Sistem saraf pusat

Sistem saraf pusat (SSP) adalah bagian utama dari sistem saraf pada sebagian besar hewan bilateral, termasuk manusia, yang berfungsi sebagai pusat kendali untuk memproses informasi sensori dan mengoordinasikan respons tubuh. Pada vertebrata, sistem ini terdiri dari dua struktur utama: otak dan sumsum tulang belakang. Otak terlindungi di dalam rongga kranial tengkorak, sementara sumsum tulang belakang terlindungi di dalam kanal vertebra tulang belakang. Keduanya dikelilingi oleh lapisan pelindung yang disebut meninges dan terendam dalam cairan serebrospinal yang berfungsi sebagai bantalan mekanis serta media pertukaran zat kimia. SSP memainkan peran fundamental dalam pengendalian perilaku, homeostasis, fungsi kognitif, emosi, serta pengaturan motorik volunter maupun involunter.

Anatomi dan Struktur

Struktur anatomis sistem saraf pusat sangat kompleks dan terorganisasi secara hierarkis. Otak manusia, yang merupakan organ paling kompleks dalam tubuh, terbagi menjadi beberapa bagian utama: serebrum (otak besar), serebelum (otak kecil), dan batang otak. Serebrum bertanggung jawab atas fungsi tinggi seperti berpikir, memori, dan kesadaran, serta terbagi menjadi dua hemisfer yang dihubungkan oleh corpus callosum. Permukaan serebrum yang berlipat-lipat disebut korteks serebral, yang memaksimalkan luas permukaan untuk neuron dalam volume tengkorak yang terbatas.

Sumsum tulang belakang berfungsi sebagai jalur transmisi sinyal neural antara otak dan seluruh tubuh, serta sebagai pusat integrasi untuk refleks spinal yang tidak memerlukan input langsung dari otak. Secara internal, baik otak maupun sumsum tulang belakang memiliki pembagian materi yang jelas: substansi grisea (abu-abu) yang kaya akan badan sel neuron dan substansi alba (putih) yang terdiri dari akson bermielin. Organisasi ini memungkinkan pemrosesan informasi terjadi di substansi grisea, sementara transmisi sinyal jarak jauh difasilitasi oleh substansi alba.

Sistem saraf pusat dilindungi oleh tiga lapisan membran jaringan ikat yang dikenal sebagai meninges. Ketiga lapisan ini memiliki karakteristik dan fungsi yang berbeda dalam melindungi jaringan saraf yang lunak dari trauma mekanis:

Dura mater: Lapisan terluar yang tebal, kuat, dan tidak elastis yang melekat pada permukaan dalam tengkorak.
Arachnoid mater: Lapisan tengah yang menyerupai jaring laba-laba, di mana terdapat ruang subarachnoid yang berisi cairan serebrospinal.
Pia mater: Lapisan terdalam yang sangat tipis dan kaya pembuluh darah, yang menempel erat pada permukaan otak dan sumsum tulang belakang mengikuti lekukannya.

Komponen Seluler

Unit fungsional dasar dari sistem saraf pusat adalah neuron atau sel saraf. Neuron adalah sel yang terpolarisasi secara elektrik dan mampu mengirimkan sinyal melalui potensial aksi. Terdapat miliaran neuron dalam SSP manusia yang saling terhubung membentuk sirkuit saraf yang kompleks. Setiap neuron umumnya terdiri dari badan sel (soma), dendrit yang menerima sinyal masuk, dan akson yang mengirimkan sinyal keluar ke neuron lain atau organ efektor. Komunikasi antar neuron terjadi di celah mikroskopis yang disebut sinapsis, baik melalui transmisi kimiawi menggunakan neurotransmiter maupun transmisi elektrik melalui gap junctions.

Selain neuron, sistem saraf pusat didukung oleh sel-sel non-neuronal yang disebut sel glia (neuroglia). Jumlah sel glia diperkirakan setara atau bahkan lebih banyak daripada neuron. Fungsi sel glia sangat vital untuk kelangsungan hidup neuron, meliputi penyediaan nutrisi, pemeliharaan keseimbangan ion, pembentukan selubung mielin, dan respons imun. Contoh utama sel glia di SSP meliputi astrosit yang menjaga integritas sawar darah-otak, oligodendrosit yang membentuk mielin untuk mempercepat konduksi impuls, dan mikroglia yang berfungsi sebagai sel imun residen untuk membersihkan patogen dan sisa seluler.

Fisiologi Elektrokimia

Fungsi sistem saraf pusat bergantung pada kemampuan neuron untuk memanipulasi potensial listrik melintasi membran sel mereka. Dalam keadaan istirahat, neuron mempertahankan perbedaan potensial negatif di dalam sel dibandingkan dengan luar sel. Keseimbangan ini ditentukan oleh distribusi ion, terutama Kalium ( $K^{+}$ ), Natrium ( $N a^{+}$ ), dan Klorida ( $C l^{-}$ ). Potensial keseimbangan untuk ion tertentu dapat dihitung menggunakan persamaan Nernst yang umum digunakan dalam neurofisiologi akademik:

$E_{e q} = \frac{R T}{z F} \ln (\frac{[X]_{l u a r}}{[X]_{d a l a m}})$

Di mana $R$ adalah konstanta gas, $T$ adalah suhu absolut, $z$ adalah valensi ion, $F$ adalah konstanta Faraday, dan $[X]$ adalah konsentrasi ion. Perubahan mendadak pada potensial membran yang melampaui ambang batas tertentu akan memicu potensial aksi, yang merupakan dasar dari transmisi informasi saraf.

Proteksi dan Metabolisme

Karena tingginya kebutuhan metabolik dan sensitivitas neuron terhadap lingkungan kimiawi, SSP memiliki mekanisme perlindungan yang ketat yaitu Sawar darah-otak (Blood-Brain Barrier atau BBB). BBB adalah penghalang semipermeabel yang sangat selektif yang memisahkan sirkulasi darah dari cairan ekstraseluler otak. Struktur ini dibentuk oleh sel endotel kapiler otak yang dihubungkan oleh tight junctions yang sangat rapat, serta didukung oleh kaki-kaki astrosit. Sawar ini mencegah masuknya zat berbahaya, patogen, dan molekul besar dari darah ke dalam otak, sambil memungkinkan difusi pasif molekul kecil seperti oksigen dan karbon dioksida serta transpor aktif nutrisi penting seperti glukosa.

Otak adalah organ yang sangat aktif secara metabolik. Meskipun hanya menyumbang sekitar 2% dari total berat tubuh manusia, otak mengonsumsi sekitar 20% dari total oksigen dan glukosa tubuh. Ketergantungan mutlak pada metabolisme aerobik membuat jaringan SSP sangat rentan terhadap hipoksia dan iskemia. Gangguan pasokan darah selama beberapa menit saja dapat menyebabkan kerusakan neuronal ireversibel atau kematian sel (nekrosis), karena neuron tidak memiliki kapasitas penyimpanan energi yang signifikan.

Perkembangan Embriologis

Sistem saraf pusat berkembang dari ektoderm pada tahap awal embriogenesis. Proses ini dimulai dengan pembentukan lempeng saraf yang kemudian melipat membentuk tabung saraf (neural tube). Bagian anterior tabung saraf akan berkembang menjadi otak, sedangkan bagian posterior akan memanjang menjadi sumsum tulang belakang. Kegagalan penutupan tabung saraf selama kehamilan dapat menyebabkan cacat lahir serius seperti spina bifida atau anensefali. Selama perkembangan janin, terjadi proses neurogenesis (pembentukan neuron baru) dan sinaptogenesis (pembentukan sinapsis) yang sangat masif, diikuti oleh proses pruning (pemangkasan) di mana koneksi yang tidak efisien dihilangkan untuk mengoptimalkan fungsi otak.

Patologi dan Gangguan

Gangguan pada sistem saraf pusat dapat berdampak luas pada kesehatan fisik dan mental. Penyakit neurodegeneratif seperti Penyakit Alzheimer dan Penyakit Parkinson ditandai dengan kematian neuron secara progresif di area tertentu otak, yang mengakibatkan penurunan fungsi kognitif atau motorik. Gangguan autoimun seperti Sklerosis ganda (Multiple Sclerosis) melibatkan sistem kekebalan tubuh yang menyerang selubung mielin di SSP, mengganggu transmisi sinyal saraf. Selain itu, SSP juga rentan terhadap infeksi (seperti meningitis dan ensefalitis), trauma fisik, tumor, dan gangguan vaskular seperti stroke yang merupakan salah satu penyebab utama kematian dan kecacatan global.