The dentate gyrus controls hippocampal representational drift
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि हिप्पोकैम्पल रिप्रजेंटेशनल ड्रिफ्ट (representational drift) तंत्रिका आबादी का एक अंतर्निहित गुण नहीं है, बल्कि यह अपस्ट्रीम डेंटेट गाइरस इनपुट्स द्वारा सक्रिय रूप से नियंत्रित होता है, जो बार-बार होने वाले अनुभवों को विशिष्ट एपिसोडिक यादों में अलग करने के लिए एपिसोड ट्रांज़िशन (episode transitions) के आसपास ड्रिफ्ट को केंद्रित करते हैं।
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मस्तिष्क एक स्थिर रिकॉर्डिंग डिवाइस नहीं है; यह एक जीवित, सांस लेता हुआ संग्रह है जो लगातार अपनी प्रविष्टियों को फिर से लिखता रहता है। मस्तिष्क के भीतर गहराई में स्थित हिप्पोकैम्पस नामक सींग जैसी आकृति वाले क्षेत्र में, 'प्लेस सेल्स' (place cells) कहे जाने वाले विशेष न्यूरॉन्स मस्तिष्क के आंतरिक जीपीएस के रूप में कार्य करते हैं। जब कोई जानवर किसी परिचित स्थान से गुजरता है, तो ये कोशिकाएं स्थान का मानचित्र बनाने के लिए विशिष्ट पैटर्न में सक्रिय होती हैं। दशकों तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि ये मानचित्र स्थिर होते हैं, जैसे कि एक छपा हुआ सड़क मानचित्र जो कभी नहीं बदलता। हालांकि, हाल के अवलोकनों ने एक आश्चर्यजनक सत्य प्रकट किया है: भले ही एक जानवर दिन के दर दिन बिल्कुल एक ही वातावरण में बिल्कुल एक ही रास्ते पर दौड़ता है, न्यूरॉन्स के सक्रिय होने का विशिष्ट पैटर्न समय के साथ धीरे-धीरे बदल जाता है। इस घटना को 'रिप्रेजेंटेशनल ड्रिफ्ट' (representational drift) कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि एक परिचित स्थान का मस्तिष्क का आंतरिक मानचित्र कभी भी दो बार बिल्कुल एक जैसा नहीं होता। बड़ा सवाल यह था कि क्या यह विचलन एक यादृच्छिक त्रुटि है, मस्तिष्क की प्राकृतिक अस्थिरता का संकेत है, या क्या यह एक विशिष्ट उद्देश्य की पूर्ति के लिए एक जानबूझकर की गई, नियंत्रित प्रक्रिया है।
शिकागो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब यह दिखाया है कि यह विचलन कोई गलती नहीं है, बल्कि एक विशेषता है जिसे मस्तिष्क के सर्किट के एक विशिष्ट हिस्से द्वारा सक्रिय रूप से प्रबंधित किया जाता है। उन्होंने डेंटेट गाइरस (dentate gyrus) पर ध्यान केंद्रित किया, जो हिप्पोकैम्पस में सूचना भेजने वाला एक प्रवेश द्वार संरचना है। डेंटेट गाइरस को एक गेटकीपर (द्वारपाल) के रूप में समझें जो मस्तिष्क को दो बहुत समान अनुभवों के बीच अंतर करने में मदद करता है, जैसे मंगलवार बनाम बुधवार को एक ही गलियारे में चलना। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या यही गेटकीपर हिप्पोकैम्पस के मानचित्रों के पीछे की डोर थामे हुए है। यह पता लगाने के लिए, उन्होंने चूहों को एक आभासी ट्रैक पर दौड़ते समय डेंटेट गाइरस की गतिविधि को अस्थायी रूप से शांत करने की एक सटीक तकनीक का उपयोग किया। इस विशिष्ट इनपुट की आवाज़ को कम करके, वे बिना चूहे के वास्तविक अनुभव या उसके देखे गए वातावरण को बदले, डाउनस्ट्रीम हिप्पोकैम्पस में मानचित्रों के साथ क्या होता है, यह देख सके।
परिणाम स्पष्ट और निर्णायक थे। जब डेंटेट गाइरस सक्रिय था, तो मस्तिष्क का परिचित ट्रैक का मानचित्र एक रन से दूसरे रन के बीच उल्लेखनीय रूप से बदल गया, जैसा कि पिछले अध्ययनों में देखा गया था। लेकिन जब शोधकर्ताओं ने डेंटेट गाइरस को बाधित किया, तो मानचित्र उल्लेखनीय रूप से स्थिर हो गया। दूसरे रन पर न्यूरॉन्स के सक्रिय होने का पैटर्न पहले रन के लगभग समान था, मानो मस्तिष्क ने मानचित्र को अपडेट करना बंद करने का निर्णय ले लिया हो। इसने सिद्ध कर दिया कि विचलन हिप्पोकम्पस की कोई अपरिहार्य जैविक खामी नहीं है; बल्कि, यह डेंटेट गाइरस से आने वाले संकेतों द्वारा सक्रिय रूप से संचालित होता है। अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि यह नियंत्रण अत्यधिक विशिष्ट है। डेंटेट गाइरस ने केवल तभी इस परिवर्तन को प्रेरित किया जब चूहा एक परिचित वातावरण में था। जब चूहा पूरी तरह से नए, नवीन वातावरण में गया, तो डेंटेट गाइरस ने मस्तिष्क को नया मानचित्र बनाने से नहीं रोका, न ही इसने नए स्थान को सीखते समय मानचित्र को बदलने से रोका। इससे पता चलता है कि गेटकीपर का काम सभी परिवर्तनों को रोकना नहीं है, बल्कि यह प्रबंधित करना है कि मस्तिष्क बार-बार होने वाले, परिचित अनुभवों को कैसे संभालता है।
शायद सबसे चौंकाने वाली खोज यह थी कि यह परिवर्तन कब होता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह माना था कि मानचित्र पूरे सत्र के दौरान धीरे-धीरे और निरंतर विचलित होता है, जैसे कि घड़ी की सुई इंच-दर-इंच चलती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ऐसा नहीं था। इसके बजाय, मानचित्र में बदलाव लगभग पूरी तरह से उस क्षण हुआ जब चूहे ने परिचित ट्रैक में पुन: प्रवेश किया। मस्तिष्क ने अनुभव की शुरुआत में ही मानचित्र के थोड़े अलग संस्करण की ओर एक अचानक, विविक्त छलांग (discrete jump) लगाई, और फिर पूरे रन के लिए उस नए संस्करण को स्थिर रखा। इस तीव्र बदलाव ने मस्तिष्क को भौतिक पथ समान होने के बावजूद, दूसरे रन को पहले से अलग एक विशिष्ट घटना के रूप में मानने की अनुमति दी। इस तंत्र के बिना, मस्तिष्क एक ही स्थान की दो अलग-अलग स्मृतियों के बीच अंतर करने में संघर्ष कर सकता था।
इस प्रक्रिया को रोककर, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि मस्तिष्क ने इन बार-बार होने वाले प्रकरणों के बीच अंतर करने की अपनी क्षमता खो दी। नियंत्रण समूह में, मस्तिष्क पहले रन और दूसरे रन के बीच स्पष्ट रूप से अंतर कर सका, उन्हें अद्वितीय स्मृतियों के रूप में देखता था। जिस समूह में डेंटेट गाइरस को शांत किया गया था, वहां मस्तिष्क दोनों रन को भ्रमित करने लगा, उन्हें एक ही घटना के रूप में देखने लगा। यह पुष्टि करता है कि विचलन स्मृति के लिए एक कार्यात्मक उपकरण है। यह मस्तिष्क को किसी स्थान के सामान्य लेआउट को स्थिर रखने की अनुमति देता है जबकि हर बार वहां जाने के लिए एक अद्वितीय, अलग रिकॉर्ड भी बनाता है। डेंटेट गाइरस इस विभेदीकरण के लिए इंजन के रूप में कार्य करता है, जो मस्तिष्क के आंतरिक मानचित्र को बस इतना धकेलता है कि हर अनुभव, परिचित दुनिया में भी, अपने स्वयं के विशिष्ट अध्याय के रूप में रिकॉर्ड किया जा सके। यह कार्य स्मृति की हमारी समझ को एक स्थिर भंडारण प्रणाली से एक गतिशील, विनियमित प्रक्रिया में बदल देता है जहाँ स्पष्टता के लिए परिवर्तन आवश्यक है।
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