Ishmail Abdus-Saboor telah terpesona oleh keanekaragaman alam sejak ia masih kecil dan tumbuh besar di Philadelphia. Perjalanan alam yang dia lakukan di bawah bimbingan guru kelas tiganya, Tuan Moore, membuatnya terpesona. “Kami harus berinteraksi dan berinteraksi dengan satwa liar dan melihat hewan di lingkungan aslinya,” kenangnya. Abdus-Saboor juga membawa sejumlah hewan – kucing, anjing, kadal, ular, dan kura-kura – ke dalam rumahnya yang berlantai tiga, dan menabung uang sakunya untuk membeli majalah yang mengajarinya tentang kura-kura. Ketika orang dewasa bertanya kepadanya ingin menjadi apa ketika besar nanti, “Saya menjawab saya ingin menjadi ilmuwan,” katanya. “Saya selalu mengangkat alis.”

Abdus-Saboor pun tak melenceng dari tujuan itu. Hari ini, dia adalah seorang profesor ilmu biologi di Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute di Universitas Columbia, tempat dia belajar bagaimana otak menentukan apakah sentuhan pada kulit itu menyakitkan atau menyenangkan. “Meskipun pertanyaan ini mendasar bagi pengalaman manusia, masih membingungkan untuk dijelaskan dengan detail molekuler yang memuaskan,” katanya. Karena kulit adalah organ sensorik terbesar dan saluran utama bagi lingkungan, kulit mungkin menyimpan petunjuk untuk mengatasi kondisi mulai dari nyeri kronis hingga depresi.

Untuk menemukan petunjuk tersebut, Abdus-Saboor menyelidiki sistem saraf di setiap titik di sepanjang poros kulit-ke-otak. Dia tidak berfokus pada kulit saja atau hanya fokus pada otak seperti yang dilakukan banyak orang lainnya. “Kami menggabungkan dua dunia ini,” katanya. Pendekatan itu, tambahnya, memerlukan penguasaan dua set teknik, membaca dua set literatur, dan menghadiri dua set pertemuan ilmiah. “Ini memberi kami keunggulan yang unik,” katanya. Hal ini telah menyebabkan a kertas tengara diterbitkan tahun lalu di Sel yang menata seluruh sirkuit saraf untuk sentuhan yang menyenangkan.

Abdus-Saboor juga memelopori a ukuran nyeri kuantitatif yang baru pada tikus, alat yang dia dan timnya adaptasi untuk mengumpulkan bukti pewarisan kecanduan opioid secara transgenerasi. Hasilnya pada hewan pengerat mengisyaratkan bahwa penggunaan opioid yang berlebihan oleh orang tua dapat mengubah ekspresi gen sehingga membuat anak-anak berisiko mengalami hal yang sama.

Penerima berbagai penghargaan atas prestasinya, Abdus-Saboor masuk dalam kelas perdana Howard Hughes Medical Institute's Institute. Sarjana Freeman Hrabowski Mei lalu. Penghargaan ini memberikan dana hingga $8.6 juta selama satu dekade kepada para peneliti pemula yang laboratoriumnya mendorong keberagaman dan inklusi.

Quanta berbicara dengan Abdus-Saboor tentang kegemarannya memulai kembali ilmu pengetahuan, momen eureka ikan zebra, dan harapannya akan koloni tikus mondok telanjang yang baru diimpor. Wawancara telah diringkas dan diedit untuk kejelasan.

Ketika Anda masih kecil, apakah orang tua Anda mendukung minat Anda pada sains?

Tentu saja mereka melakukannya. Saya akan mulai memberikan hewan sebagai hadiah ulang tahun karena mereka melihat betapa terpesonanya saya terhadap mereka. Maju cepat ke sekolah menengah. Di kelas sembilan, orang tua saya mengizinkan saya mengambil alih lantai tiga rumah kami untuk proyek pameran sains selama setahun yang saya lakukan untuk penghargaan biologi. Saya punya ratusan udang karang di mana-mana. Orang tua saya bukanlah ilmuwan, namun mereka sangat mendukung petualangan dan petualangan saya di dunia ilmiah.

Apa yang orang tuamu lakukan?

Ibu saya adalah kepala keuangan di sebuah kantor akuntan. Ayah saya adalah seorang aktuaris sebelum dia pensiun. Jadi saya mungkin mewarisi kecenderungan matematika. Untuk memperkirakan rasa sakit yang dialami hewan, kami melakukan pemodelan statistik untuk menyingkat fitur perilakunya menjadi satu skala yang mudah dibaca. Ayah saya telah menghadiri beberapa ceramah saya, dan meskipun biologi sering kali berlebihan, dia sangat bersemangat dengan bagian matematika dalam pekerjaan saya.

Bagaimana perguruan tinggi membentuk karier Anda?

Saya kuliah di perguruan tinggi yang secara historis berkulit hitam, North Carolina A&T. Saya berasal dari garis keturunan orang-orang yang kuliah di universitas semacam ini. Orang tua saya kuliah di Universitas Howard. Begitu pula bibiku. Seorang paman kuliah di Virginia State, kakek saya Lincoln University. Saya tidak tahu apakah saya punya pilihan selain kuliah di salah satu universitas ini.

Meski begitu, menurutku itu adalah keputusan yang bijaksana. Ini meningkatkan rasa percaya diri saya melihat orang-orang yang mirip dengan saya benar-benar melakukannya dengan baik. Dan budaya perguruan tinggi bersifat membina, bukan kompetitif. Anggota fakultas peduli dengan Anda. Siswa bekerja sama dan ingin melihat satu sama lain berhasil.

Apakah Anda melakukan penelitian di perguruan tinggi?

Ya. Saya tahu pengalaman penelitian itu penting, jadi pada bulan pertama saya di kampus, saya pergi dari rumah ke rumah untuk menanyakan peluang penelitian kepada fakultas. Saya dipekerjakan untuk bekerja di peternakan babi. Lucu sekali karena saya tidak makan daging babi, namun saya mempelajari apakah perubahan pola makan babi mengubah rasa daging mereka.

Saat itu, saya sedang tergoda dengan ide menjadi dokter hewan. Jadi di tahun kedua saya, saya bekerja di rumah sakit hewan, memandulkan, mensterilkan, dan membersihkan hewan. Saat itulah saya menyadari bahwa sensasi yang saya rasakan sebagai seorang anak dengan sains tidak ada. Saya tidak jatuh cinta dengan pekerjaan itu.

Namun antara tahun pertama dan akhir tahun, saya bekerja di laboratorium biologi molekuler di Universitas Pennsylvania, dan sebuah bola lampu meledak. Saya berpikir, “Wow, orang-orang dibayar untuk memikirkan ide-ide besar dan mencoba menemukan solusi terhadap masalah-masalah yang penting bagi kesehatan manusia.” Saya ingat memberi tahu orang tua saya, “Ini dia. Saya ingin mendapatkan gelar Ph.D. dalam biologi molekuler.”

Apa yang membuat Anda mempelajari kesenangan dan kesakitan?

Jalannya agak berliku. Saya mendapatkan gelar Ph.D. di University of Pennsylvania mempelajari jalur molekuler pada cacing gelang yang terlibat dalam perkembangan sel. Gen protein pada jalur ini bermutasi pada setidaknya 30% kasus kanker pada manusia. Pekerjaan saya menunjukkan bagaimana jalur ini mengontrol tipe dasar dan bentuk sel. Saya adalah orang pertama di lab tersebut yang mempelajari jalur tersebut, jadi saya harus membuat banyak alat dari awal. Itu adalah tema sepanjang karier saya: Saya suka memetakan jalur-jalur baru.

Dan kursus berikutnya yang Anda petakan membawa Anda ke ilmu saraf. Mengapa?

Ilmu saraf tampaknya berada pada masa keemasannya. Orang-orang dari berbagai disiplin ilmu berkumpul untuk mempelajari otak, namun sepertinya masih banyak pertanyaan daripada jawaban, jadi masih ada ruang bagi saya untuk memberikan pengaruh. Saya beralih ke ilmu saraf sensorik sebagian karena kesederhanaan logikanya: Reseptor di kulit menjadi aktif, dan entah bagaimana Anda mendapatkan persepsi di otak setelah serangkaian relay. Dari sistem sensorik, sentuhan adalah yang paling sedikit dipelajari. Beberapa pertanyaan besar masih terbuka.

Bagaimana Anda menutupi kekurangan pengetahuan Anda?

Pada awalnya, saya merasa tidak aman karena kurangnya pelatihan formal. Sebagai seorang postdoc saya belum pernah mengambil kelas ilmu saraf. Pada pertemuan dan percakapan dengan ahli saraf, saya sering kali menyadari bahwa saya tidak dapat mengikutinya. Saya tidak tahu istilahnya. Tapi saya telah bertemu secara rutin dengan Michael Nusbaum, direktur penelitian biomedis di Penn, setelah memintanya untuk membimbing saya. Suatu hari di kantornya, dia menyarankan agar dia mengajari saya ilmu saraf. Selama dua jam seminggu selama lebih dari setahun, kami mendiskusikan makalah ilmu saraf, dimulai pada tahun 1970an dan 1980an. Saya belajar ilmu saraf dengan cara itu. Hal ini memberanikan saya untuk mengatakan, “Oke, saya seorang ahli saraf.”

Saya orang Afrika-Amerika. Mikey Nusbaum adalah seorang pria Yahudi berkulit putih dari New York City. Terkadang orang-orang yang paling mendukung Anda mungkin tidak memiliki hubungan langsung dengan Anda dan budaya Anda.

Bagaimana Anda mendapatkan skala nyeri Anda?

Untuk pekerjaan saya yang menyakitkan, saya mengambil langkah mundur. Jika kita akan menggunakan tikus untuk mempelajari rasa sakit dan berpotensi mengembangkan obat penghilang rasa sakit baru, pertama-tama kita perlu menjawab pertanyaan: Bagaimana kita tahu bahwa hewan tersebut mengalami rasa sakit? Secara tradisional, para peneliti melihat seberapa sering seekor hewan menarik kakinya dari suatu rangsangan, namun hewan tersebut menggerakkan kakinya karena berbagai alasan. Dan karena tidak ada standarisasi, laboratorium yang berbeda akan memutuskan bahwa stimulus yang sama tidak berbahaya, menyakitkan, atau sangat menyakitkan tergantung pada eksperimennya. Jadi saya berkata, “Kita perlu mengembangkan sistem yang benar-benar baru.”

Bagaimana Anda mendapatkan ide untuk itu?

Saya mendapat ide dari Michael Granato, seorang ahli saraf Penn yang laboratoriumnya dekat dengan laboratorium kami. Dia sedang mempelajari respons kejutan akustik pada larva ikan zebra. Saya pergi ke pertemuan lab di mana Roshan Jain, yang saat itu menjadi mahasiswa pascadoktoral di lab Granato dan sekarang menjadi pengajar di Haverford College, berbicara tentang penggunaan videografi berkecepatan tinggi untuk menangkap gerakan respons yang terlalu cepat untuk diapresiasi dengan mata telanjang. Saya menyadari bahwa kita dapat menggunakan pendekatan yang sama untuk mencatat gerakan hewan sebagai respons terhadap rangsangan kulit, dan menggunakan gerakan tersebut untuk memperkirakan rasa sakit yang dialami hewan tersebut. Itu membuka dunia baru.

Jika saya tidak menghadiri pertemuan dengan ilmuwan ikan zebra itu, saya tidak akan pernah mendapatkan ide ini. Saya masih terus berbincang dan mendengarkan orang berbicara tentang cacing, lalat, ikan, ragi, bakteri — sebut saja — karena mungkin saya akan mempelajari sesuatu yang dapat saya integrasikan ke dalam pekerjaan yang kami lakukan. Yang memalukan dari sains modern adalah setiap orang terlalu fokus pada sistemnya, pendekatannya, organismenya, disiplinnya. Hal ini dapat menghambat inovasi ketika orang tidak terlatih secara luas dan tidak keluar dari zona nyaman mereka.

Bagaimana Anda menghubungkan gerakan tikus dengan pengalamannya dalam menciptakan skala untuk mengukur rasa sakit?

Pertama, kami memverifikasi bahwa stimulus yang dianggap tidak berbahaya, seperti sentuhan kuas riasan yang lembut, mengaktifkan neuron sentuhan di kulit hewan, dan jarum yang menusuk kulit mengaktifkan neuron rasa sakit. Kemudian kami mencatat gerakan respon hewan terhadap setiap stimulus. Karena kesakitan, hewan itu akan meringis, segera menarik cakarnya dan menggoyangkannya dengan kuat. Kami memberi nilai numerik untuk setiap jenis gerakan, kecepatan penarikan, dan jumlah goyangan kaki. Kami kemudian memberi setiap angka bobot numerik, nilai eigen, berdasarkan seberapa penting fitur tersebut terhadap tingkat nyeri, dan kemudian menggabungkan nilai bobot tersebut menjadi satu ukuran kuantitatif nyeri.

Bagaimana Anda melihat alat baru ini digunakan?

Ada dua hal yang membuat kami sangat gembira. Salah satunya adalah mempelajari variabilitas genetik sebagai pemicu rasa sakit. Populasi manusia di dunia memiliki sensitivitas terhadap nyeri yang sangat beragam. Beberapa di antaranya bersifat sosiokultural, tetapi sebagian lagi ada dalam DNA. Misalnya, orang yang tidak merasakan sakit apa pun memiliki mutasi genetik yang mendasari sifat tersebut. Di laboratorium saya, kami menggunakan skala nyeri untuk mengukur sensitivitas nyeri dari sekitar 20 jenis tikus yang berbeda. Kami telah mengidentifikasi tikus yang tidak terlalu bereaksi terhadap rasa sakit dan tikus lain yang hipersensitif. Kami menggunakan pendekatan pemetaan genetik untuk menemukan gen baru yang mungkin mendasari sensitivitas rasa sakit ini.

Kami juga sangat gembira dengan bagaimana otak mengontrol transisi dari nyeri akut ke nyeri kronis. Kami menggunakan skala nyeri untuk mengukur tingkat nyeri pada tikus dan kemudian mengambil cuplikan aktivitas otak tikus menggunakan pencitraan resonansi magnetik fungsional. Kami mencitrakan hewan setiap hari untuk menemukan pola aktivitas otak yang mendasari transisi dari nyeri akut ke nyeri kronis. Begitu kita menemukannya, kita dapat mencoba mengubahnya untuk mengubah perjalanan penyakit kronis. Kami tertarik pada komponen emosional dan sensorik dari rasa sakit ini.

Sudahkah Anda mempelajari sentuhan yang tidak menyakitkan juga?

Ya, baru-baru ini Sel makalah ini, kami beralih dari kulit ke otak untuk menjelaskan mengapa beberapa bentuk sentuhan bermanfaat.

Sungguh menakjubkan hal yang belum pernah dilakukan sebelumnya.

Studi molekuler tentang sentuhan masih dalam tahap awal. Ciri-ciri molekuler dari berbagai kelas neuron sentuh baru diidentifikasi pada akhir tahun 2000-an. Sejak itu, sebagian besar fokusnya adalah pada sentuhan diskriminatif, jenis sentuhan yang digunakan untuk membedakan seperempat uang receh berdasarkan tekstur. Sentuhan membelai sosial masih kurang dipelajari.

Bagaimana proyek ini dimulai?

David AndersonKelompok peneliti di California Institute of Technology telah melaporkan pada tahun 2013 bahwa sel-sel tertentu di kulit merespons sentuhan lembut. Namun mereka tidak melibatkan sel-sel tersebut dalam perilaku alami apa pun atau menghubungkannya dengan otak. Saya membaca koran dan memutuskan untuk mencoba mengisi kekosongan ini. Pada tahun terakhir saya sebagai mahasiswa pascadoktoral, saya merekayasa tikus secara genetis agar memiliki neuron sentuhan lembut yang merespons cahaya biru. Rencana saya adalah menstimulasi neuron dengan cahaya biru dan melihat apa yang dilakukan tikus.

Ketika saya memulai lab saya sendiri pada tahun 2018, kami siap untuk memulai eksperimen tersebut. Saya masih ingat hari ketika para siswa datang ke kantor saya untuk menunjukkan apa yang mereka temukan. Itu seperti momen eureka ini. Saat kami mengaktifkan neuron melalui kulit punggung tikus, hewan tersebut berperilaku seolah-olah sedang dibelai di sana. Itu meluncurkan seluruh proyek. Kami melakukan lebih banyak tes perilaku dan menelusuri jalur sentuhan sosial dari kulit ke sumsum tulang belakang hingga pusat penghargaan di otak.

Apakah penemuan jalur kulit-ke-otak ini mempunyai implikasi medis?

Ya, kulit adalah target terapi yang baik. Ini dapat diakses dan menyajikan jalan raya langsung ke bagian otak yang membuat kita merasa nyaman. Bagaimana jika kita dapat mengaktifkan neuron ini dengan krim kulit untuk meningkatkan kesehatan mental – misalnya, untuk mengimbangi dampak buruk yang disebabkan oleh isolasi sosial atau untuk mengatasi kecemasan atau depresi? Ketika saya memberikan ceramah tentang hal ini pada bulan Desember, para psikiater dan neurofarmakolog yang hadir sangat antusias dengan potensi terapeutiknya.

Anda memiliki koloni tikus mondok telanjang. Apa yang kamu lakukan dengan mereka?

Tikus mol telanjang berasal dari Afrika Timur. Mereka hidup di bawah tanah dan pada dasarnya buta, sangat bergantung pada sentuhan, menggunakan rambut seperti kumis untuk menavigasi liang mereka dan berinteraksi satu sama lain. Sentuhan menempati area otak mereka tiga kali lebih besar dibandingkan mamalia lain. Kami percaya sentuhan penting untuk membentuk struktur sosial komunal mereka.

Kami juga tertarik pada mereka karena tikus mondok tidak merasakan rasa sakit apa pun. Misalnya, mereka tidak menunjukkan respons nyeri terhadap molekul capsaicin, bahan aktif dalam cabai, yang cukup menyakitkan bagi sebagian besar mamalia. Mereka memiliki reseptor di kulitnya yang merespons capsaicin, jadi saya berhipotesis bahwa hewan memiliki jalur otak yang mematikan rasa sakit. Jika kita dapat menemukan dan memanfaatkan sinyal-sinyal tersebut, kita mungkin menemukan cara baru untuk memblokir rasa sakit.

Sebagai peneliti muda, tantangan apa yang harus Anda atasi, baik dalam bidang ilmiah, sosial, atau budaya?

Secara keseluruhan, saya cukup beruntung memiliki mentor dan kolega dari semua ras, kebangsaan, dan gender yang percaya dan mendukung saya. Saya lebih beruntung dibandingkan kelompok minoritas lain yang kurang terwakili yang bekerja di lingkungan yang sangat menantang, dan karena itu, mereka tidak ada di sini saat ini.

Meski begitu, saya belum melewatinya tanpa cedera. Polisi universitas telah menghentikan dan melecehkan saya karena mereka menganggap saya bukan bagian dari kampus. Saya telah dihentikan di gedung saya sendiri, dan pihak berwenang telah dipanggil untuk menangkap saya. Kebanyakan ilmuwan kulit hitam lain yang saya kenal memiliki pengalaman serupa. Hal-hal seperti ini tidak hanya terjadi di universitas tetapi juga di lingkungan tempat saya tinggal, dan jika hal ini terjadi, rasanya tidak enak dan dapat memicu kemarahan dan frustrasi. Namun saya selalu memiliki jaringan orang-orang yang mendukung saya dan membantu saya maju meskipun jarang sekali dalam karier saya di mana saya mengalami rasisme terang-terangan semacam itu.

Apakah Anda punya saran untuk calon ilmuwan kulit hitam?

Langit adalah batasnya. Jangan sakit hati jika Anda melihat sekeliling dan tidak melihat banyak orang yang mirip dengan Anda, karena itu sedang berubah. Kelilingi diri Anda dengan orang-orang baik. Terkadang orang-orang ini mirip dengan Anda, namun jangan kaget jika beberapa pendukung terbesar Anda tidak. Bersikaplah terbuka dan buat koneksi yang tepat.

Dan jangan hancurkan impianmu sendiri. Kita membutuhkan orang-orang dari berbagai latar belakang, semua lapisan masyarakat, karena kita menghadapi masalah yang menantang. Saya akan mendorong para ilmuwan kulit hitam atau siapa pun yang tertarik dengan pekerjaan ini: Jika Anda memiliki kecintaan dan hasrat terhadapnya, lakukanlah.