuan tersebut membawa penelitian jauh ke belakang dalam sejarah evolusi, hingga sekitar 550 juta tahun.

Menurut Loh, hasil penelitian mengindikasikan bahwa evolusi mungkin mengambil dua sistem saraf yang sudah ada dan kemudian mengintegrasikannya secara spasial. “Memiliki otak sebagai satu organ mungkin lebih efisien, tetapi kita tetap menggunakan cara primordial untuk membentuk otak sebagai dua bagian yang terpisah,” ujarnya.

Dengan kata lain, otak manusia yang tampak sebagai satu kesatuan mungkin menyimpan sejarah evolusi yang jauh lebih tua. Bukan berarti manusia memiliki “dua otak” Temuan ini juga perlu dibedakan dari gagasan populer mengenai “otak kiri” dan “otak kanan”.

Manusia memang memiliki dua belahan otak atau hemisfer yang memiliki sejumlah spesialisasi fungsi. Namun, penelitian Stanford tersebut tidak mengatakan bahwa hemisfer kiri dan kanan merupakan dua otak yang bekerja secara independen. Yang ditemukan adalah sesuatu yang lebih mendasar: bagian depan dan belakang otak memiliki asal perkembangan embrional yang berbeda.

Otak tetap bekerja sebagai jaringan yang sangat terintegrasi. Berbagai wilayahnya saling berkomunikasi melalui jaringan saraf yang kompleks. Karena itu, istilah “dua organ” dalam penelitian ini lebih tepat dipahami dalam konteks asal-usul perkembangan dan evolusi, bukan sebagai klaim bahwa manusia secara harfiah memiliki dua otak yang berdiri sendiri.

Justru integrasi kedua sistem tersebut kemungkinan menjadi bagian penting dari sejarah evolusi sistem saraf vertebrata. Dari bernapas hingga berpikir tentang alam semesta. Temuan ini memperlihatkan sebuah kontras yang menarik.

Di satu sisi, terdapat sistem saraf yang mengatur fungsi-fungsi otomatis yang sudah sangat tua secara evolusioner—menjaga jantung berdetak, membantu mengatur pernapasan, tidur, rasa lapar serta mengendalikan sejumlah fungsi motorik dasar.

Di sisi lain, terdapat wilayah otak yang memungkinkan manusia melakukan aktivitas yang jauh lebih kompleks: menggunakan bahasa, menghitung, membuat karya seni, mengembangkan teori ilmiah dan mempertanyakan asal-usul dirinya sendiri. Kedua sistem tersebut ternyata memiliki sejarah perkembangan yang berbeda, tetapi pada manusia akhirnya terintegrasi menjadi satu sistem saraf yang sangat kompleks.

Penelitian ini sekaligus menunjukkan bahwa untuk memahami otak manusia, ilmuwan mungkin tidak cukup hanya melihat bagaimana jaringan saraf bekerja pada orang dewasa. Mereka perlu kembali ke tahap paling awal, ketika embrio baru mulai membangun sistem ­sarafnya. hay