PSD-95 drives binocular vision maturation critical for predation

प्राकृतिक दुनिया में, एक चूहा केवल परछाइयों में भागने वाला जीव नहीं है; वह एक अवसरवादी शिकारी है जो कीटों जैसे क्रिकेट्स (झींगुरों) को पकड़ने के लिए दृष्टि पर निर्भर करता है। हालांकि चूहों की आँखें उनके सिर के किनारों पर स्थित होती हैं, फिर भी उनके पास एक ऐसा क्षेत्र होता है जहाँ दोनों आँखों से दिखने वाला दृश्य आपस में मिलता है, जिससे एक द्विनेत्री क्षेत्र (binocular field) बनता है। यह ओवरलैप गहराई का बोध (depth perception) करने और गतिमान शिकार को सटीकता से ट्रैक करने के लिए महत्वपूर्ण है। दो अलग-अलग छवियों को एक एकल, सुसंगत चित्र में मिलाने की क्षमता जीवन के शुरुआती समय में एक विशिष्ट खिड़की के दौरान विकसित होती है जिसे 'क्रिटिकल पीरियड' (महत्वपूर्ण अवधि) कहा जाता है। इस दौरान, मस्तिष्क के दृश्य सर्किट अत्यधिक प्लास्टिक होते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें अनुभव द्वारा आकार दिया जा सकता है। इस प्रक्रिया में एक प्रमुख खिलाड़ी PSD-95 नामक प्रोटीन है, जो तंत्रिका कोशिकाओं के बीच के कनेक्शनों पर एक संरचनात्मक मचान (scaffold) के रूप में कार्य करता है। यह प्रोटीन "शांत" कनेक्शनों (synapses)—जो मौजूद तो हैं लेकिन अभी संकेत प्रसारित नहीं करते—को सक्रिय, परिपक्व मार्गों में बदलने में मदद करता है। इस परिपक्वता के बिना, मस्तिष्क की दृश्य जानकारी को संसाधित करने की क्षमता, विशेष रूप से दोनों आँखों से प्राप्त इनपुट को संयोजित करने की क्षमता, अधूरी रह सकती है।

वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि जिन चूहों में PSD-95 जीन की कमी होती है, वे प्रयोगशाला के सरल परिवेश में परीक्षण किए जाने पर वयस्क होने पर अपनी दृष्टि में केवल सूक्ष्म परिवर्तन दिखाते हैं। वे आकृतियों को देख सकते हैं और सामान्य रूप से चल सकते हैं, जिससे शोधकर्ताओं को लगा कि यह प्रोटीन वयस्क दृष्टि के लिए आवश्यक नहीं हो सकता है। हालाँकि, इन मानक परीक्षणों में अक्सर वास्तविक जीवन की जटिलता का अभाव होता है। इस प्रोटीन की वास्तविक भूमिका को समझने के लिए, यूनिवर्सिटी ऑफ गोटिंगन के शोधकर्ताओं ने चूहों को ऐसी स्थिति में देखने का निर्णय लिया जो उनके अस्तित्व के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है: शिकार करना। उन्होंने एक अरीना (मैदान) तैयार किया जहाँ वयस्क चूहों को, जिनमें से कुछ में सामान्य जीन था और कुछ में नहीं, जीवित क्रिकेट्स को पकड़ना था। लक्ष्य यह देखना था कि क्या PSD-95 की अनुपस्थिति तब एक छिपी हुई कमजोरी को प्रकट करती है जब चूहों को एक कठिन, प्राकृतिक कार्य करने के लिए अपनी दृष्टि का उपयोग करने के लिए मजबूर किया जाता है।

परिणाम चौंकाने वाले और उम्मीद के विपरीत थे। जब दोनों आँखों का उपयोग करने की अनुमति दी गई, तो PSD-95 की कमी वाले चूहे गंभीर रूप से अक्षम पाए गए। उन्हें क्रिकेट्स को पकड़ने में काफी अधिक समय लगा, वे अक्सर बिना किसी दिशा के भटकते रहे या शिकार के पास पहुँचने में ही विफल रहे। वास्तव में, परीक्षण के पहले ही दिन, बिना प्रोटीन वाले एक भी चूहे ने एक भी क्रिकेट नहीं पकड़ा, जबकि अधिकांश सामान्य चूहों ने तुरंत सफलता प्राप्त कर ली। कई दिनों के प्रशिक्षण के बाद भी, बिना PSD-95 वाले चूहों को एक क्रिकेट पकड़ने में अपने सामान्य समकक्षों की तुलना में लगभग पांच गुना अधिक समय लगा। वे धीमे चले, अधिक हिचकिचाए, और अंततः शिकार को पकड़ने से पहले शिकार के बहुत करीब रहने में अधिक समय बिताया। ऐसा प्रतीत हुआ कि उनकी द्विनेत्री दृष्टि (binocular vision), यानी दोनों आँखों को एक साथ उपयोग करने की क्षमता, टूट गई थी।

सबसे आश्चर्यजनक खोज तब हुई जब शोधकर्ताओं ने चूहों की एक आँख को ढक दिया, जिससे उन्हें केवल एक आँख (monocular vision) से शिकार करने के लिए मजबूर होना पड़ा। सामान्य चूहों के लिए, यह एक बाधा थी; उनका शिकार करने का प्रदर्शन काफी गिर गया, और उन्हें क्रिकेट पकड़ने में बहुत अधिक समय लगा, जिससे पुष्टि हुई कि द्विनेत्री दृष्टि आमतौर पर एक लाभ है। लेकिन बिना PSD-95 वाले चूहों के लिए, इसके विपरीत हुआ। जब उन्हें केवल एक आँख का उपयोग करने के लिए मजबूर किया गया, तो उनके प्रदर्शन में नाटकीय सुधार हुआ। उन्होंने क्रिकेट्स को बहुत तेज़ी से पकड़ा, और उनका व्यवहार कहीं अधिक कुशल हो गया। कुछ मापदंडों में, उन्होंने लगभग उतना ही अच्छा शिकार किया जितना कि सामान्य चूहे दो आँखों के साथ करते हैं। इससे पता चला कि उत्परिवर्तित (mutant) चूहों की समस्या सामान्य दृष्टि या गति की अक्षमता नहीं थी, बल्कि यह थी कि दोनों आँखें परस्पर विरोधी संकेत भेज रही थीं जो एक-दूसरे में हस्तक्षेप कर रहे थे। एक आँख को बंद करके, शोधकर्ताओं ने इस हस्तक्षेप को हटा दिया, जिससे चूहे एक स्पष्ट, एकल छवि पर भरोसा कर सके।

यह समझने के लिए कि यह हस्तक्षेप क्यों हुआ, टीम ने देखा कि चूहे दृश्य जानकारी को कैसे संसाधित करते हैं। उन्होंने धारीदार पैटर्न के ओरिएंटेशन (झुकाव) को पहचानने की चूहों की क्षमता का परीक्षण किया, जो दोनों आँखों से इनपुट की तुलना करने के लिए एक कार्य है। बिना PSD-प्रोटिन वाले चूहे दोनों आँखों का उपयोग करते समय संघर्ष कर रहे थे, उन्हें पैटर्न को पहचानने के लिए धारियों के बीच बहुत बड़े अंतर की आवश्यकता थी। फिर भी, एक आँख को ढंकने पर, उनकी पैटर्न को पहचानने की क्षमता सामान्य चूहों के स्तर तक सुधर गई। इसने पुष्टि की कि मस्तिष्क का विजुअल कॉर्टेक्स, विशेष रूप से प्राथमिक विजुअल कॉर्टेक्स नामक क्षेत्र, दोनों आँखों से संकेतों को सही ढंग से एकीकृत करने में विफल रहा। शोधकर्ताओं ने फिर यह परीक्षण किया कि क्या यह समस्या विजुअल कॉर्टेक्स में थी या मस्तिष्क के एक अन्य भाग में जो 'सुपीरियर कॉलिकुलस' (superior colliculus) कहलाता है, जो दृष्टि और गति में भी शामिल है। केवल एक क्षेत्र में प्रोटीन को चुनिकीकृत रूप से अक्षम करके, उन्होंने पाया कि दोष केवल तभी उत्पन्न हुआ जब प्रोटीन विजुअल कॉर्टेक्स से गायब था। इसने विफलता के स्थान को सटीक रूप से निर्धारित किया: मस्तिष्क का मुख्य दृश्य प्रसंस्करण केंद्र PSD-95 द्वारा प्रदान किए गए मचान के बिना दोनों छवियों को सही ढंग से जोड़ने में सक्षम नहीं था।

अध्ययन ने इस संभावना को भी खारिज कर दिया कि चूहे केवल सामान्य मोटर समस्या के कारण धीमे या कम सक्रिय थे। शोधकर्ताओं ने मापा कि शिकार न करते समय चूहे कितनी गति करते हैं और पाया कि हालांकि उत्परिवर्तित चूहे वास्तव में धीमे थे, लेकिन एक आँख के साथ उनके बेहतर प्रदर्शन का कारण अचानक तेज़ होना नहीं था। इसके बजाय, सुधार बेहतर शिकार पहचान और शिकार की जांच करने या भ्रमित होने में बिताए जाने वाले समय में कमी के कारण आया था। इसके अलावा, जब प्रयोग पूरी तरह से अंधेरे में किए गए, जहाँ दृष्टि की कोई भूमिका नहीं थी, तो दोनों समूहों के बीच का अंतर समाप्त हो गया। दोनों समूह क्रिकेट्स को खोजने में समान रूप से संघर्ष कर रहे थे, जिससे सिद्ध हुआ कि प्रकाश में देखे गए दोष विशुद्ध रूप से दृश्य (visual) थे। बिना PSD-95 वाले चूहे अनाड़ी नहीं थे; वे बस दो आँखों का उपयोग करने पर परस्पर विरोधी दृश्य डेटा से अभिभूत हो जाते थे।

यह शोध मस्तिष्क के विकास के बारे में एक मौलिक सत्य को उजागर करता है। प्रोटीन PSD-95 प्रारंभिक जीवन के दौरान तंत्रिका कोशिकाओं के बीच के कनेक्शनों को परिष्कृत करने के लिए आवश्यक है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि बाईं और दाईं आँख से प्राप्त छवियों को एक एकल, उपयोगी चित्र में जोड़ा जा सके। इस परिष्करण के बिना, मस्तिष्क एक प्रकार के 'विजुअल नॉइज़' (दृश्य शोर) से ग्रस्त होता है, जहाँ दोनों आँखें सहयोग करने के बजाय एक-दूसरे से प्रतिस्पर्धा करती हैं। हालाँकि इन प्रोटीन के बिना चूहों में देखने की क्षमता हो सकती है, लेकिन उनका मस्तिष्क संयुक्त इनपुट को समझ नहीं पाता, जिससे शिकार जैसे जटिल व्यवहारों में गिरावट आती है। इस शोर के एक स्रोत को हटाकर, जानवर बेहतर कार्य कर सकता है। यह निष्कर्ष बताता है कि दृष्टि के लिए क्रिटिकल पीरियड केवल देखने सीखने के बारे में नहीं है, बल्कि यह सीखने के बारे में है कि दो आँखों को एक के रूप में कार्य करते हुए कैसे देखा जाए। यह इस बात की झलक भी देता है कि मनुष्यों में समान तंत्र कैसे कार्य कर सकते हैं, जहाँ दुनिया में नेविगेट करने और प्रभावी ढंग से बातचीत करने के लिए द्विनेत्री दृष्टि का उचित एकीकरण अत्यंत महत्वपूर्ण है।