मानव स्मृति की विशिष्ट तंत्रिका वायरिंग

हममें से कई लोगों ने चिमनी के पास दादा-दादी के साथ उन चुराए गए क्षणों का आनंद लिया है, हमारे दिल अच्छे पुराने समय से उनकी कहानियों की साज़िशों की ओर दौड़ रहे हैं, जो ज्वलंत कल्पना और कल्पना की एक चुटकी के साथ वर्णित हैं। हमारे मानव मस्तिष्क में जीवन भर यादों को संग्रहीत करने और याद रखने की उल्लेखनीय क्षमता है। एक भौतिक स्थान, एक गंध, या एक परिचित स्थिति अकेले ही स्मृति को वापस ला सकती है, और हमारा मस्तिष्क पैटर्न को पूरा करने के लिए इन संघों का उपयोग करता है। यद्यपि मानव मस्तिष्क इस उद्देश्य के लिए अनुकूलित है, हम केवल यह समझना शुरू कर रहे हैं कि यह हमारे परिवेश के बारे में जानकारी को कैसे एकीकृत करता है। यह पैटर्न-पूर्ण प्रक्रिया हमारे मस्तिष्क की एक उल्लेखनीय कम्प्यूटेशनल संपत्ति है जिसे साहचर्य स्मृति कहा जाता है।

मस्तिष्क के बारे में हमारे तंत्रिका विज्ञान का अधिकांश ज्ञान कृंतकों जैसे अच्छी तरह से अध्ययन किए गए पशु मॉडल से उत्पन्न होता है, जो विज्ञान के लिए अपरिहार्य हैं। लेकिन क्या मानव मस्तिष्क केवल चूहे के मस्तिष्क का एक बढ़ा हुआ संस्करण है, या इसमें विशिष्ट विशेषताएं हैं जो इसे मानव बनाती हैं? अब, इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया (आईएसटीए) के शोधकर्ता और वियना मेडिकल यूनिवर्सिटी के न्यूरोसर्जन इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि मानव मस्तिष्क कैसे बनता है और सहयोगी यादें कैसे प्राप्त करता है। आईएसटीए में लाइफ साइंसेज के प्रोफेसर मैग्डेलेना वाल्ज़ पीटर जोनास और आईएसटीए पोस्टडॉक जेक वॉटसन, जिन्होंने वियना मेडिकल यूनिवर्सिटी के न्यूरोसर्जरी विभाग से प्रोफेसर कार्ल रोस्लर के साथ सहयोग की शुरुआत की, ने मिर्गी के मरीजों के नमूनों की जांच की, जो सीधे तौर पर अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए न्यूरोसर्जरी से गुजरे थे। , जीवित मानव ऊतक।

इंसानों के पास ‘बड़ा चूहे जैसा दिमाग’ नहीं है

सीखने और साहचर्य स्मृति के लिए मस्तिष्क का केंद्र हिप्पोकैम्पस है। इसके भीतर, CA3 नामक एक क्षेत्र सूचनाओं के भंडारण और प्रसंस्करण तथा पैटर्न को पूरा करने के लिए जिम्मेदार है। क्योंकि स्वस्थ मानव सामग्री दुर्लभ है, अधिकांश अध्ययन अब तक पशु मॉडल पर केंद्रित रहे हैं। जोनास और वॉटसन ने मिर्गी के उपचार-प्रतिरोधी रूपों में विशेषज्ञता रखने वाले न्यूरोसर्जन रोस्लर के साथ मिलकर इस समस्या पर काबू पाया। जोनास कहते हैं, “जबकि न्यूरोसर्जरी से गुजरने वाले रोगियों में नैदानिक ​​​​प्रस्तुतियों की एक विस्तृत विविधता होती है, प्रोफेसर रोस्लर ने मिर्गी के रोगियों की एक उप-समूह की पहचान की, जिन्होंने एक बरकरार हिप्पोकैम्पस प्रस्तुत किया।” वैज्ञानिक संभवतः इस अवसर को चूक नहीं सकते थे। जोनास बताते हैं, “मिर्गी के इस रूप में, हिप्पोकैम्पस का एकतरफा उच्छेदन यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि मरीजों को ठीक होने और मिर्गी-मुक्त जीवन जीने का मौका मिले।” इस प्रकार, टीम सूचित सहमति से 17 मिर्गी रोगियों से अक्षुण्ण हिप्पोकैम्पस ऊतक प्राप्त कर सकी। शोधकर्ताओं ने अत्याधुनिक प्रयोगात्मक तकनीकों – न्यूरॉन्स और सुपर-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी के गतिशील कार्यात्मक गुणों को मापने के लिए बहुकोशिकीय पैच-क्लैंप रिकॉर्डिंग – को मॉडलिंग के साथ जोड़ा और आंखें खोलने वाले निष्कर्ष निकाले। अच्छी तरह से अध्ययन किए गए माउस हिप्पोकैम्पस का एक स्केल-अप संस्करण होने से दूर, मानव CA3 क्षेत्र में तंत्रिका कनेक्टिविटी विरल थी, और इसके सिनैप्स – कनेक्शन जो न्यूरॉन्स के बीच संकेतों को पारित करने की अनुमति देते हैं – अधिक विश्वसनीय और सटीक दिखाई देते हैं . इस प्रकार, टीम ने मानव मस्तिष्क की वायरिंग के विशिष्ट गुणों को उजागर किया।

“ऐसा लगा जैसे हम कुछ भी नहीं जानते”

चूहों और चूहों की तुलना में मानव हिप्पोकैम्पस की सेलुलर संरचना और सिनैप्टिक कनेक्टिविटी में महत्वपूर्ण अंतर के बावजूद, पशु मॉडल से डेटा बहुत महत्वपूर्ण है। यह एक संदर्भ के रूप में कार्य करता है और वैज्ञानिकों को मानव ऊतक के अध्ययन के लिए तकनीक विकसित करने में मदद करता है। वॉटसन कहते हैं, “कृंतकों के साथ काम करने वाली पृष्ठभूमि से आने पर, ऐसा महसूस हो सकता है कि हिप्पोकैम्पस के बारे में सब कुछ पहले से ही ज्ञात है।” “जैसे ही मैंने पहले रोगी के नमूनों की जांच शुरू की, मुझे एहसास हुआ कि हम मानव हिप्पोकैम्पस के बारे में कितना नहीं जानते थे। हालांकि यह कृंतकों में सबसे अच्छा अध्ययन किया गया मस्तिष्क क्षेत्र है, लेकिन ऐसा लगा जैसे हम मानव के बारे में कुछ भी नहीं जानते थे शरीर विज्ञान, सेलुलर संगठन, या कनेक्टिविटी।” इस प्रकार, कृंतक हिप्पोकैम्पस ऊतक के साथ काम करने के अपने अनुभव के आधार पर, वॉटसन और जोनास को मनुष्यों में मस्तिष्क के इस हिस्से की फिर से जांच करने के नए तरीके खोजने की जरूरत थी।

मानव मस्तिष्क की कम्प्यूटेशनल शक्ति का मॉडलिंग

अपने प्रायोगिक डेटा के साथ, टीम ने मानव हिप्पोकैम्पस में CA3 नेटवर्क की कम्प्यूटेशनल शक्ति का एक मॉडल बनाने की कोशिश की। उन्होंने महसूस किया कि मानव-विशिष्ट सर्किटरी और सिनैप्टिक कनेक्टिविटी ने उन्हें यह मापने की अनुमति दी कि यादें किस हद तक संग्रहीत की गईं और विश्वसनीय रूप से पुनर्प्राप्त की गईं। जोनास कहते हैं, “हम परीक्षण कर सकते हैं कि इस मॉडल में कितने पैटर्न फिट होते हैं। इससे हमें यह प्रदर्शित करने में मदद मिली कि मानव-विशिष्ट विरल सिनैप्टिक कनेक्टिविटी और बढ़ी हुई सिनैप्टिक विश्वसनीयता ने भंडारण क्षमता में वृद्धि की है।” दूसरे शब्दों में, उन्होंने पता लगाया कि कैसे मानव CA3 नेटवर्क एसोसिएशन और मेमोरी स्टोरेज को अधिकतम करने के लिए जानकारी को कुशलतापूर्वक कोड करता है।

फिजियोलॉजिस्ट के करियर का सबसे अच्छा दिन

वर्तमान अध्ययन यह बदलने में मदद करता है कि वैज्ञानिक और स्वास्थ्य देखभाल पेशेवर मानव मस्तिष्क को कैसे समझते हैं। जोनास कहते हैं, “हमारा काम मानव दृष्टिकोण से मस्तिष्क की हमारी समझ पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता पर प्रकाश डालता है। मस्तिष्क सर्किटरी पर भविष्य के शोध, भले ही कृंतक मॉडल जीवों का उपयोग कर रहे हों, मानव मस्तिष्क को ध्यान में रखकर आयोजित किया जाना चाहिए।” वैज्ञानिकों के मुताबिक, यह काम सही न्यूरोसर्जन और सही फिजियोलॉजिस्ट के बीच तालमेल का फल है। वॉटसन ने जोर देकर कहा, “प्रोफेसर रॉस्लर बुनियादी अनुसंधान को बढ़ावा देने के लिए बहुत उत्सुक हैं और उन्होंने प्रयोगशाला परीक्षण के लिए सर्वोत्तम संभव स्थिति में रोगी के ऊतकों को निकालने के लिए परिष्कृत तकनीक विकसित की है।” इस सहयोग ने आईएसटीए शोधकर्ताओं को विज्ञान में एक दुर्लभ संसाधन तक पहुंच प्रदान की है: अक्षुण्ण, जीवित मानव मस्तिष्क ऊतक। चूंकि ऊतक की उपलब्धता सर्जरी पर निर्भर थी, इसलिए वैज्ञानिकों को हर कुछ महीनों में छिटपुट रूप से ही नई जैविक सामग्री प्राप्त होती थी। इससे उनकी प्रयोगशाला के लॉजिस्टिक्स पर असर पड़ा है: उन्हें अक्सर अल्प सूचना पर गैर-मानवीय सामग्री का उपयोग करने वाली सभी परियोजनाओं को बाधित करने और ताजा मानव नमूनों को प्राप्त करने और उनकी जांच करने के लिए जगह खाली करने की आवश्यकता होती है। वॉटसन कहते हैं, “यह सोचना अवास्तविक लगता है कि जिस मिर्गी के रोगी की उसी सुबह न्यूरोसर्जरी हुई थी, वह अस्पताल में ठीक हो रहा था, जबकि हम उनके मस्तिष्क से ऊतक के एक बरकरार और जीवित टुकड़े की जांच कर रहे थे।” “पीछे मुड़कर देखें, तो एक फिजियोलॉजिस्ट के रूप में मेरे करियर का सबसे अच्छा दिन वह था जब हमारी प्रयोगशाला में पहले मानव ऊतक पहुंचे।”

मानव रोगी ऊतक नमूनों पर जानकारी

टेम्पोरल लोब मिर्गी से पीड़ित 17 व्यक्तियों से सूचित रोगी की सहमति से मानव ऊतक के नमूने प्राप्त किए गए थे। इस कार्य को मेडिकल यूनिवर्सिटी वियना (MUW) की आचार समिति (EK Nr: 2271/2021) द्वारा अनुमोदित किया गया था। अधिक जानकारी पेपर के प्रायोगिक मॉडल और अध्ययन प्रतिभागी विवरण अनुभाग में पाई जा सकती है।

मानव पोस्टमॉर्टम ऊतक नमूनों पर जानकारी

पोस्टमॉर्टम ऊतक के तीन ब्लॉक (प्रत्येक लगभग 1 सेमी3) नॉर्मल एजिंग ब्रेन कलेक्शन एम्स्टर्डम (एनएबीसीए) बायोबैंक (प्रोजेक्ट एग्रीमेंट एमईटीसी: 2023.0733; आईएसटीए एथिक्स कमेटी एप्लिकेशन: 2023-03) से प्राप्त किए गए थे। अधिक जानकारी पेपर के प्रायोगिक मॉडल और अध्ययन प्रतिभागी विवरण अनुभाग में पाई जा सकती है।

पशु अध्ययन पर जानकारी

मूलभूत प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए, उदाहरण के लिए, तंत्रिका विज्ञान, प्रतिरक्षा विज्ञान, या आनुवंशिकी के क्षेत्र में, अनुसंधान में जानवरों का उपयोग अपरिहार्य है। कोई भी अन्य विधि, जैसे सिलिको मॉडल, विकल्प के रूप में काम नहीं कर सकती। जानवरों को सख्त नियमों के अनुसार पाला, रखा और इलाज किया जाता है। जानवरों के साथ अनुसंधान आईएसटीए में आयोजित किया गया था।