పండ్ల ఈగ అధ్యయనం స్వల్పకాలిక జ్ఞాపకశక్తిని న్యూరల్ గేట్లు ఎలా ప్రారంభిస్తాయో వెల్లడిస్తుంది

పరిచిత నమూనాతో ఒక చిన్న మెదడు

పండ్ల ఈగ మెదడులో 200,000 కంటే తక్కువ న్యూరాన్లు ఉంటాయి. మానవ మెదడులో పదుల బిలియన్లు ఉంటాయి. ఈ భారీ స్థాయి వ్యత్యాసం న్యూరోసైంటిస్టులను ఈ కీటకాన్ని ఉత్పాదక నమూనాగా పరిగణించకుండా ఆపలేదు, ఎందుకంటే ఈగ మెదడు మానవ మెదడుతో ఆశ్చర్యకరమైన పోలికలను పంచుకుంటుంది — పరిమాణంలో కాదు, అది ఎలా నిర్వహించబడుతుంది మరియు దాని కణాలు ఎలా సంభాషిస్తాయి అనే విషయంలో.

మరొక ప్రయోజనం పూర్ణత. ఈగ మెదడులోని న్యూరాన్ల మధ్య ఉన్న ప్రతి కనెక్షన్, సామూహికంగా కనెక్టోమ్ అని పిలుస్తారు, మ్యాప్ చేయబడింది. ఆ పూర్తి వైరింగ్ డయాగ్రామ్ పరిశోధకులను వివిధ రకాల న్యూరాన్లు ఒక నిర్దిష్ట ప్రవర్తనను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎలా సంభాషిస్తాయో నేరుగా అధ్యయనం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది మరింత సంక్లిష్టమైన మెదడులలో అందుబాటులో లేదు.

NYU Grossman School of Medicine లోని Department of Neuroscience లో అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ మరియు ఈ అధ్యయనానికి సీనియర్ ఇన్వెస్టిగేటర్ అయిన Katherine Nagel, Ph.D., ఈ పని ఒక ఈగ వాసనను గుర్తించినప్పుడు న్యూరోనల్ సర్క్యూట్ స్వల్పకాలిక జ్ఞాపకాన్ని ఎలా ఏర్పరుస్తుందో చూపిస్తుందని చెప్పారు. ఈ జ్ఞాపకం కీటకాన్ని ఒక దిశను నిలుపుకోవడానికి మరియు గుర్తుంచుకోవడానికి విలువైనదని నిర్ణయించిన వాసన వైపు ప్రయాణించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ రకమైన ఏర్పాటు వర్కింగ్ మెమరీకి ఆధారమని పరిశోధకులు దీర్ఘకాలంగా భావించినప్పటికీ, కొత్త ప్రయోగాలు ఈ ఏర్పాటు ఉనికిని నిర్ధారిస్తాయని మరియు ఒక నిర్దిష్ట సందర్భంలో అది ఎలా పనిచేస్తుందో ప్రదర్శిస్తాయని ఆమె జోడించారు.

వర్కింగ్ మెమరీకి స్థిరత్వం మరియు వశ్యత రెండూ అవసరం

వర్కింగ్ మెమరీ అనేది సెకన్ల పాటు సమాచారాన్ని నిలుపుకునే మానసిక స్క్రాచ్ప్యాడ్. ఇది ఒక వ్యక్తిని భద్రతా కోడ్ యొక్క కొన్ని అంకెలను టైప్ చేయడానికి సరిపడా సేపు గుర్తుంచుకోవడానికి, లేదా ఒక గది అంతటా నడుస్తున్నప్పుడు ఒక దిశను మనసులో ఉంచుకోవడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ లక్షణం అత్యవసరం, కానీ అది రెండు పోటీ అవసరాలతో వస్తుంది.

ఒక వైపు స్థిరత్వం. తక్షణమే మాయమయ్యే జ్ఞాపకం పనికిరాదు, కాబట్టి దాని క్రింద ఉన్న న్యూరల్ యాక్టివిటీ అర్థవంతమైన సమయం వరకు కొనసాగాలి. మరొక వైపు వశ్యత. అసంబద్ధమైన వివరాలను నిలుపుకోవడం భారీ శక్తి వృథా అవుతుంది — ఒక రోజులో ఎదుర్కొన్న ప్రతి సంఖ్యను జ్ఞాపకంలో నిలిపి ఉంచుకోవడం ఎవరికీ ప్రయోజనం చేకూర్చదు. కాబట్టి ఉపయోగకరమైన వ్యవస్థ త్వరగా ప్రారంభమవ్వాలి, స్థిరంగా ఉండాలి మరియు శుభ్రంగా ఆగిపోవాలి.

ఆన్ మరియు ఆఫ్ చేయడానికి నిర్మించిన సర్క్యూట్

కొత్త అధ్యయనం న్యూరాన్లు సమాచారాన్ని వర్కింగ్ మెమరీలోకి ఎన్కోడ్ చేయడానికి ఎలా సంభాషిస్తాయో, మరియు ప్రత్యేకంగా ఆ పరస్పర చర్యలు సులభంగా యాక్టివేట్ మరియు డియాక్టివేట్ చేయగలిగేలా ఎలా నిలబెట్టుకోగలవో పరిశీలించింది. పరిశోధకుల ప్రకారం, సమాధానం సర్క్యూట్ లోపల ఒక గేటింగ్ ఏర్పాటులో ఉంది.

ఒక వాసన జ్ఞాపక సర్క్యూట్ను అన్లాక్ చేస్తుంది

ఈ ప్రక్రియను చర్యలో గమనించడానికి, బృందం పండ్ల ఈగలను బలమైన మోతాదులో ఆపిల్ సైడర్ వినెగార్కు గురిచేసింది. కీటకాలు ఆ వాసన వైపు ఎగిరాయి మరియు వాసన గాలి నుండి మాయమైన తర్వాత కూడా అదే దిశలో అనేక సెకన్ల పాటు కొనసాగాయి, ఇది ఉద్దీపన స్వయంగా పోయిన తర్వాత కూడా వాసన యొక్క జ్ఞాపకం వాటి ప్రవర్తనను నడిపిస్తోందని సూచిస్తుంది.

ఈగలు స్పందిస్తున్నప్పుడు, పరిశోధకులు వాటి మెదడులలో యాక్టివిటీని పర్యవేక్షించారు. రెండు విభిన్న రకాల న్యూరాన్లు వాసనకు సమానమైన యాక్టివిటీ నమూనాలతో స్పందించాయని వారు కనుగొన్నారు. ఆ అతివ్యాప్తి ప్రతిస్పందన గేట్ యొక్క సంతకం: రెండు కణ జనాభాలు ఒక క్షణిక సంవేదన సంఘటనను స్వయం-నిలకడైన సిగ్నల్గా మార్చడానికి, తర్వాత విడుదల చేయడానికి అనుమతించే విధంగా సంభాషిస్తాయి.

ప్రభావంలో, సర్క్యూట్ కంప్యూటర్ ఫైల్ను నిల్వ చేసిన విధంగా వాసనను నిల్వ చేయదు. ఇది ఈగ ప్రవర్తనను ప్రభావితం చేసే తాత్కాలిక స్థితిని సృష్టిస్తుంది, మరియు ఆ స్థితి దాని ఉద్దేశ్యాన్ని నెరవేర్చిన తర్వాత ఆఫ్ చేయబడవచ్చు.

మానవ జ్ఞాపకశక్తిని అధ్యయనం చేయడానికి ఈగ ఎందుకు ఉపయోగకరం

నమూనాగా పండ్ల ఈగ విలువ దానిని సులభంగా విస్మరించేలా చేసే అదే లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. దాని మెదడు పూర్తిగా ట్రేస్ చేయగలిగేంత చిన్నది, అయినప్పటికీ ఇది క్షీరద మెదడులు కూడా ఎదుర్కొనే సమస్యలను పరిష్కరిస్తుంది: ఒక ఉద్దీపనను గుర్తించడం, అది ముఖ్యమా అని నిర్ణయించడం, దానిని కొద్దిసేపు నిలుపుకోవడం మరియు దానిపై చర్య తీసుకోవడం.

ఈగ కనెక్టోమ్ పూర్తి కావడం వల్ల, శాస్త్రవేత్తలు ఒక నిర్దిష్ట న్యూరాన్ రకాన్ని గుర్తించగలరు, దాని కనెక్షన్లను అనుసరించగలరు మరియు దాని యాక్టివిటీ ప్రవర్తనకు ఏమి అందిస్తుందో అడగగలరు. కాబట్టి ఇలాంటి పరిశోధనలు దశాబ్దాలుగా ప్రతిపాదించబడిన కానీ అరుదుగా నేరుగా గమనించబడిన ఒక యంత్రాంగం యొక్క ఖచ్చితమైన, పరీక్షించదగిన వివరణను అందిస్తాయి.

• నిర్ధారిత యంత్రాంగం: స్వల్పకాలిక జ్ఞాపకాలు ఎలా ఏర్పడతాయి మరియు నిర్వహించబడతాయి అనే దీర్ఘకాలిక ఊహను ఈ అధ్యయనం మద్దతు ఇస్తుంది.
• సర్క్యూట్-స్థాయి వివరాలు: రెండు విభిన్న న్యూరాన్ రకాలు కలిసి పనిచేసి జ్ఞాపకాన్ని నిలబెట్టే గేట్ను సృష్టిస్తాయి.
• ప్రవర్తనాత్మక ఆధారాలు: వాసన మాయమైన తర్వాత కూడా ఈగలు అనేక సెకన్ల పాటు దాని వైపు కొనసాగుతాయి, ఇది జ్ఞాపకం పనిచేస్తున్నట్లు చూపిస్తుంది.
• నమూనా విలువ: పూర్తిగా మ్యాప్ చేయబడిన కనెక్టోమ్ ఈగ మెదడును జ్ఞాపకశక్తి గురించిన ఆలోచనలకు ఆచరణాత్మక పరీక్షా క్షేత్రంగా చేస్తుంది.

ఫలితాలు ఏమి చూపిస్తాయి మరియు ఏమి చూపించవు

ఈ ప్రయోగాలు ఒక కీటకంలోని ఒక నిర్దిష్ట సర్క్యూట్ ఒక రకమైన సంవేదన ఇన్పుట్కు ప్రతిస్పందనగా స్వల్పకాలిక జ్ఞాపకాన్ని ఎలా ఏర్పరుస్తుందో వివరిస్తాయి. మానవులలోని అనేక రకాల వర్కింగ్ మెమరీలలో సమానమైన గేటింగ్ ఏర్పాట్లు పనిచేస్తాయా అనేది ఇప్పటికీ సమాధానం లేని ప్రశ్న, మరియు పరిశోధకులు ఈ ఫలితాన్ని సార్వత్రిక నియమంగా కాకుండా ఒక నిర్దిష్ట సందర్భంలో ఒక సూత్రం యొక్క నిర్ధారణగా చిత్రీకరిస్తారు.

అయినప్పటికీ, దాని క్రింద ఉన్న రూపకల్పన దాని పొదుపు కారణంగా ఆకర్షణీయంగా ఉంటుంది. అవసరమైనప్పుడు జ్ఞాపకాన్ని ఆన్ చేయగలిగే — మరియు అవసరం లేనప్పుడు దానిని ఆఫ్ చేయగలిగే — మెదడు చాలా త్వరగా మరచిపోవడం యొక్క ఖర్చు మరియు చాలా ఎక్కువ గుర్తుంచుకోవడం యొక్క ఖర్చు రెండింటినీ నివారిస్తుంది. స్థిరత్వం మరియు వశ్యత మధ్య ఆ సమతుల్యత ప్రతి నాడీ వ్యవస్థ పరిష్కరించాల్సిన సమస్య, మరియు పండ్ల ఈగ ఒక పరిష్కారం యొక్క స్పష్టమైన దృశ్యాన్ని అందిస్తుంది.

అక్టోబర్ 7న Nature జర్నల్లో ఆన్లైన్లో ప్రచురించబడిన ఈ అధ్యయనం, కీటకం యొక్క పూర్తి వైరింగ్ డయాగ్రామ్ను ఉపయోగించి వ్యక్తిగత కణ రకాలను నిర్దిష్ట ప్రవర్తనలతో అనుసంధానించే పెరుగుతున్న పరిశోధనల సమూహానికి జోడిస్తుంది. న్యూరోసైంటిస్టులకు, ప్రయోజనం ఏమిటంటే న్యూరల్ గేట్లు సంక్షిప్త సంవేదన ఇన్పుట్ను జంతువును దాని తదుపరి కొన్ని సెకన్లలో నడిపించగల జ్ఞాపకంగా ఎలా మారుస్తాయో మరింత స్పష్టమైన చిత్రం.

ఈ వ్యాసం Medical Xpress నివేదిక ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.