ऊतक के एक छोटे से नमूने से रेत के एक दाने से बड़ा नहीं, वैज्ञानिक एक लक्ष्य की पहुंच के भीतर आ गए हैं, एक बार अप्राप्य सोचा: मस्तिष्क के एक हिस्से के पूर्ण कार्यात्मक तारों के आरेख का निर्माण। 1979 में, प्रसिद्ध आणविक जीवविज्ञानी, फ्रांसिस क्रिक ने कहा कि यह “(असंभव) होगा, जो मस्तिष्क के ऊतक के क्यूबिक मिलीमीटर के लिए एक सटीक वायरिंग आरेख बनाने के लिए होगा और जिस तरह से इसके सभी न्यूरॉन्स फायरिंग कर रहे हैं।” लेकिन पिछले सात वर्षों के दौरान, 150 से अधिक न्यूरोसाइंटिस्ट और शोधकर्ताओं की एक वैश्विक टीम ने उस वास्तविकता के करीब लाया है।
कॉर्टिकल नेटवर्क्स (माइक्रोन) प्रोजेक्ट से मशीन इंटेलिजेंस ने एक स्तनधारी मस्तिष्क के अब तक का सबसे विस्तृत वायरिंग आरेख बनाया है। आज, वैज्ञानिकों ने वैज्ञानिक निष्कर्ष प्रकाशित किया (देखें https://www.nature.com/collections/bdigiaicbd) इस बड़े पैमाने पर डेटा संसाधन से दस अध्ययनों के संग्रह में प्रकृति पत्रिकाओं का परिवार। वायरिंग आरेख और इसका डेटा, स्वतंत्र रूप से माइक्रोन एक्सप्लोरर के माध्यम से उपलब्ध है, आकार में 1.6 पेटाबाइट्स हैं (नॉन-स्टॉप एचडी वीडियो के 22 साल के बराबर), और मस्तिष्क समारोह और दृश्य प्रणाली के संगठन में कभी भी पहले से देखा गया अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
“इस विशेष अंक में प्रकाशित माइक्रोन अग्रिम प्रकृति न्यूरोसाइंस के लिए एक वाटरशेड पल हैं, जो उनकी परिवर्तनकारी क्षमता में मानव जीनोम परियोजना के बराबर हैं, “डेविड ए। मार्कोविट्ज़, पीएचडी, पूर्व आईएआरपीए कार्यक्रम प्रबंधक ने कहा, जिन्होंने इस काम का समन्वय किया।
“माइक्रोन कार्यक्रम में IARPA के मूनशॉट निवेश ने पिछली तकनीकी सीमाओं को चकनाचूर कर दिया है, जिससे बुद्धि को समझने के लिए आवश्यक तराजू पर तंत्रिका संरचना और कार्य के बीच संबंध का अध्ययन करने के लिए पहला मंच बनाया गया है। यह उपलब्धि हमारे केंद्रित अनुसंधान दृष्टिकोण को मान्य करती है और भविष्य के स्केलिंग के लिए पूरे मस्तिष्क स्तर पर चरण निर्धारित करती है।”
बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन के वैज्ञानिकों ने माउस के विज़ुअल कॉर्टेक्स के एक क्यूबिक मिलीमीटर के हिस्से से मस्तिष्क की गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए विशेष माइक्रोस्कोप का उपयोग करके शुरू किया क्योंकि जानवर विभिन्न फिल्मों और YouTube क्लिप को देखता था। बाद में, एलन इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क के उसी क्यूबिक मिलीमीटर को लिया और इसे 25,000 से अधिक परतों में काट दिया, प्रत्येक 1/400 वें एक मानव बाल की चौड़ाई, और प्रत्येक स्लाइस के उच्च-रिज़ॉल्यूशन चित्रों को लेने के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की एक सरणी का उपयोग किया। अंत में, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी की एक अन्य टीम ने 3 डी वॉल्यूम में कोशिकाओं और कनेक्शनों को फिर से बनाने के लिए आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस और मशीन लर्निंग का इस्तेमाल किया। मस्तिष्क गतिविधि की रिकॉर्डिंग के साथ संयुक्त, परिणाम आज तक मस्तिष्क का सबसे बड़ा वायरिंग आरेख और कार्यात्मक मानचित्र है, जिसमें 200,000 से अधिक कोशिकाएं, चार किलोमीटर की अक्षतंतु (अन्य कोशिकाओं तक पहुंचने वाली शाखाएं) और 523 मिलियन सिनैप्स (कोशिकाओं के बीच कनेक्शन बिंदु) शामिल हैं।
क्ले रीड, पीएचडी, वरिष्ठ अन्वेषक और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी कनेक्टोमिक्स के शुरुआती संस्थापकों में से एक क्ले रीड, पीएचडी ने कहा, “उस टिनी स्पेक के अंदर एक संपूर्ण वास्तुकला है।” “इसमें कनेक्शन के सभी प्रकार के नियम हैं जिन्हें हम तंत्रिका विज्ञान के विभिन्न हिस्सों से जानते थे, और पुनर्निर्माण के भीतर, हम पुराने सिद्धांतों का परीक्षण कर सकते हैं और नई चीजों को खोजने की उम्मीद कर सकते हैं जो किसी ने पहले कभी नहीं देखा है।”
मस्तिष्क समारोह और संगठन पर एक नया नज़र
अध्ययनों के निष्कर्षों से नए सेल प्रकार, विशेषताओं, संगठनात्मक और कार्यात्मक सिद्धांतों और कोशिकाओं को वर्गीकृत करने के लिए एक नया तरीका प्रकट होता है। सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में मस्तिष्क के भीतर निषेध के एक नए सिद्धांत की खोज थी। वैज्ञानिकों ने पहले निरोधात्मक कोशिकाओं के बारे में सोचा था – वे जो तंत्रिका गतिविधि को दबाते हैं – एक सरल बल के रूप में जो अन्य कोशिकाओं की कार्रवाई को कम करता है। हालांकि, शोधकर्ताओं ने संचार के एक अधिक परिष्कृत स्तर की खोज की: निरोधात्मक कोशिकाएं अपने कार्यों में यादृच्छिक नहीं हैं; इसके बजाय, वे अत्यधिक चयनात्मक हैं कि वे किस उत्तेजक कोशिकाओं को लक्षित करते हैं, जो समन्वय और सहयोग की नेटवर्क-वाइड सिस्टम बनाते हैं। कुछ निरोधात्मक कोशिकाएं एक साथ काम करती हैं, कई उत्तेजक कोशिकाओं को दबाती हैं, जबकि अन्य अधिक सटीक हैं, केवल विशिष्ट प्रकारों को लक्षित करते हैं।
“यह कई मायनों में भविष्य है,” एंड्रियास टोलियास, पीएचडी ने समझाया, प्रमुख वैज्ञानिकों में से एक, जिन्होंने बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी दोनों में इस परियोजना पर काम किया था। “माइक्रोन एक लैंडमार्क के रूप में खड़े होंगे जहां हम ब्रेन फाउंडेशन मॉडल का निर्माण करते हैं, जो विश्लेषण के कई स्तरों को फैलाते हैं, जो व्यवहार स्तर से तंत्रिका गतिविधि के प्रतिनिधित्वात्मक स्तर और यहां तक कि आणविक स्तर तक भी शुरू होते हैं।”
विज्ञान और चिकित्सा के लिए इसका क्या मतलब है
मस्तिष्क के रूप और कार्य को समझना और अभूतपूर्व पैमाने पर न्यूरॉन्स के बीच विस्तृत कनेक्शन का विश्लेषण करने की क्षमता मस्तिष्क और बुद्धिमत्ता का अध्ययन करने के लिए नई संभावनाओं को खोलती है। इसमें अल्जाइमर, पार्किंसंस, ऑटिज्म और सिज़ोफ्रेनिया जैसे विकारों के लिए भी निहितार्थ हैं, जिसमें तंत्रिका संचार में व्यवधान शामिल हैं।
“यदि आपके पास एक टूटा हुआ रेडियो है और आपके पास सर्किट आरेख है, तो आप इसे ठीक करने के लिए बेहतर स्थिति में होंगे।” एलन इंस्टीट्यूट में एसोसिएट इन्वेस्टिगेटर नूनो दा कोस्टा, पीएचडी ने कहा। “हम रेत के इस अनाज के एक प्रकार के Google मानचित्र या खाका का वर्णन कर रहे हैं। भविष्य में, हम इसका उपयोग एक स्वस्थ माउस में मस्तिष्क की वायरिंग की तुलना करने के लिए कर सकते हैं, जो रोग के एक मॉडल में मस्तिष्क वायरिंग के लिए है।”
सीमाओं के पार सहयोग
माइक्रोन परियोजना एलन इंस्टीट्यूट, प्रिंसटन, हार्वर्ड, बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन, स्टैनफोर्ड और कई अन्य लोगों के 150 से अधिक वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं का एक सहयोगी प्रयास है।
एलन इंस्टीट्यूट में डेटा एंड टेक्नोलॉजी के एसोसिएट डायरेक्टर फॉरेस्ट कोलमैन ने कहा, “इस तरह के बड़े, टीम-स्केल विज्ञान को करने के लिए बहुत सहयोग की आवश्यकता होती है।” “यह लोगों को बड़े सपने देखने और उन समस्याओं से निपटने के लिए सहमत होने की आवश्यकता है जो स्पष्ट रूप से हल करने योग्य नहीं हैं, और यह है कि कैसे अग्रिम होते हैं।”
इंटेलिजेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एक्टिविटी (IARPA) और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ के समर्थन से सहयोगी, वैश्विक प्रयास संभव किया गया था नवीन न्यूरोटेक्नोलॉजी को आगे बढ़ाने के माध्यम से मस्तिष्क अनुसंधान® पहल, या ब्रेन इनिशिएटिव®।
ब्रेन इनिशिएटिव® के निदेशक जॉन नगई ने कहा, “ब्रेन इनिशिएटिव के वैज्ञानिकों को एक साथ लाने के लिए विभिन्न विषयों के वैज्ञानिकों को एक साथ लाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जो अलगाव में हासिल नहीं किया जा सकता है।” “बेसिक साइंस बिल्डिंग ब्लॉक, जैसे कि मस्तिष्क को कैसे वायर्ड किया जाता है, वह नींव है जिसे हमें मस्तिष्क की चोट और बीमारी को बेहतर ढंग से समझने की आवश्यकता है, उपचार और नैदानिक उपयोग के करीब पहुंचने के लिए।”
मस्तिष्क के रेत के आकार के हिस्से के एक दाने से न्यूरोनल कनेक्टिविटी, रूप और कार्य का एक नक्शा केवल एक वैज्ञानिक चमत्कार नहीं है, बल्कि विचार, भावना और चेतना के मायावी उत्पत्ति को समझने की दिशा में एक कदम है। 1979 में फ्रांसिस क्रिक द्वारा पहली बार कल्पना की गई “असंभव” कार्य अब वास्तविकता के करीब एक कदम है।
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