मस्तिष्क में निर्मित जीपीएस की अप्रत्याशित सापेक्षता

नया डेटा लोकेशन न्यूरॉन्स के बारे में हमारी समझ को बदल रहा है

1970 के दशक में "बिल्ट-इन जीपीएस मस्तिष्क" का पहला विवरण दिखाई देने लगा। यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन की प्रयोगशालाओं में, जॉन ओ'कीफ और उनके छात्र जोनाथन दोस्तोवस्की ने स्वतंत्र रूप से चलने वाले चूहों के हिप्पोकैम्पस में न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि दर्ज की। उन्हें न्यूरॉन्स का एक समूह मिला जो केवल तभी सक्रिय हुआ जब चूहा एक निश्चित स्थान पर दिखाई दिया [ 1 ]। उन्होंने इन कोशिकाओं को " जगह न्यूरॉन्स " कहा।

इन शुरुआती खोजों के आधार पर, ओ कीफे और उनके सहयोगी लिन नडेल ने सुझाव दिया कि हिप्पोकैम्पस में अंतरिक्ष का एक अपरिवर्तनीय प्रतिनिधित्व होता है जो मनोदशा या इच्छाओं से स्वतंत्र होता है। उन्होंने इसे " संज्ञानात्मक मानचित्र " [ 2 ] कहा। उनके दृष्टिकोण से, मस्तिष्क में जगह के सभी न्यूरॉन्स जानवर के पूरे वातावरण का प्रतिनिधित्व करते हैं, और एक निश्चित सेल की सक्रियता इसके वर्तमान स्थान को इंगित करती है। दूसरे शब्दों में, हिप्पोकैम्पस जीपीएस की तरह काम करता है। वह बताता है कि आप नक्शे पर कहां हैं, और यह नक्शा नहीं बदलता है, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप भूखे हैं और भोजन की तलाश कर रहे हैं, या सोना चाहते हैं और बिस्तर की तलाश कर रहे हैं। ओ कीफे और नडेल ने सुझाव दिया कि निरपेक्ष स्थान, जिसका विचार स्थान के न्यूरॉन्स में संग्रहीत है, एक मानसिक मंच प्रदान करता है जिसका उपयोग जानवर किसी भी स्थिति में नेविगेट करने के लिए कर सकता है - भोजन या आराम के स्थानों की खोज करने के लिए।



अगले 40 वर्षों में, एडवर्ड और मे-ब्रिट मोजर सहित अन्य शोधकर्ताओं - युगल ने इस विचार का समर्थन किया कि हिप्पोकैम्पस सर्किट अंतर्निहित जीपीएस [ 3 ] के रूप में कार्य करता है। उनके अग्रणी कार्य के लिए, ओ'कीफ़ और मोसेर्स को 2014 के भौतिकी या चिकित्सा में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। यह तय किया जा सकता है कि अंतरिक्ष में जानवरों को उन्मुख करने में हिप्पोकैम्पस की भूमिका अप्रकाशित थी।

लेकिन मस्तिष्क का अध्ययन कभी इतना सरल नहीं होता है। 2014 के नोबेल पुरस्कार, एक बाती में आग लगाने वाले मैच की तरह, प्रयोग और विचारों का एक विस्फोट हुआ, जिसमें से कुछ ने ओ'कीफ और नडेल की शुरुआती व्याख्या पर आपत्ति जताई। एक नए काम ने सुझाव दिया कि स्थानिक नेविगेशन के मामले में, हिप्पोकैम्पस समोच्च निरपेक्ष स्थान की जानकारी का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, लेकिन अनुभव के प्रभाव में सापेक्ष और परिवर्तनीय है। हिप्पोकैम्पस की खोज एक पुरानी दार्शनिक बहस पर लड़खड़ा गई है।

सदियों से, भौतिकविदों ने इस सवाल के साथ संघर्ष किया है कि सापेक्षता की ओर झुकाव से पहले, अंतरिक्ष पूर्ण या रिश्तेदार है या नहीं। लेकिन केवल हाल के वर्षों में, मस्तिष्क का अध्ययन करते समय, वे इसी तरह के सवाल पूछने लगे। कई वर्षों के लिए, निरपेक्ष स्थान न्यूरोबायोलॉजी का प्रभारी रहा है। उदाहरण के लिए, यह लंबे समय से माना जाता है कि दृश्य प्रणाली में सूचना के प्रवाह के लिए दो चैनल हैं। [ ४ ] पहला "क्या" चैनल है, जो जानवर द्वारा देखी गई वस्तु की पहचान के बारे में जानकारी प्रसारित करता है। दूसरा "जहां" चैनल है, जिसमें ऑब्जेक्ट के पूर्ण स्थान के बारे में जानकारी होती है। यह माना जाता था कि चैनल "क्या" में कोई भी स्थितिगत जानकारी नहीं है। हालांकि, हाल ही के एक कार्य से पता चला है कि हालांकि इस चैनल में ऑब्जेक्ट के पूर्ण स्थान के बारे में जानकारी नहीं है, लेकिन इसमें सापेक्ष स्थान के बारे में जानकारी शामिल है। [ ५, ६ ] वस्तु पहचान के लिए सापेक्ष स्थान के बारे में यह जानकारी बहुत महत्वपूर्ण है।

इस तरह की खोज इस विचार के लिए एक आधार के रूप में कार्य करती है कि मस्तिष्क के सापेक्ष जानकारी महत्वपूर्ण है। यह दृष्टिकोण कंप्यूटर विज्ञान और एआई के साथ न्यूरोबायोलॉजी के हाल ही में शुरू हुए संश्लेषण से प्रबलित है। इन विषयों के चौराहे पर काम करने से पता चला कि एक बदलते परिवेश में जीवन के लिए एक निरपेक्ष, अपरिवर्तनीय विश्व मॉडल का उपयोग करने वाले मस्तिष्क को सापेक्ष जानकारी का उपयोग करके मस्तिष्क की तुलना में अधिक कंप्यूटिंग संसाधनों की आवश्यकता होती है। यह समझने में कि मस्तिष्क कहाँ और कब पूरी जानकारी का उपयोग करता है और कहाँ सापेक्ष जानकारी काम पर प्रकाश डाल सकती है, इसके उप-प्रणालियों और हमारे व्यवहार का लचीलापन और गति। विशेष रूप से, इस जांच में हिप्पोकैम्पस पहले मील के पत्थर में से एक हो सकता है।

ओ'कीफ और नडेल से स्थान के पूर्ण प्रतिनिधित्व की व्याख्या पर एक मुख्य आपत्ति पिछले साल किम्बर्ली स्टैचेनफेल्ड, मैथ्यू बोट्वनिक और सैमुअल गेर्शमैन द्वारा प्रायोजित एक काम से आई थी। [[] Google डीपमाइंड, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी, यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन और हार्वर्ड यूनिवर्सिटी से जुड़े इन शोधकर्ताओं ने सुझाव दिया कि हिप्पोकैम्पस पशु का पूर्ण स्थान नहीं है, लेकिन जहां जानवर के निकट भविष्य में जाने की संभावना है। यह दृश्य पसंदीदा आंदोलनों और सीखी गई आदतों को ध्यान में रखता है। इस दृष्टिकोण से, हिप्पोकैम्पस एक भविष्य कहनेवाला है, न कि निरपेक्ष मानचित्र।

पिछले अध्ययनों से पता चला है कि एक जानवर के न्यूरॉन्स की गतिविधि लगातार कम हो रही है जब एक जानवर उसके लिए एक ब्याज की जगह के केंद्र से दूर चला जाता है। ओ कीफे और नडेल ने फैसला किया कि यह एक संकेत है कि साइट के न्यूरॉन्स जानवर की वर्तमान स्थिति का प्रतिनिधित्व करते हैं। लेकिन स्टैचेनफेल्ड और उसके सहयोगियों द्वारा प्रस्तावित मंच के ढांचे के भीतर, न्यूरोनल गतिविधि की डिग्री को इस बात की प्रस्तुति माना जाता है कि यह संभावना है कि जानवर अगले पल में ब्याज की जगह के केंद्र में होगा। यदि यह पहले से ही केंद्र में है, तो अगले क्षण यह होने की संभावना काफी अधिक है, इसलिए कोशिकाओं की गतिविधि भी अधिक है। यदि यह केंद्र से इतनी दूर चला गया है कि यह अगले पल में वापस नहीं आ सकता है, तो जगह के न्यूरॉन्स निष्क्रिय हैं।

ओ कीफे और स्टैचेनफेल्ड के सिद्धांत समान लग सकते हैं, और दोनों ही एक स्थान के न्यूरॉन्स की गतिविधि के मूल गुणों की व्याख्या करते हैं। हालांकि, वे हिप्पोकैम्पस में स्थानिक मानचित्र की प्रकृति के बारे में अलग-अलग धारणाएं बनाते हैं, और केवल कम्प्यूटेशनल मॉडल पर सरल प्रयोगों और परीक्षणों से एक को अलग करने में मदद मिलेगी। स्टैचेनफेल्ड, बोट्विननिक और गेर्शमैन ने पहले प्रकाशित कार्यों के डेटा का पुन: विश्लेषण करके यह हासिल किया, और पाया कि उनमें से कुछ अपने हिप्पोकैम्पस वर्क मॉडल की व्याख्या कर सकते हैं, लेकिन पारंपरिक मॉडल की नहीं। इन उदाहरणों में से सबसे अधिक हड़ताली फ्रांस के मार्सिले के एलिस एल्वरने और उनके सहयोगियों द्वारा किए गए एक अध्ययन के डेटा हैं। [Used] इन शोधकर्ताओं ने "टॉल्मन ब्रांचेज़ भूलभुलैया" का उपयोग किया, जिसमें चूहे को शुरुआत से अंत तक एकमात्र मार्ग के साथ चलने की आवश्यकता थी। कुछ स्थितियों में, मार्ग को बंद कर दिया गया था, जिससे जानवर को दो सी-आकार के गलियारों में से एक के साथ बाधा को बायपास करने के लिए मजबूर किया गया था।

अपने संज्ञानात्मक मानचित्र के साथ ओ'कीफ के अनुसार न्यूरॉन्स की गतिविधि की व्याख्या के अनुसार, एक न्यूरॉन जो तब सक्रिय था जब चूहे सीधे रास्ते के बीच कांटे पर थे और बाईपास को समान रूप से सक्रिय किया जाना चाहिए, भले ही यह मार्ग अवरुद्ध हो या न हो। लेकिन प्रयोग में एक अलग तस्वीर देखी गई थी। एक अवरुद्ध मार्ग की उपस्थिति के आधार पर, इस सेल ने अलग तरह से व्यवहार किया। एक चूहे की गतिविधि की डिग्री पिछले चूहे के अनुभव से प्रभावित थी। एक पूर्ण कार्ड की तरह काम नहीं करना चाहिए। इसके अलावा, स्टैचेनफेल्ड और सहकर्मियों ने कंप्यूटर सिमुलेशन का प्रदर्शन यह दिखाने के लिए किया कि साइट के न्यूरॉन्स की गतिविधि जो अल्वरनेट और उनके अनुभव में सहकर्मियों ने अपने पूर्वानुमानित मानचित्र परिकल्पना के साथ मेल खाई है, ओ'कीफे की संज्ञानात्मक परिकल्पना से बहुत बेहतर है।

ओ'कीफ-नडेल की व्याख्या के खिलाफ स्टैचेनफेल्ड का तर्क था कि स्थान न्यूरॉन्स एक पूर्ण स्थिति को सांकेतिक शब्दों में बदलना नहीं करते हैं, लेकिन केवल आंदोलनों, अनुभव और व्यवहार संबंधी प्राथमिकताओं के इतिहास के सापेक्ष स्थान है। कुछ महीनों बाद, अध्ययन के एक अन्य सेट से पता चला कि एक ही प्रजाति के अन्य जानवरों का स्थान भी साइट के न्यूरॉन्स की गतिविधि को प्रभावित करता है। [ ९, १०, ११ ] इस साल प्रकाशित कृतियों में, इज़राइल में वीज़मैन इंस्टीट्यूट के नेकाम उलानोव्स्की और जापान में आरआईकेईएन ब्रेन रिसर्च इंस्टीट्यूट के शियाओओशी फुजिसावा ने जानवरों को अपने क्षेत्र के अन्य व्यक्तियों को दिखाने वाले रन दिखाते हुए एक निश्चित क्षेत्र में घूमने का प्रशिक्षण दिया। । उसी समय, उलानोव्स्की ने चमगादड़ का इस्तेमाल किया, और फुजिसावा ने चूहों का इस्तेमाल किया। जब जानवरों ने निर्धारित पथ का पालन किया, तो उनके स्थान के न्यूरॉन्स अपेक्षित रूप से सक्रिय हो गए। लेकिन यह आश्चर्य की बात थी कि साइट के इन न्यूरॉन्स का एक सबसेट तब भी सक्रिय हो गया था जब जानवरों ने अन्य व्यक्तियों की दौड़ देखी। शोधकर्ताओं ने इन न्यूरॉन्स को "सोशल प्लेस न्यूरॉन्स" कहा है।

परिणाम फिर से जगह के न्यूरॉन्स की सक्रियता की प्रारंभिक व्याख्या से विचलन करते हैं, उन्हें अंतरिक्ष में निरपेक्ष स्थान के साथ जोड़ते हैं। हिप्पोकैम्पस में एक जगह का प्रतिनिधित्व केवल निरपेक्ष से अलग नहीं है - ऐसा लगता है कि दूसरों का अवलोकन इसे प्रभावित कर सकता है।

साइट न्यूरॉन्स की गतिविधि पहले से ज्यादा जटिल थी। स्थानिक नेविगेशन में हिप्पोकैम्पल कॉन्ट्रोस की भूमिका पर शास्त्रीय दृष्टिकोण, नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया, जो कुछ भी हो रहा है उसका पूरा विवरण नहीं था, और हिप्पोकैम्पस अंतरिक्ष में विषय के स्थान के एक साधारण आक्रमणकारी प्रतिनिधित्व की तुलना में बहुत अधिक कार्य करता है।

स्थान न्यूरॉन्स की भविष्यवाणी की क्षमता और उनके सीखने के प्रभाव और अन्य जानवरों के व्यवहार से एक अवधारणा के निर्माण की सुविधा मिल सकती है जो स्थानिक अभिविन्यास में हिप्पोकैम्पस की भूमिका और सीखने और स्मृति गठन में आम तौर पर स्वीकार की गई भूमिका दोनों का वर्णन कर सकती है। चूंकि यह खोज कि हिप्पोकैम्पस को हटाने से नई यादें बनने में असमर्थता हो सकती है, यह मस्तिष्क के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक के रूप में अध्ययन किया गया है जो स्मृति के लिए जिम्मेदार है। [ १२ ] और यद्यपि ओ'कीफ और दोस्तोवस्की के पहले प्रयोगों से यह ज्ञात था कि हिप्पोकैम्पस स्थानिक नेविगेशन में एक प्रमुख भूमिका निभाता है, मस्तिष्क का यह छोटा टुकड़ा स्थानिक मानचित्रों को कैसे संग्रहीत करने में सक्षम है और क्यों जटिल यादों को खराब तरीके से समझा गया है । हमारे स्थानिक मानचित्रों की सापेक्षता की उभरती समझ और उन पर स्मृति और व्यवहार के प्रभाव से हिप्पोकैम्पस के दोहरे कार्य को समझना आसान हो जाता है। ओ'कीफ और दोस्तोवस्की द्वारा पहली टिप्पणियों के पचास साल बाद, हम अधिक स्पष्ट रूप से समझना शुरू करते हैं कि मस्तिष्क का यह प्रमुख क्षेत्र हमारे व्यक्तित्वों को कैसे बनाता है।