फल मक्खी अध्ययन से पता चलता है कि तंत्रिका द्वार अल्पकालिक स्मृति को कैसे सक्रिय करते हैं

एक छोटा मस्तिष्क, जानी-पहचानी बुनावट

फल मक्खी के मस्तिष्क में 200,000 से भी कम न्यूरॉन्स होते हैं। मानव मस्तिष्क में दसियों अरब होते हैं। पैमाने में यह विशाल अंतर तंत्रिका वैज्ञानिकों को इस कीट को एक उपयोगी मॉडल मानने से नहीं रोक पाया है, क्योंकि मक्खी का मस्तिष्क अपने मानव समकक्ष से आकार में नहीं, बल्कि इस बात में आश्चर्यजनक समानताएं रखता है कि वह कैसे संगठित है और उसकी कोशिकाएं कैसे संवाद करती हैं।

एक और लाभ इसकी संपूर्णता है। मक्खी के मस्तिष्क में न्यूरॉन्स के बीच हर संबंध, जिसे सामूहिक रूप से कनेक्टोम कहा जाता है, मैप किया जा चुका है। यह पूरा वायरिंग डायग्राम शोधकर्ताओं को सीधे यह अध्ययन करने देता है कि विभिन्न प्रकार के न्यूरॉन्स किसी दिए गए व्यवहार को उत्पन्न करने के लिए कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, जो अधिक जटिल मस्तिष्कों में अभी भी पहुंच से बाहर है।

NYU Grossman School of Medicine के Department of Neuroscience में एसोसिएट प्रोफेसर और इस अध्ययन की वरिष्ठ अन्वेषक Katherine Nagel, Ph.D. ने कहा कि यह कार्य दिखाता है कि जब मक्खी को कोई गंध महसूस होती है तो एक न्यूरोनल सर्किट अल्पकालिक स्मृति कैसे बनाता है। यह स्मृति कीट को एक दिशा बनाए रखने और उस गंध की ओर बढ़ने देती है जिसे उसने याद रखने योग्य माना है। उन्होंने कहा कि हालांकि शोधकर्ताओं ने लंबे समय से माना था कि इस प्रकार की व्यवस्था कार्यशील स्मृति का आधार है, नए प्रयोग पुष्टि करते हैं कि यह व्यवस्था मौजूद है और यह दर्शाते हैं कि यह एक विशिष्ट परिस्थिति में कैसे काम करती है।

कार्यशील स्मृति को स्थिरता और लचीलापन दोनों चाहिए

कार्यशील स्मृति वह मानसिक स्क्रैचपैड है जो जानकारी को कुछ सेकंड तक थामे रखती है। यही वह चीज है जो किसी व्यक्ति को सुरक्षा कोड के कुछ अंकों को टाइप करने के लिए पर्याप्त समय तक याद रखने देती है, या कमरे में चलते समय किसी दिशा को ध्यान में रखने देती है। यह गुण आवश्यक है, लेकिन इसके साथ दो परस्पर विरोधी आवश्यकताएं भी आती हैं।

एक ओर स्थिरता है। जो स्मृति तुरंत लुप्त हो जाए वह बेकार है, इसलिए अंतर्निहित तंत्रिका गतिविधि को सार्थक समय तक बने रहना होता है। दूसरी ओर लचीलापन है। अप्रासंगिक विवरणों को थामे रखना ऊर्जा की भारी बर्बादी होगी — किसी को भी दिन भर में मिलने वाली हर संख्या को स्मृति में सहेजने से लाभ नहीं होता। इसलिए एक उपयोगी प्रणाली को तेजी से सक्रिय होना, स्थिर बने रहना और साफ-सुथरे ढंग से बंद होना चाहिए।

चालू और बंद होने के लिए बना एक सर्किट

नए अध्ययन ने जांच की कि न्यूरॉन्स कार्यशील स्मृति में जानकारी को एन्कोड करने के लिए कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, और विशेष रूप से यह कि उन अंतःक्रियाओं को सक्रिय और निष्क्रिय करना आसान बनाए रखते हुए कैसे बनाए रखा जा सकता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, इसका उत्तर सर्किट के भीतर एक गेटिंग व्यवस्था में है।

एक गंध स्मृति सर्किट को खोल देती है

इस प्रक्रिया को क्रिया में देखने के लिए, टीम ने फल मक्खियों को सेब के सिरके की तेज खुराक के संपर्क में लाया। कीट उस गंध की ओर उड़े और हवा से गंध गायब होने के बाद भी कई सेकंड तक उसी दिशा में बढ़ते रहे, जो दर्शाता है कि उद्दीपन के चले जाने के बाद भी गंध की स्मृति उनके व्यवहार को दिशा दे रही थी।

जब मक्खियों ने प्रतिक्रिया दी, शोधकर्ताओं ने उनके मस्तिष्क में गतिविधि की निगरानी की। उन्होंने पाया कि दो अलग-अलग प्रकार के न्यूरॉन्स ने गंध पर समान गतिविधि पैटर्न के साथ प्रतिक्रिया दी। यह अतिव्यापी प्रतिक्रिया ही द्वार की पहचान है: दोनों कोशिका समूह इस तरह परस्पर क्रिया करते हैं कि एक क्षणिक संवेदी घटना एक स्व-सustaining संकेत में बदल जाती है, और फिर छोड़ दी जाती है।

व्यावहारिक रूप से, सर्किट गंध को उस तरह संग्रहीत नहीं करता जैसे कंप्यूटर फ़ाइल संग्रहीत करता है। यह एक अस्थायी अवस्था बनाता है जो मक्खी के व्यवहार को प्रभावित करती है, और उसका उद्देश्य पूरा होने के बाद उस अवस्था को बंद किया जा सकता है।

मानव स्मृति के अध्ययन के लिए मक्खी क्यों उपयोगी है

मॉडल के रूप में फल मक्खी का मूल्य उन्हीं विशेषताओं पर टिका है जिनके कारण उसे अनदेखा करना आसान हो जाता है। इसका मस्तिष्क पूरी तरह ट्रेस करने के लिए इतना छोटा है, फिर भी यह उन समस्याओं को हल करता है जिनका सामना स्तनधारी मस्तिष्क भी करते हैं: किसी उद्दीपन का पता लगाना, यह तय करना कि वह महत्वपूर्ण है या नहीं, उसे थोड़ी देर थामना, और उस पर कार्य करना।

चूंकि मक्खी का कनेक्टोम पूर्ण है, वैज्ञानिक एक विशिष्ट न्यूरॉन प्रकार की पहचान कर सकते हैं, उसके संबंधों का अनुसरण कर सकते हैं, और पूछ सकते हैं कि उसकी गतिविधि व्यवहार में क्या योगदान देती है। इसलिए इस तरह के निष्कर्ष एक ऐसी क्रियाविधि का सटीक, परीक्षण योग्य विवरण प्रदान करते हैं जिसे दशकों से प्रस्तावित किया गया है लेकिन शायद ही कभी सीधे देखा गया हो।

• पुष्ट क्रियाविधि: अध्ययन अल्पकालिक स्मृतियों के निर्माण और बनाए रखने की लंबे समय से मानी जा रही व्याख्या का समर्थन करता है।
• सर्किट-स्तरीय विवरण: दो अलग-अलग न्यूरॉन प्रकार मिलकर वह द्वार बनाते हैं जो स्मृति को बनाए रखता है।
• व्यवहारिक प्रमाण: गंध गायब होने के बाद भी मक्खियां कई सेकंड तक उसकी ओर बढ़ती रहती हैं, जो स्मृति को काम करते हुए दिखाता है।
• मॉडल का मूल्य: पूरी तरह मैप किया गया कनेक्टोम मक्खी के मस्तिष्क को स्मृति के बारे में विचारों के लिए एक व्यावहारिक परीक्षण क्षेत्र बनाता है।

परिणाम क्या दिखाते हैं और क्या नहीं

प्रयोग बताते हैं कि एक कीट में एक विशेष सर्किट एक प्रकार के संवेदी इनपुट की प्रतिक्रिया में अल्पकालिक स्मृति कैसे बनाता है। मनुष्यों में कार्यशील स्मृति के कई रूपों में समान गेटिंग व्यवस्थाएं काम करती हैं या नहीं, यह एक खुला प्रश्न बना हुआ है, और शोधकर्ता इस परिणाम को एक सार्वभौमिक नियम के बजाय एक परिभाषित संदर्भ में एक सिद्धांत की पुष्टि के रूप में प्रस्तुत करते हैं।

फिर भी, अंतर्निहित डिज़ाइन अपनी मितव्ययिता के कारण आकर्षक है। एक मस्तिष्क जो स्मृति को आवश्यकता पड़ने पर चालू कर सकता है — और आवश्यकता न होने पर बंद कर सकता है — वह बहुत जल्दी भूलने की लागत और बहुत अधिक याद रखने की लागत दोनों से बचता है। स्थिरता और लचीलेपन के बीच यह संतुलन एक ऐसी समस्या है जिसे हर तंत्रिका तंत्र को हल करना होता है, और फल मक्खी एक समाधान का स्पष्ट दृश्य प्रस्तुत करती है।

यह अध्ययन, जो 7 अक्टूबर को ऑनलाइन जर्नल Nature में प्रकाशित हुआ, उस बढ़ते कार्य में जुड़ता है जो कीट के पूर्ण वायरिंग डायग्राम का उपयोग व्यक्तिगत कोशिका प्रकारों को विशिष्ट व्यवहारों से जोड़ने के लिए करता है। तंत्रिका वैज्ञानिकों के लिए, इसका लाभ यह है कि यह एक स्पष्ट तस्वीर देता है कि तंत्रिका द्वार संक्षिप्त संवेदी इनपुट को ऐसी स्मृति में कैसे बदलते हैं जो किसी जानवर को उसके अगले कुछ सेकंडों तक मार्गदर्शन कर सके।

यह लेख Medical Xpress की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।