दृष्टि के बजाय सुनना: अंधेरे के अनुकूल होने के लिए मस्तिष्क के न्यूरॉन्स को फिर से संगठित करना

मनुष्य, ग्रह पर कई अन्य जानवरों की तरह, ज्यादातर दिन जीव माने जाते हैं। हमारे शरीर की लगभग सभी प्रणालियों को दिन के दौरान गतिविधि के लिए और रात के दौरान आराम के लिए तैयार किया जाता है। जब हम सोते हैं और जब हम जागते हैं तब सबसे महत्वपूर्ण नियामक हमारा मस्तिष्क है। वह इंद्रियों के माध्यम से प्राप्त जानकारी को संसाधित करने के लिए भी जिम्मेदार है। इस जानकारी की सटीकता उन परिस्थितियों पर निर्भर करती है जिसमें यह प्राप्त हुआ था और हम इसकी व्याख्या कैसे करते हैं: गोधूलि में एक पिछलग्गू होता है जिस पर एक कोट लटका होता है, और हमारा मस्तिष्क हमें बताता है: "यह एक राक्षस है जो अब हमें खा जाएगा।" हालांकि, कुछ परिस्थितियों में, कुछ संकेत दूसरों के नुकसान की भरपाई कर सकते हैं।

आज हम आपके साथ एक अध्ययन में मिलेंगे जिसमें यूनिवर्सिटी ऑफ मैरीलैंड (यूएसए) के वैज्ञानिकों ने पिच के अंधेरे में प्रयोगशाला चूहों को पूरे एक सप्ताह तक रखा। प्रयोग के दौरान चूहों का व्यवहार कैसे बदल गया, मस्तिष्क में तंत्रिका नेटवर्क में क्या बदलाव आए और वैज्ञानिकों ने उनकी टिप्पणियों से क्या निष्कर्ष निकाला? शोधकर्ताओं की रिपोर्ट इन सवालों पर प्रकाश डालेगी। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

हम सभी जानते हैं कि अच्छी तरह से रोशनी से अंधेरे कमरे में जाने पर, हमारी दृष्टि को थोड़ा अनुकूलित करने की आवश्यकता है। इस प्रक्रिया को काफी प्रोसिक कहा जाता है - आंखों का अनुकूलन। जब हम खराब रोशनी वाले कमरे में जाते हैं, तो हमारी आंखें नई परिस्थितियों के अनुकूल होने लगती हैं, जिसके बाद यह प्रक्रिया धीमी हो जाती है। यदि आप अंधेरे में प्रवेश करने से पहले कुछ मिनट के लिए अपनी आँखें बंद करते हैं, तो अनुकूलन बेहतर और धीरे-धीरे आगे बढ़ेगा। ऐसा माना जाता है कि इस कारण से समुद्री लुटेरों की एक आंख में पट्टी बंधी हुई थी: जब वे जहाज की पकड़ में प्रवेश करते थे, जहां प्रकाश व्यवस्था सबसे अच्छी नहीं थी, तो उन्होंने दूसरी आंख में आंखों पर पट्टी को बदल दिया, जिससे पहले से बेहतर कथित जानकारी बंद हो गई। यह सच प्रतीत होता है, लेकिन यह एक साधारण परी कथा हो सकती है।

हालांकि, दृष्टि के अलावा, सुनवाई सहित अन्य भावनाएं हैं। हमने अक्सर सुना है कि अंधे लोग बेहतर सुनते हैं। यह भी माना जाता है कि बच्चों में एक आधुनिकता * के भीतर संवेदी प्लास्टिसिटी अधिक विकसित होती है, हालांकि, वयस्कों में भी, क्रॉस-मोडल प्लास्टिसिटी विकसित हो सकती है।

मंदता * - एक निश्चित सेंसर प्रणाली के लिए एक निश्चित संकेत से संबंधित। इस प्रकार के प्रकार हैं: दृश्य, श्रवण, दर्दनाक, कैनेस्टेटिक, आदि।

क्रॉस-मोडल प्लास्टिसिटी के मामले में, मस्तिष्क न्यूरॉन्स को इस तरह से पुनर्गठित किया जाता है जैसे कि दो या अधिक प्रणालियों के कार्यों को संयोजित करना। यह घटना अक्सर आघात या बीमारी के कारण एक विशेष प्रणाली के संवेदी अभाव (बिगड़ने) की पृष्ठभूमि के खिलाफ होती है। सबसे अधिक स्पष्ट तंत्रिका पुनर्गठन उन लोगों में मौजूद है जो जन्म से अंधे या बहरे हैं। यही है, अब अभाव, क्रॉस-मोडल प्लास्टिसिटी जितना मजबूत होगा।

दूसरे शब्दों में, संवेदी न्यूनाधिकता के नुकसान की भरपाई अन्य भावनाओं में प्लास्टिसिटी द्वारा की जा सकती है। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि जन्म से अंधे लोगों को ध्वनि संकेत बहुत बेहतर हैं, उनके स्रोतों (ध्वनियों का स्थानीयकरण) और आवृत्ति विशेषताओं का स्थान। जाहिर है, जन्मजात संवेदी दोष के मामलों में इस तरह के बदलाव अधिक विकसित होते हैं। हालांकि, विभिन्न प्रजातियों के वयस्कों में भी, पर्यावरणीय परिवर्तनों के कारण संवेदी और क्रॉस-मोडल प्लास्टिसिटी विकसित हो सकती है।

उदाहरण के लिए, सेलुलर स्तर पर कृन्तकों में दृश्य अवक्षेपण की छोटी अवधि श्रवण प्रांतस्था (A1) में आवृत्ति चयनात्मकता को बढ़ाती है, जबकि दहलीज मूल्य को कम करती है और श्रवण प्रांतस्था के न्यूरॉन्स L4 ( थैलिसिपिएंट लेयर 4 ) द्वारा आवेगों के संचरण दर को बढ़ाती है। सेलुलर स्तर पर समान परिवर्तन तंत्रिका सर्किट में परिवर्तन का परिणाम हैं। अंधेरे का प्रभाव L4 में थैलेमिक इनकमिंग सिग्नल में वृद्धि की ओर जाता है, L4 न्यूरॉन्स से L2 / 3 न्यूरॉन्स (thalamorecipient लेयर 2/3) पर आरोही इंट्राकोर्टिकल कनेक्शन, साथ ही L2 / 3 के भीतर द्वंद्वात्मक और निरोधात्मक इंट्रैलेर बॉन्ड को मजबूत करने के लिए, L4 से इंटरलेयर आरोही कनेक्शन। L2 / 3 और L2 / 3 से L4 के लिए फीडबैक कनेक्शन।

हालांकि, संवेदी उत्तेजनाएं व्यक्तिगत न्यूरॉन्स द्वारा नहीं, बल्कि उनके समूहों (आबादी) द्वारा जानकारी में परिवर्तित की जाती हैं। इसलिए, ऐसी आबादी के भीतर न्यूरॉन्स के बीच संबंध में बदलाव आने वाले संकेतों से सूचना के गठन पर सीधा प्रभाव डाल सकता है।

चूंकि ध्वनि आवृत्तियों की धारणा L4 और L2 / 3 के बीच भिन्न होती है, इसलिए वैज्ञानिकों ने यह जांचने का फैसला किया कि परिपक्व उम्र के व्यक्तियों पर अंधेरे के अस्थायी प्रभाव न्यूरॉन्स और उनके संबंध एक प्रयोगशाला माउस के श्रवण प्रांतस्था के अंदर एक दूसरे के साथ पुनर्गठन कर सकते हैं या नहीं। मस्तिष्क में परिवर्तनों की प्रक्रिया का निरीक्षण करने के लिए दो-फोटॉन कैल्शियम (सीए ²⁺ ) इमेजिंग का उपयोग किया गया था। L2 / 3 और L4 न्यूरॉन्स की ध्वनि-प्रेरित गतिविधि को मापा गया था, जो कि बढ़ी हुई आवृत्ति चयनात्मकता की उपस्थिति को दर्शाता है।


छवि नंबर 1: चूहों में A1 में दो-फोटॉन कैल्शियम (Ca ²⁺ ) न्यूरॉन्स की इमेजिंग।

प्रयोगात्मक चूहों प्रयोगशाला चूहों थे, जो बेतरतीब ढंग से दो समूहों में विभाजित थे: नियंत्रण (सामान्य प्रकाश व्यवस्था के तहत रहते हैं, 9 व्यक्तियों) और परीक्षण (अंधेरे में रहते हैं, 6 व्यक्तियों)। अंधेरे में रहें (डे - डार्क एक्सपोज़र) अपेक्षाकृत अल्पकालिक था - 1 सप्ताह ( 1 ए )।


तालिका संख्या 1: कैल्शियम इमेजिंग ने हमें श्रवण प्रांतस्था की प्रत्येक परत में सैकड़ों न्यूरॉन्स की गतिविधि की एक तस्वीर प्राप्त करने की अनुमति दी।

वैज्ञानिकों ने यह भी ध्यान दिया कि पिछले अध्ययनों से पता चला है कि DE आंतरिक सेल पारगम्यता ( 1C ) के गुणों में कोई बदलाव नहीं करता है। यह अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि GCaMP6 ( 1V ) कैल्शियम संकेतक का उपयोग इमेजिंग के दौरान किया गया था।

नियंत्रण और परीक्षण समूहों से चूहों में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की गतिविधि को चिह्नित करने के लिए, एक 300 × 300 माइक्रोन की साजिश को एल 2/3 और एल 4 परतों में ध्वनि जोखिम (शुद्ध स्वर) 4–64 किलोहर्ट्ज़, 60 डीबी ( 1 डी ) की कल्पना की गई थी। सबसे पहले, इन उत्तेजनाओं का जवाब देने वाली कोशिकाओं की पहचान की गई थी। एक सेल जिसे कम से कम किसी तरह से प्रतिक्रिया दी गई है, उसे "उत्तरदायी" के रूप में वर्गीकृत किया गया है। अंधेरे के संपर्क में आने के बाद, L4 में प्रतिक्रियाशील कोशिकाओं का अनुपात नहीं बदला, लेकिन L2 / 3 में कम कोशिकाओं ने उत्तेजना ( 1E ) पर प्रतिक्रिया दी, जो दानेदार परतों में कॉर्टिकल प्रतिक्रियाओं के स्पार्सिफिकेशन (कुछ के बीच के अंतराल में वृद्धि) को इंगित करता है।

व्यक्तिगत इकाइयों का पंजीकरण * दिखाया गया है कि परीक्षण समूह से चूहों में L4 कोशिकाओं में एक उच्च सहज और अंधेरे से प्रेरित न्यूरॉन आवृत्ति (न्यूरॉन गतिविधि) है।

व्यक्तिगत इकाइयों का पंजीकरण * - माइक्रोइलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक व्यक्तिगत न्यूरॉन की इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल प्रतिक्रिया को मापने की एक विधि।

आगे यह पता लगाने का निर्णय लिया गया कि क्या L2 / 3 परत में व्यक्तिगत कोशिकाओं के स्तर पर समान परिवर्तन मौजूद हैं। माउस GCaMP6s को व्यक्त करने वाले न्यूरॉन्स (एसडी) की सहज गतिविधि का मूल्यांकन करने के लिए, क्षणिक प्रतिदीप्ति प्रक्रियाओं को मापा गया जो उत्तेजना के शुरू होने से पहले और लंबे समय तक इमेजिंग के दौरान बिना किसी उत्तेजना के।

अंधेरे में रहने के बाद, L4 और L2 / 3 ( 1F ) दोनों में न्यूरॉन्स की सहज गतिविधि बढ़ गई।

तानिका संवेदनशीलता में कमी श्रवण प्रांतस्था में न्यूरॉन्स की आवृत्ति ट्यूनिंग में बदलाव से जुड़ी हो सकती है। माइक्रोइलेक्ट्रोड की पूर्व रिकॉर्डिंग से पता चला है कि परीक्षण समूह के चूहों में L4 कोशिकाओं ने आवृत्ति चयनात्मकता में वृद्धि की है, और चूंकि L2 / 3 को L4 से इनपुट प्राप्त होता है, वही परिवर्तन L2 / 3 में मौजूद हो सकते हैं। इसके बाद, ध्वनियों के प्रजनन ( 2A ) के कारण अधिकतम प्रतिक्रिया के आधार पर प्रत्येक उत्तरदायी सेल के लिए ट्यूनिंग घटता बनाया गया था।


छवि नंबर 2: अंधेरे में रहने से एल 4 और एल 2/3 दोनों में न्यूरॉन्स की संवेदनशीलता और आवृत्ति चयनात्मकता बढ़ जाती है।

सबसे पहले, विकसित प्रतिक्रियाओं का आयाम सबसे अच्छी आवृत्ति (बीएफ, यानी वक्र पर शिखर आवृत्ति) पर मापा गया था। अंधेरे के संपर्क में आने के बाद प्रतिक्रिया आयाम L4 न्यूरॉन्स और L2 / 3 न्यूरॉन्स दोनों में वृद्धि हुई, हालांकि, यह L4 में था कि यह बड़ा ( 2 बी ) था। यह अवलोकन पूरी तरह से इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्ड और थैलामोकोर्टिकल एफर्ट्स * से एल 4 में वृद्धि के अनुरूप है।

थैलामोकॉर्टिकल प्रतिध्वनि * - सेरेब्रल कॉर्टेक्स के थैलेमस और संबंधित क्षेत्रों के विभिन्न नाभिकों के न्यूरॉन्स के सिंक्रोनस दोलन (न्यूरॉन्स की व्यक्तिगत आबादी के आवधिक एक साथ सक्रियण) की घटना।

अफेयरेंट * एक न्यूरॉन है जो रिसेप्टर्स से मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी तक आवेगों को पहुंचाता है।

अगला, हमने परीक्षण और नियंत्रण समूहों से चूहों में कोशिकाओं की आवृत्ति चयनात्मकता का मूल्यांकन किया। विश्लेषण से पता चला कि अंधेरे के संपर्क में आने के बाद न्यूरॉन्स एल 4 और एल 2/3 की बैंडविड्थ नियंत्रण समूह ( 2 सी ) से जानवरों की तुलना में कम थी।

इन अवलोकनों की समग्रता से पता चलता है कि, एक व्यक्तिगत कोशिका के स्तर पर, अंधेरे के बाद परिवर्तन L4 और L2 / 3 दोनों में समान हैं, सिवाय इसके कि L4 में प्रतिक्रिया का आयाम अंधेरे के बाद बढ़ता है, लेकिन L2 / 3 में नहीं।

इसलिए, एक निश्चित समय के बाद, अंधेरे के संपर्क में L4 और L2 / 3 दोनों में श्रवण प्रांतस्था के न्यूरॉन्स के ध्वनि-प्रेरित प्रतिक्रियाओं में परिवर्तन हो सकता है। लेकिन L4 में, ये परिवर्तन L2 / 3 की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण होंगे। हालाँकि, कम कोशिकाओं ने अंधेरे के संपर्क में आने के बाद ध्वनियों पर प्रतिक्रिया दी, जिन्होंने A1 में प्रतिक्रिया दी वे ध्वनि के प्रति अधिक संवेदनशील और चयनात्मक हो गए। दूसरे शब्दों में, अंधेरे में, श्रवण प्रांतस्था के न्यूरॉन्स "गुणवत्ता, मात्रा नहीं" के सिद्धांत पर कार्य करते हैं, क्योंकि उत्तरदायी कोशिकाओं की संख्या कम हो जाती है, लेकिन उनकी गतिविधि बढ़ जाती है।


छवि 3: अंधेरे के संपर्क में श्रवण प्रांतस्था में आवृत्ति चयनात्मकता का वितरण बदल जाता है।

अवलोकन डेटा बताते हैं कि L4 श्रवण प्रांतस्था में टोन-संवेदनशील कोशिकाएं प्रतिक्रियाओं का एक उच्च आयाम दिखाती हैं, और दोनों A1 परतों में कोशिकाओं ने अंधेरे के संपर्क में आने के बाद बढ़ी हुई ध्वनि चयनात्मकता दिखाई। हालांकि, व्यक्तिगत कोशिकाओं के स्तर पर ये परिवर्तन यह नहीं समझाते हैं कि, अंधेरे के संपर्क में आने के बाद, L2 / 3 में कम प्रतिक्रियाशील न्यूरॉन्स क्यों होते हैं। संवेदी कॉर्टिकल परतों में न्यूरॉन्स व्यवहार कारकों के आधार पर अपने ट्यूनिंग को समायोजित कर सकते हैं। इसके अलावा, प्रारंभिक संवेदी अनुभव श्रवण प्रांतस्था के क्षेत्र को बदल सकते हैं, जो एक निश्चित आवृत्ति की आवाज़ों पर प्रतिक्रिया करता है। इस जानकारी के आधार पर, वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया कि व्यक्तिगत तंत्रिका आबादी ने बाहरी उत्तेजनाओं के लिए अपनी प्राथमिकताएं बदल दीं।

इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने परीक्षण और नियंत्रण समूहों से चूहों में न्यूरॉन्स की आबादी के लिए पसंदीदा आवृत्तियों के वितरण का अध्ययन किया।

नियंत्रण समूह से चूहे 4 से 64 kHz से रेंज में "पसंदीदा" आवृत्तियों, जबकि अधिकांश न्यूरॉन्स 8 से 32 kHz की सीमा में ध्वनियों को पसंद करते हैं। लेकिन परीक्षण समूह के चूहों ने 32-64 kHz ( 3B ) सीमा में उच्च आवृत्तियों पर अधिक सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया की।

उच्च आवृत्तियों (32-64 kHz) के लिए अधिक संवेदनशील कोशिकाओं की संख्या में वृद्धि L2 / 3 परत में देखी गई, और L4 परत में निचले वाले (4–8 kHz)। दोनों परतों में, 8-16 kHz ( 3A ) की सीमा में मध्यम आवृत्तियों की धारणा में कमी देखी गई।

जैसा कि आप जानते हैं, संवेदी उत्तेजना न केवल व्यक्तिगत न्यूरॉन्स द्वारा, बल्कि न्यूरॉन्स की आबादी द्वारा भी एन्कोडेड हैं। बदले में, न्यूरॉन्स के बीच गतिविधि का सहसंबंध जानकारी को एन्कोडिंग की प्रक्रिया में योगदान देता है। एल 4 और एल 2/3 दोनों में, आसन्न कोशिकाएं संकेतों (एससी) के एक उच्च सहसंबंध को प्रदर्शित करती हैं, जो उत्तेजना द्वारा संचालित सहसंबद्ध गतिविधि को दर्शाती हैं। युग्म सहसंबंध (NC) भी हैं, जो प्रयोगों के बीच उत्तेजना-स्वतंत्र सहसंयोजक का प्रतिनिधित्व करते हैं।

वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि अंधेरे के संपर्क में आने के बाद कार्यात्मक इंटरलेयर और इंट्रा-लामिना बॉन्ड में सुधार करने से जोड़ी के सहसंबंध में कमी आ सकती है। इसलिए, नेकां हमें अंधेरे के संपर्क में आने के बाद एल 4 और एल 2/3 में न्यूरॉन्स के बीच सहसंबद्ध गतिविधि के स्तर में बदलाव का अध्ययन करने की अनुमति देगा।


छवि संख्या 4: अंधेरे के प्रभाव के कारण L4 परत में NC की कमी।

अंधेरे के प्रभाव से L4 परत की कोशिकाओं के बीच NC और SC में कमी आई। हालांकि, L2 / 3 परत में, NC व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तित ( 5A ) बने रहे।


छवि संख्या 5: अंधेरे के प्रभाव के कारण L2 / 3 परत में NC की कमी।

अंधेरे ने L2 / 3 ( 5B ) में न्यूरॉन्स के बीच SC में कमी का नेतृत्व किया। यह इस प्रकार है कि अंधेरा न केवल व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की सेटिंग्स को बदलता है, बल्कि एल 2/3 परत और एल 4 में एक दूसरे के साथ उनका परस्पर संबंध है।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट देखें ।

उपसंहार

चूहे जो एक सप्ताह तक अंधेरे में रहे, उन्होंने सामान्य प्रकाश व्यवस्था के तहत रहने वाले चूहों की तुलना में पूरी तरह से अलग न्यूरोनल गतिविधि दिखाई। परीक्षण समूह से चूहों के श्रवण प्रांतस्था के न्यूरॉन्स ने मध्यम लोगों की धारणा का त्याग करते हुए, उच्च और निम्न आवृत्तियों की अधिक सटीक धारणा के लिए खुद को और एक-दूसरे के बीच संबंधों को पुन: कॉन्फ़िगर किया। वैज्ञानिक स्वयं अभी तक इस तरह की चयनात्मकता की सही व्याख्या नहीं कर सकते हैं। उनका सुझाव है कि यह उन चूहों के कारण हो सकता है जो बिल्कुल बेहतर सुनना चाहते थे: उनके कदम, अन्य चूहों से आवाज़, आदि।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रयोगात्मक चूहों स्वस्थ थे, अर्थात्। उनकी दृष्टि जन्म से बिल्कुल सामान्य थी। पहले यह माना जाता था कि तंत्रिका गतिविधि में इस तरह के बदलाव उन लोगों में विशेष रूप से होते हैं, जो जन्म से (या कम उम्र से) किसी तरह के संवेदी शिथिलता से पीड़ित होते हैं। हालांकि, जैसा कि यह निकला, यहां तक ​​कि वयस्क मस्तिष्क भी बदल सकता है, पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल।

भविष्य में, वैज्ञानिकों ने चूहों को सुनाई देने वाली ध्वनियों में हेरफेर जोड़कर अपने शोध का विस्तार करने की योजना बनाई है। यह आपको अधिक सटीक रूप से यह निर्धारित करने की अनुमति देगा कि क्या लगता है और अंधेरे में किस हद तक चूहों की प्रतिक्रिया होती है।

यह अध्ययन न केवल वैज्ञानिकों की प्रतिबंध संबंधी जिज्ञासा को संतुष्ट करता है, बल्कि बिगड़ा लोगों की सुनवाई के लिए भी बेहद उपयोगी हो सकता है। विशेष रूप से, यह कार्य श्रवण यंत्रों और कर्णावत प्रत्यारोपणों में बिगड़ा हुआ श्रवण के अनुकूलन की प्रक्रिया को सरल बना सकता है।

संरचना, एक दूसरे से अलग और एक साथ अभिनय करने में सक्षम अरबों ब्लॉकों से मिलकर, एक अध्ययन में पूरी तरह से वर्णित और व्याख्या नहीं की जा सकती। हमारा मस्तिष्क एक ऐसी प्रणाली है। एक ही समय में, प्रत्येक नए शोध के साथ हम अपने सबसे महत्वपूर्ण अंग के बारे में अधिक से अधिक मूल्यवान जानकारी सीखेंगे, जिसका रहस्य ब्रह्मांड के अज्ञात विस्तार से तुलनीय है।



देखने के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक शानदार सप्ताहांत हर किसी के पास है, दोस्तों। :)

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