Emergence of Task-Related Motor Cortical Dysfunction in Mice with Progressive Parkinsonism
MitoPark चूहों का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि प्रगतिशील डोपामाइन न्यूरोडीजेनेरेशन से कार्य-संबंधी मोटर कॉर्टिकलल डिसफंक्शन का उद्भव होता है, जो M1 पाइरामिडल न्यूरॉन्स, विशेष रूप से कॉर्टिकोस्पाइनल आबादी के भीतर, कम सेलुलर गतिविधि, बाधित न्यूरोनल सह-सक्रियता और क्षयित मूवमेंट एनकोडिंग स्थिरता द्वारा अभिलक्षित होता है, जो कुशल मोटर दोषों की शुरुआत के साथ सह-संबंधित है।
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पार्किंसंस रोग एक ऐसी स्थिति है जो धीरे-धीरे लोगों की सहजता से हिलने-डुलने की क्षमता को छीन लेती है। दशकों से, वैज्ञानिक समझते आए हैं कि यह समस्या मस्तिष्क के भीतर गहराई में शुरू होती है, जहाँ डोपामाइन नामक रसायन बनाने वाली कोशिकाओं का एक विशिष्ट समूह मरने लगता है। यह रसायन सुचारू गति के लिए आवश्यक है, और इसके बिना, गति को नियंत्रित करने वाली मस्तिष्क की आंतरिक मशीनरी जाम होने लगती है। पारंपरिक दृष्टिकोण यह रहा है कि समस्या मुख्य रूप से बेसल गैन्ग्लिया नामक एक गहरे मस्तिष्क क्षेत्र तक ही सीमित रहती है, जो गति के आदेशों के लिए एक केंद्रीय स्विचबोर्ड की तरह कार्य करता है। हालाँकि, हालिया विचार बताते हैं कि यह समस्या केवल वहीं तक सीमित नहीं रहती; यह मस्तिष्क की बाहरी परत, कॉर्टेक्स (cortex) की ओर ऊपर की ओर फैल जाती है, जो लिखने या शर्ट के बटन लगाने जैसे जटिल कार्यों की योजना बनाने और उन्हें निष्पादित करने के लिए जिम्मेदार है। यह समझना कि यह क्षति ठीक कैसे और कब कॉर्टेक्स तक पहुँचती है, अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह बीमारी के गंभीर होने से पहले ही उपचार के नए तरीके प्रकट कर सकता है।
इसकी जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशेष प्रकार के चूहे की ओर रुख किया जो किसी विष के कारण अचानक प्रेरित होने के बजाय, स्वाभाविक रूप से समय के साथ पार्किंसंस रोग विकसित करता है। 'मिटोपार्क' (MitoPark) कहे जाने वाले ये चूहे धीरे-धीरे अपने डोपामाइन बनाने वाली कोशिकाओं को खो देते हैं, जो मनुष्यों में देखी जाने वाली धीमी प्रगति की नकल करते हैं। वैज्ञानिक प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स (primary motor cortex) के भीतर क्या होता है, यह देखना चाहते थे, जो अंगों के नियंत्रण के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क का विशिष्ट क्षेत्र है, जैसे-जैसे रोग आगे बढ़ता है। शोधकर्ताओं ने चूहों को एक कठिन कार्य करने के लिए प्रशिक्षित किया: एक छोटे से खांचे से चीनी के दाने (pellet) को पकड़ने के लिए एक पंजे से आगे बढ़ना और उसे अपने मुँह तक लाना। यह एक कुशल गतिविधि है जिसके लिए सटीक समन्वय की आवश्यकता होती है और जो मोटर कॉर्टेक्स पर बहुत अधिक निर्भर करती है। एक बार जब चूहों ने इस कार्य में महारत हासिल कर ली, तो शोधकर्ताओं ने उनके मस्तिष्क में एक छोटा, विशेष लेंस प्रत्यारोपित किया, जिससे वे चूहों के स्वतंत्र रूप से चलते समय व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं की गतिविधि को सीधे देख सके।
जैसे-जैसे चूहे बड़े हुए और उनके डोपामाइन का स्तर गिरा, उनके 'रीचिंग टास्क' (पहुंचने के कार्य) के प्रदर्शन में गिरावट आने लगी। शुरुआत में, चूहे स्वस्थ चूहों की तरह ही अक्सर पहुँच पाते थे, लेकिन वे पेलेट (pellet) को अधिक बार चूकने लगे। सोलह सप्ताह के होने तक, चूहों की सफलता दर स्पष्ट रूप से घट गई थी। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि चूहे कार्य शुरू करने के लिए कम उत्सुक लग रहे थे, वे अपने पहले प्रयास में देरी करने लगे और गतिविधि में कम समय बिताने लगे। हालाँकि, मुख्य मुद्दा केवल प्रेरणा की कमी नहीं बल्कि कौशल की हानि प्रतीत हुआ। जब शोधकर्ताओं ने उन चूहों की गतिविधियों का विश्लेषण किया जो अभी भी सफल हो रहे थे, तो उन्होंने पाया कि उनकी पहुँच (reaches) स्वस्थ चूहों की तुलना में छोटी और धीमी थी। चूहे केवल कम नहीं हिल रहे थे; वे अलग तरह से हिल रहे थे, जो यह दर्शाता है कि सूक्ष्म मोटर कौशल (fine motor skills) के लिए नियंत्रण प्रणाली टूट रही है।
यह देखने के लिए कि इन विफलताओं के दौरान मस्तिष्क के भीतर क्या हो रहा था, शोधकर्ताओं ने मोटर कॉर्टेक्स में तंत्रिका कोशिकाओं की विद्युत गतिविधि को देखा। उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे रोग आगे बढ़ा, इन कोशिकाओं की समग्र गतिविधि काफी कम हो गई। यह विशेष रूप रूप से तब हुआ जब चूहे वास्तव में पेलेट के लिए पहुँचने की कोशिश कर रहे थे। कोशिकाएं शांत और कम प्रतिक्रियाशील हो गईं, ठीक उसी समय जब उन्हें गति का मार्गदर्शन करने के लिए सक्रिय होना चाहिए था। शोधकर्ताओं ने फिर इस क्षेत्र में दो अलग-अलग प्रकार की तंत्रिका कोशिकाओं को और करीब से देखा। एक प्रकार की कोशिका संकेत रीढ़ की हड्डी (spinal cord) के माध्यम से मांसपेशियों तक भेजती है, जबकि दूसरी प्रकार की कोशिका मस्तिष्क के अन्य हिस्सों के साथ संवाद करती है। उन्होंने पाया कि मांसपेशियों तक संकेत भेजने वाली कोशिकाएं वे थीं जो पहुँच के प्रयासों के दौरान उल्लेखनीय रूप से शांत और कम सक्रिय हो गई थीं। दूसरी प्रकार की कोशिका ने वैसी नाटकीय गिरावट नहीं दिखाई। यह सुझाव देता है कि वह विशिष्ट मार्ग जो गति के अंतिम आदेश को ले जाने के लिए जिम्मेदार है, सबसे अधिक बाधित होता है।
अध्ययन ने यह भी उजागर किया कि तंत्रिका कोशिकाएं एक समन्वित तरीके से मिलकर काम करने की अपनी क्षमता खो रही थीं। स्वस्थ चूहों में, कोशिकाएं एक गति को निष्पादित करने के लिए तालमेल में फायर (fire) करती थीं, लेकिन रोगग्रस्त चूहों में, यह तालमेल बिखर गया। कम कोशिकाएं एक ही समय में सक्रिय हो रही थीं, और जो कोशिकाएं सक्रिय हो रही थीं, वे अधिक स्वतंत्र रूप से कार्य करती प्रतीत हो रही थीं। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने कई हफ्तों तक एक ही व्यक्तिगत कोशिकाओं को ट्रैक किया और पाया कि उनका व्यवहार अस्थिर हो गया। एक कोशिका जिसने एक सप्ताह में पहुँचने की गति में मदद की थी, वह अगले सप्ताह ऐसा नहीं करेगी, या वह पूरी तरह से अलग तरह से व्यवहार कर सकती है। निरंतरता की इस कमी का अर्थ था कि गति के लिए मस्तिष्क का मानचित्र धुंधला और अविश्वसनीय होता जा रहा है।
अंत में, शोधकर्ताओं ने एक कंप्यूटर मॉडल का उपयोग यह देखने के लिए किया कि तंत्रिका कोशिकाओं की गतिविधि कितनी अच्छी तरह यह भविष्यवाणी कर सकती है कि चूहा पहुँच (reach) रहा है या बस बैठा हुआ है। स्वस्थ चूहों में, कोशिका गतिविधि का पैटर्न एक स्पष्ट और स्थिर संकेत था जिसे मॉडल आसानी से पढ़ सकता था। पार्किंसंस वाले चूहों में, यह संकेत अराजक हो गया। कोशिकाओं के विशिष्ट समूह जो आमतौर पर पहुँचने का संकेत देने के लिए मिलकर काम करते थे, समय के साथ अपनी भूमिकाएँ बदलने लगे, जिससे मस्तिष्क के लिए गति के इरादे को डिकोड करना बहुत कठिन हो गया। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जैसे-जैसे पार्किंसंस रोग बढ़ता है, मोटर कॉर्टेक्स केवल कम सक्रिय नहीं होता; बल्कि यह अव्यवस्थित हो जाता है। कोशिकाएं सही समूहों में फायर करने की अपनी क्षमता खो देती हैं, वे गति के प्रति लगातार प्रतिक्रिया देना बंद कर देती हैं, और विशिष्ट मार्ग जो शरीर को गति के आदेश पहुँचाते हैं, विशेष रूप से शांत हो जाते हैं। मस्तिष्क की बाहरी परत में यह टूट-फूट डोपामाइन की हानि के साथ-साथ होती है, जो एक 'डबल हिट' (दोहरी मार) पैदा करती है जिससे कुशल गति का नुकसान होता है जैसा कि इस बीमारी में देखा जाता है।
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