Pengembangan Model Dinamika Cortex-Thalamus-Basal Ganglia (CTBG) dengan Terapi Levodopa pada Penyakit Parkinson

Abstract

Penyakit Parkinson (PD) merupakan gangguan neurodegeratif prograsif yang ditandai oleh deplesi dopamin di dalam sistem saraf pusat. Keadaan patologis ini memicu ketidakseimbangan dinamika pada sirkuit Cortex-Thalamus-Basal Ganglia (CTBG), yang bermanifestasi pada kemunculan osilasi kelistrikan abnormal berupa pola rebound bursting pada populasi neuron. Meskipun intervensi Levodopa diakui sebagai terapi farmakologis standar, fluktuasi konsentrasi obat akibat strategi pemberian dosis yang kurang tepat sering kali memicu komplikasi motorik klinis yang parah, seperti wearing-off dan peak-dose dyskinesia. Oleh karena itu, penelitian ini berfokus pada pengembangan model dinamika komputasi sirkuit CTBG untuk merepresentasikan aktivitas elektrofisiologis neuron secara in silico, sekaligus memprediksi dan mengevaluasi efikasi pemulihan dari berbagai variasi skenario dosis terapi Levodopa. Metode penelitian bertumpu pada pemodelan matematika sistem persamaan diferensial berbasis konduktansi (model Hodgkin-Huxley) untuk menyimulasikan dinamika kelistrikan membran pada empat populasi neuron utama, yaitu Subthalamic Nucleus (STN), Globus Pallidus externus (GPe), Globus Pallidus internus (GPi), dan Thalamus. Efek obat diintegrasikan melalui pendekatan farmakokinetik dua kompartemen dan farmakodinamik, di mana konsentrasi Levodopa di otak diformulasikan sebagai modulator multi-target. Modulasi ini dieksekusi menggunakan parameter sensitivitas fungsional untuk menormalisasi konduktansi sinaptik dan arus bias intrinsik jaringan, yang dilengkapi dengan fungsi syarat batas fisiologis guna memastikan validitas hukum biofisika. Hasil simulasi komputasi membuktikan bahwa model ini berhasil merepresentasikan hiperaktivitas pada STN dan GPi, serta hipoaktivitas pada GPe yang memblokir transmisi sinyal talamus pada kondisi ketiadaan dopamin. Evaluasi skenario terapi menunjukkan bahwa pemberian dosis terbagi (fraksionasi) dengan interval rapat mampu mempertahankan konsentrasi Levodopa yang tetap stabil di dalam jendela terapeutik, jauh lebih optimal dibandingkan dengan dosis tunggal masif. Stabilitas ini secara konsisten merestorasi eksitabilitas internal jaringan, mengeliminasi osilasi bursting, dan mengembalikan aktivitas pacemaker CTBG menuju pola penembakan reguler tonic yang sehat. Kesimpulannya, model komputasi terintegrasi ini terbukti andal dalam memprediksi efikasi terapi Levodopa, serta memvalidasi secara matematis bahwa optimalisasi pembagian dosis adalah strategi krusial untuk mencegah komplikasi fluktuasi motorik pada penderita Parkinson.