फळमाशी अभ्यासातून मेंदूतील न्यूरल गेट्स अल्पकालीन स्मृती कशी सुरू करतात हे उघड

छोटा मेंदू, पण परिचित रचना

फळमाशीच्या मेंदूत 200,000 पेक्षा कमी न्यूरॉन्स असतात. मानवी मेंदूत तर कोट्यवधी असतात. प्रमाणातील ही प्रचंड तफावत असूनही न्यूरोशास्त्रज्ञ या कीटकाला उपयुक्त मॉडेल मानतात, कारण फळमाशीचा मेंदू मानवी मेंदूशी आकाराने नाही तर रचनेत आणि पेशींच्या संवादाच्या पद्धतीत आश्चर्यकारक साम्य दर्शवतो.

आणखी एक फायदा म्हणजे संपूर्णता. फळमाशीच्या मेंदूतील प्रत्येक न्यूरॉन-जोडणी, ज्याला एकत्रितपणे कनेक्टोम म्हणतात, ती नकाशित केली गेली आहे. हा संपूर्ण वायरिंग नकाशा संशोधकांना विविध प्रकारचे न्यूरॉन्स एखाद्या विशिष्ट वर्तनासाठी कसे परस्परसंवाद करतात हे थेट अभ्यासण्याची परवानगी देतो, जे अधिक गुंतागुंतीच्या मेंदूंमध्ये अद्याप शक्य नाही.

NYU Grossman School of Medicine च्या न्यूरोसायन्स विभागातील सहयोगी प्राध्यापक आणि या अभ्यासाच्या वरिष्ठ संशोधक कॅथरिन नागेल, पीएच.डी. म्हणाल्या की, फळमाशीला गंध जाणवल्यावर न्यूरॉनल सर्किट अल्पकालीन स्मृती कशी तयार करते हे या कामातून दिसते. ही स्मृती कीटकाला दिशा टिकवून ठेवण्यास आणि लक्षात ठेवण्यासारखा वाटलेल्या गंधाच्या दिशेने प्रवास करण्यास मदत करते. त्यांनी पुढे सांगितले की, अशा प्रकारची रचना कार्यरत स्मृतीचा आधार असते असे संशोधकांनी दीर्घकाळ गृहीत धरले होते, पण नवीन प्रयोगांनी ही रचना अस्तित्वात असल्याची पुष्टी केली आणि विशिष्ट परिस्थितीत ती कशी कार्य करते हे दाखवले.

कार्यरत स्मृतीला स्थिरता आणि लवचिकता दोन्ही हवी

कार्यरत स्मृती म्हणजे काही सेकंदांपुरती माहिती साठवणारा मानसिक कच्चा कागद. सुरक्षा कोडमधील काही अंक टाइप करेपर्यंत लक्षात ठेवणे किंवा खोलीतून चालताना दिशा मनात ठेवणे हे त्यामुळेच शक्य होते. हा गुण आवश्यक आहे, पण त्यासोबत दोन परस्परविरोधी आवश्यकता येतात.

एकीकडे स्थिरता आहे. क्षणात नाहीशी होणारी स्मृती निरुपयोगी असते, त्यामुळे अंतर्गत न्यूरल क्रिया अर्थपूर्ण काळापर्यंत टिकली पाहिजे. दुसरीकडे लवचिकता आहे. असंबद्ध तपशील धरून ठेवणे ही प्रचंड ऊर्जेची नासाडी ठरेल — दिवसभरात आलेल्या प्रत्येक संख्येला स्मृतीत साठवण्याचा कोणालाही फायदा होत नाही. म्हणून उपयुक्त प्रणालीला पटकन सुरू होणे, स्थिर राहणे आणि स्वच्छपणे बंद होणे आवश्यक असते.

सुरू आणि बंद होण्यासाठी बांधलेले सर्किट

नवीन अभ्यासात न्यूरॉन्स कार्यरत स्मृतीत माहिती कशी एन्कोड करतात आणि विशेषतः ते परस्परसंवाद सुरू ठेवताना सहज सक्रिय व निष्क्रिय कसे राहू शकतात याची तपासणी करण्यात आली. संशोधकांच्या मते, याचे उत्तर सर्किटमधील गेटिंग रचनेत आहे.

गंध स्मृतीचे सर्किट उघडतो

ही प्रक्रिया प्रत्यक्षात पाहण्यासाठी संशोधकांनी फळमाशींना सेबू सायडर व्हिनेगरचा तीव्र डोस दिला. कीटक गंधाच्या दिशेने उडाले आणि हवेतून गंध नाहीसा झाल्यानंतरही काही सेकंद त्या दिशेनेच पुढे गेले, याचा अर्थ उत्तेजन संपल्यानंतरही गंधाची स्मृती त्यांचे वर्तन घडवत होती.

फळमाशींनी प्रतिसाद देत असताना संशोधकांनी त्यांच्या मेंदूतील क्रियेवर लक्ष ठेवले. त्यांना आढळले की दोन वेगवेगळ्या प्रकारचे न्यूरॉन्स गंधाला सारख्या क्रियेच्या पद्धतीने प्रतिसाद देत होते. हा एकमेकांवर आच्छादणारा प्रतिसाद हेच गेटचे वैशिष्ट्य आहे: दोन पेशीसमूह अशा प्रकारे परस्परसंवाद करतात की क्षणिक संवेदी घटना स्वतःला टिकवणाऱ्या संकेतात रूपांतरित होते आणि नंतर सोडली जाते.

थोडक्यात, हे सर्किट संगणक फाइल साठवतो त्याप्रमाणे गंध साठवत नाही. ते फळमाशीच्या वर्तनाला कल देणारी तात्पुरती अवस्था तयार करते, आणि तिचे कार्य संपल्यावर ती अवस्था बंद करता येते.

मानवी स्मृतीच्या अभ्यासासाठी फळमाशी का उपयुक्त

फळमाशीचे मॉडेल म्हणून मूल्य त्या गुणांवरच आधारित आहे ज्यांमुळे तिच्याकडे दुर्लक्ष होते. तिचा मेंदू संपूर्णपणे शोधण्याइतका लहान आहे, तरीही सस्तन प्राण्यांच्या मेंदूसमोरील समस्या तो सोडवतो: उत्तेजन ओळखणे, ते महत्त्वाचे आहे का हे ठरवणे, ते थोडा वेळ धरून ठेवणे आणि त्यावर कृती करणे.

फळमाशीचे कनेक्टोम संपूर्ण असल्याने शास्त्रज्ञ एखादा विशिष्ट न्यूरॉन प्रकार ओळखू शकतात, त्याच्या जोडण्या अनुसरू शकतात आणि त्याची क्रिया वर्तनात काय योगदान देते हे विचारू शकतात. त्यामुळे यासारखे निष्कर्ष दशकांपासून मांडले गेलेल्या पण थेट क्वचितच पाहिल्या गेलेल्या यंत्रणेचे अचूक, चाचणीयोग्य वर्णन देतात.

• पुष्टी झालेली यंत्रणा: अल्पकालीन स्मृती कशा तयार होतात आणि टिकवल्या जातात याचे दीर्घकाळ गृहीत धरलेले स्पष्टीकरण या अभ्यासाने समर्थित केले.
• सर्किट-स्तरावरील तपशील: दोन वेगळे न्यूरॉन प्रकार एकत्र काम करून स्मृती टिकवणारे गेट तयार करतात.
• वर्तनात्मक पुरावा: गंध नाहीसा झाल्यानंतरही फळमाशी काही सेकंद त्याच दिशेने पुढे जातात, ज्यामुळे स्मृती कार्यरत असल्याचे दिसते.
• मॉडेलचे मूल्य: पूर्णपणे नकाशित कनेक्टोममुळे फळमाशीचा मेंदू स्मृतीविषयीच्या कल्पनांची प्रत्यक्ष चाचणी करण्याचे ठिकाण बनतो.

निकाल काय दर्शवतात आणि काय नाही

प्रयोगांमध्ये एका कीटकातील विशिष्ट सर्किट एका प्रकारच्या संवेदी इनपुटला प्रतिसाद म्हणून अल्पकालीन स्मृती कशी तयार करते याचे वर्णन आहे. मानवांमधील अनेक प्रकारच्या कार्यरत स्मृतींमध्ये समतुल्य गेटिंग रचना कार्य करतात का, हा प्रश्न अद्याप खुला आहे, आणि संशोधक हा निकाल सार्वत्रिक नियम म्हणून नाही तर निश्चित संदर्भातील तत्त्वाची पुष्टी म्हणून मांडतात.

तरीही, मूळ रचना तिच्या कार्यक्षमतेमुळे आकर्षक आहे. स्मृती आवश्यक असताना सुरू करणारा आणि नसताना बंद करणारा मेंदू — लवकर विसरण्याचा खर्च आणि जास्त लक्षात ठेवण्याचा खर्च दोन्ही टाळतो. स्थिरता आणि लवचिकता यांतील हा समतोल प्रत्येक मज्जासंस्थेला सोडवावा लागतो, आणि फळमाशी एका उपायाचे स्पष्ट दर्शन देते.

7 ऑक्टोबर रोजी Nature या नियतकालिकात ऑनलाइन प्रकाशित झालेला हा अभ्यास, कीटकाचा संपूर्ण वायरिंग नकाशा वापरून वैयक्तिक पेशीप्रकारांना विशिष्ट वर्तनांशी जोडणाऱ्या वाढत्या कामात भर घालतो. न्यूरोशास्त्रज्ञांसाठी याचा फायदा म्हणजे न्यूरल गेट्स क्षणिक संवेदी इनपुटचे प्राण्याला पुढील काही सेकंदांत मार्गदर्शन करणाऱ्या स्मृतीत कसे रूपांतर करतात याचे अधिक स्पष्ट चित्र.

हा लेख Medical Xpress च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.