आधुनिक मुख्यधारा का विज्ञान मस्तिष्क की जांच कैसे करता है?

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

बहुत पहले नहीं, ऐतिहासिक मानकों के अनुसार, मस्तिष्क को "ब्लैक बॉक्स" कहा जाता था, जिसके अंदर की प्रक्रियाएं एक रहस्य बनी रहीं। हाल की वैज्ञानिक उपलब्धियाँ अब हमें इसे इतनी स्पष्ट रूप से घोषित करने की अनुमति नहीं देती हैं। हालांकि, मस्तिष्क अनुसंधान के क्षेत्र में असंदिग्ध उत्तरों की तुलना में अभी भी कहीं अधिक प्रश्न हैं।

इस प्रणाली में यह पहचानना बेहद मुश्किल है, जिसमें ब्रह्मांडीय संख्यात्मक पैरामीटर हैं और निरंतर गति में हैं, ऐसे तंत्र जिन्हें हम स्मृति और सोच कहते हैं, के साथ सहसंबद्ध हो सकते हैं। कभी-कभी इसके लिए आपको सीधे दिमाग में घुसना पड़ता है। सबसे प्रत्यक्ष भौतिक अर्थों में।

वन्यजीवों के रक्षक जो भी कहें, अभी तक किसी ने भी शोधकर्ताओं को बंदरों और चूहों के दिमाग पर प्रयोग करने से मना नहीं किया है। हालांकि, जब मानव मस्तिष्क की बात आती है - एक जीवित मस्तिष्क, निश्चित रूप से - कानून और नैतिकता के कारणों के लिए इस पर प्रयोग व्यावहारिक रूप से असंभव हैं। आप केवल "ग्रे मैटर" के अंदर जा सकते हैं, जैसा कि वे कहते हैं, दवा वाली कंपनी के लिए।

मेरे सिर में तार

मस्तिष्क शोधकर्ताओं को प्रस्तुत ऐसा ही एक अवसर मिर्गी के गंभीर मामलों के शल्य चिकित्सा उपचार की आवश्यकता थी जो दवा चिकित्सा का जवाब नहीं देते थे। रोग का कारण मध्य लौकिक लोब के प्रभावित क्षेत्र हैं। यह ऐसे क्षेत्र हैं जिन्हें न्यूरोसर्जरी विधियों का उपयोग करके हटाने की आवश्यकता है, लेकिन सबसे पहले उन्हें पहचानने की आवश्यकता है ताकि बोलने के लिए, "अतिरिक्त कटौती" न करें।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय (लॉस एंजिल्स) से अमेरिकी न्यूरोसर्जन यित्ज़ाक फ्राइड 1970 के दशक में सेरेब्रल कॉर्टेक्स में सीधे 1 मिमी इलेक्ट्रोड डालने की तकनीक को लागू करने वाले पहले लोगों में से एक थे। तंत्रिका कोशिकाओं के आकार की तुलना में, इलेक्ट्रोड में साइक्लोपियन आयाम थे, लेकिन यहां तक कि इस तरह का एक कच्चा उपकरण कई न्यूरॉन्स (एक हजार से एक मिलियन तक) से औसत विद्युत संकेत को हटाने के लिए पर्याप्त था।

सिद्धांत रूप में, यह विशुद्ध रूप से चिकित्सा लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त था, लेकिन कुछ स्तर पर उपकरण में सुधार करने का निर्णय लिया गया था। अब से, मिलीमीटर इलेक्ट्रोड को 50 माइक्रोन के व्यास के साथ आठ पतले इलेक्ट्रोड की एक शाखा के रूप में एक अंत प्राप्त हुआ।

इससे न्यूरॉन्स के अपेक्षाकृत छोटे समूहों से संकेत के निर्धारण तक माप की सटीकता को बढ़ाना संभव हो गया। मस्तिष्क में एकल तंत्रिका कोशिका से भेजे गए सिग्नल को "सामूहिक" शोर से फ़िल्टर करने के तरीके भी विकसित किए गए हैं। यह सब चिकित्सा उद्देश्यों के लिए नहीं, बल्कि विशुद्ध रूप से वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए किया गया था।

ब्रेन प्लास्टिसिटी क्या है?

मस्तिष्क की प्लास्टिसिटी हमारे सोचने के अंग की बदलती परिस्थितियों के अनुकूल होने की अद्भुत क्षमता है। यदि हम एक कौशल सीखते हैं और मस्तिष्क को गहन रूप से प्रशिक्षित करते हैं, तो उस कौशल के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क के क्षेत्र में एक मोटा होना दिखाई देता है। वहां स्थित न्यूरॉन्स अतिरिक्त कनेक्शन बनाते हैं, नए अर्जित कौशल को मजबूत करते हैं। मस्तिष्क के एक महत्वपूर्ण हिस्से को नुकसान होने की स्थिति में, मस्तिष्क कभी-कभी अक्षुण्ण क्षेत्र में खोए हुए केंद्रों को फिर से विकसित करता है।

नामांकित न्यूरॉन्स

अनुसंधान की वस्तुएं मिर्गी के लिए सर्जरी की प्रतीक्षा कर रहे लोग थे: जबकि सेरेब्रल कॉर्टेक्स में एम्बेडेड इलेक्ट्रोड सर्जिकल हस्तक्षेप के क्षेत्र को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए न्यूरॉन्स से सिग्नल पढ़ रहे थे, रास्ते में बहुत ही रोचक प्रयोग किए गए थे। और यह वही मामला था जब पॉप संस्कृति के प्रतीक - हॉलीवुड सितारे, जिनकी छवियों को दुनिया की अधिकांश आबादी द्वारा आसानी से पहचाना जा सकता है, विज्ञान के लिए वास्तविक लाभ लाए।

Yitzhak Frida के सहकर्मी, चिकित्सक और न्यूरोफिज़ियोलॉजिस्ट Rodrigo Kian Quiroga ने अपने लैपटॉप पर लोकप्रिय व्यक्तित्वों और सिडनी ओपेरा हाउस जैसी प्रसिद्ध संरचनाओं सहित प्रसिद्ध दृश्यों का चयन किया।

जब इन चित्रों को दिखाया गया, तो मस्तिष्क में अलग-अलग न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि देखी गई, और विभिन्न छवियों ने विभिन्न तंत्रिका कोशिकाओं को "चालू" किया। उदाहरण के लिए, एक "जेनिफर एनिस्टन न्यूरॉन" स्थापित किया गया था, जो स्क्रीन पर इस रोमांटिक अभिनेत्री का चित्र दिखाई देने पर "निकाल" देता था। एनिस्टन को विषय को जो भी फोटो दिखाई गई, न्यूरॉन "उसका नाम" विफल नहीं हुआ। इसके अलावा, इसने तब भी काम किया जब प्रसिद्ध टीवी श्रृंखला के फ्रेम स्क्रीन पर दिखाई दिए, जिसमें अभिनेत्री ने अभिनय किया, भले ही वह खुद फ्रेम में न हों। लेकिन सिर्फ जेनिफर जैसी दिखने वाली लड़कियों को देखकर न्यूरॉन चुप हो गया।

अध्ययन की गई तंत्रिका कोशिका, जैसा कि यह निकला, एक विशेष अभिनेत्री की समग्र छवि के साथ जुड़ा हुआ था, न कि उसकी उपस्थिति या कपड़ों के व्यक्तिगत तत्वों के साथ। और यह खोज, यदि कुंजी नहीं है, तो मानव मस्तिष्क में दीर्घकालिक स्मृति प्रतिधारण के तंत्र को समझने के लिए एक सुराग प्रदान करती है।

केवल एक चीज जिसने हमें आगे बढ़ने से रोका, वह थी नैतिकता और कानून के बहुत विचार, जिनका उल्लेख ऊपर किया गया था। वैज्ञानिक मस्तिष्क के किसी अन्य क्षेत्र में इलेक्ट्रोड नहीं रख सकते थे, सिवाय उन लोगों के जो पूर्व-संचालन अनुसंधान के अधीन थे, और अध्ययन में सीमित चिकित्सा समय सीमा थी।

इसने इस सवाल का जवाब खोजना बहुत मुश्किल बना दिया कि क्या जेनिफर एनिस्टन, या ब्रैड पिट, या एफिल टॉवर का न्यूरॉन वास्तव में मौजूद है, या शायद माप के परिणामस्वरूप, वैज्ञानिकों ने गलती से पूरे नेटवर्क से केवल एक सेल पर ठोकर खाई एक दूसरे के साथ सिनैप्टिक कनेक्शन द्वारा जुड़ा हुआ है, जो एक निश्चित छवि के संरक्षण या मान्यता के लिए जिम्मेदार है।

चित्रों के साथ खेलना

जैसा कि हो सकता है, प्रयोग जारी रहे, और मोरन सेर्फ़ उनके साथ जुड़ गए - एक अत्यंत बहुमुखी व्यक्तित्व। जन्म से इज़राइली, उन्होंने खुद को एक व्यवसाय सलाहकार, हैकर और साथ ही एक कंप्यूटर सुरक्षा प्रशिक्षक, साथ ही एक कलाकार और हास्य पुस्तक लेखक, लेखक और संगीतकार के रूप में आजमाया।

यह वह व्यक्ति था जिसके पास पुनर्जागरण के योग्य प्रतिभाओं का एक स्पेक्ट्रम था, जिसने जेनिफर एनिस्टन न्यूरॉन और इसी तरह के आधार पर एक प्रकार का न्यूरोमाचिन इंटरफ़ेस बनाने का बीड़ा उठाया। इस बार मेडिकल सेंटर के 12 मरीजों के नाम वी.आई. कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में रोनाल्ड रीगन। प्रीऑपरेटिव अध्ययन के दौरान, माध्यिका लौकिक लोब के क्षेत्र में 64 अलग-अलग इलेक्ट्रोड डाले गए थे। समानांतर में, प्रयोग शुरू हुए।

उच्च तंत्रिका गतिविधि के विज्ञान का विकास अविश्वसनीय संभावनाओं का वादा करता है: लोग खुद को बेहतर ढंग से समझने और अब लाइलाज बीमारियों से निपटने में सक्षम होंगे। जीवित मानव मस्तिष्क पर प्रयोगों का नैतिक और कानूनी पक्ष एक समस्या बना हुआ है।

लोगों को सबसे पहले पॉप संस्कृति विषयों की 110 छवियां दिखाई गईं। इस पहले दौर के परिणामस्वरूप, चार चित्रों का चयन किया गया था, जिसे देखते हुए प्रांतस्था के अध्ययन क्षेत्र के विभिन्न हिस्सों में न्यूरॉन्स की उत्तेजना पूरे दर्जन विषयों में स्पष्ट रूप से दर्ज की गई थी। फिर, दो छवियों को एक साथ स्क्रीन पर प्रदर्शित किया गया, एक-दूसरे पर आरोपित किया गया, और प्रत्येक में 50% पारदर्शिता थी, अर्थात छवियां एक दूसरे के माध्यम से चमक रही थीं।

विषय को दो छवियों में से एक की चमक को मानसिक रूप से बढ़ाने के लिए कहा गया था, ताकि वह अपने "प्रतिद्वंद्वी" को अस्पष्ट कर सके। इस मामले में, उस छवि के लिए जिम्मेदार न्यूरॉन जिस पर रोगी का ध्यान केंद्रित किया गया था, दूसरी छवि से जुड़े न्यूरॉन की तुलना में एक मजबूत विद्युत संकेत उत्पन्न करता है। दालों को इलेक्ट्रोड द्वारा तय किया गया था, डिकोडर में प्रवेश किया और एक संकेत में बदल गया जो छवि की चमक (या पारदर्शिता) को नियंत्रित करता है।

इस प्रकार, विचार का कार्य एक तस्वीर के लिए दूसरे को "हथौड़ा" शुरू करने के लिए काफी था।जब विषयों को तेज नहीं करने के लिए कहा गया, लेकिन इसके विपरीत, दो छवियों में से एक को हल्का बनाने के लिए, मस्तिष्क-कंप्यूटर लिंक ने फिर से काम किया।

हल्कापन

क्या यह रोमांचक खेल जीवित लोगों, विशेष रूप से गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं वाले लोगों पर प्रयोग करने के लायक था? परियोजना के लेखकों के अनुसार, यह इसके लायक था, क्योंकि शोधकर्ताओं ने न केवल मौलिक प्रकृति के अपने वैज्ञानिक हितों को संतुष्ट किया, बल्कि काफी लागू समस्याओं को हल करने के तरीकों के लिए भी टटोला।

यदि मस्तिष्क में न्यूरॉन्स (या न्यूरॉन्स के बंडल) हैं जो जेनिफर एनिस्टन की दृष्टि से उत्साहित हैं, तो मस्तिष्क कोशिकाएं होनी चाहिए जो जीवन के लिए अधिक आवश्यक अवधारणाओं और छवियों के लिए जिम्मेदार हों। ऐसे मामलों में जहां रोगी इशारों से अपनी समस्याओं और जरूरतों को बोलने या संकेत देने में असमर्थ है, मस्तिष्क से सीधा संबंध डॉक्टरों को न्यूरॉन्स से रोगी की जरूरतों के बारे में जानने में मदद करेगा। इसके अलावा, जितने अधिक संघ स्थापित होंगे, उतना ही एक व्यक्ति अपने बारे में संवाद करने में सक्षम होगा।

हालांकि, मस्तिष्क में एम्बेडेड एक इलेक्ट्रोड, भले ही वह 50 माइक्रोन व्यास का हो, एक विशिष्ट न्यूरॉन को सटीक रूप से लक्षित करने के लिए एक उपकरण बहुत कच्चा है। बातचीत का एक अधिक सूक्ष्म तरीका ऑप्टोजेनेटिक्स है, जिसमें आनुवंशिक स्तर पर तंत्रिका कोशिकाओं का परिवर्तन शामिल है।

एड बॉयडेन और कार्ल थिसॉट, जिन्होंने स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में अपना काम शुरू किया, को इस दिशा के अग्रदूतों में से एक माना जाता है। उनका विचार लघु प्रकाश स्रोतों का उपयोग करके न्यूरॉन्स पर कार्य करना था। इसके लिए, कोशिकाओं को, निश्चित रूप से, प्रकाश-संवेदनशील बनाया जाना चाहिए।

चूंकि प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन - ऑप्सिन - को अलग-अलग कोशिकाओं में ट्रांसप्लांट करने की शारीरिक जोड़तोड़ लगभग असंभव है, शोधकर्ताओं ने सुझाव दिया … एक वायरस के साथ न्यूरॉन्स को संक्रमित करना। यह वायरस है जो एक जीन पेश करेगा जो एक प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन को कोशिकाओं के जीनोम में संश्लेषित करता है।

इस तकनीक के कई संभावित उपयोग हैं। उनमें से एक क्षतिग्रस्त रेटिना के साथ एक आंख में दृष्टि की आंशिक बहाली शेष गैर-प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाओं को प्रकाश-संवेदनशील गुण प्रदान करके (जानवरों पर सफल प्रयोग हैं)। आपतित प्रकाश के कारण होने वाले विद्युत संकेतों को प्राप्त करते हुए, मस्तिष्क जल्द ही उनके साथ काम करना सीख जाएगा और उन्हें एक छवि के रूप में व्याख्यायित करेगा, भले ही वह निम्न गुणवत्ता का हो।

एक अन्य अनुप्रयोग लघु प्रकाश गाइड का उपयोग करके सीधे मस्तिष्क में न्यूरॉन्स के साथ काम कर रहा है। प्रकाश की किरण की मदद से जानवरों के मस्तिष्क में विभिन्न न्यूरॉन्स को सक्रिय करके, यह पता लगाना संभव है कि ये न्यूरॉन्स किन व्यवहारिक प्रतिक्रियाओं का कारण बनते हैं। इसके अलावा, मस्तिष्क में "प्रकाश" हस्तक्षेप का भविष्य में चिकित्सीय महत्व हो सकता है।