Self-timed movement initiation requires rapid sequential coordination of circuits in prefrontal cortex and cerebellum
चूहों में एक नवीन स्व-समयबद्ध (self-timed) संचलन कार्य का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अंतर्जात संचलन की शुरुआत प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स और लेटरल सेरिबेलम में न्यूरॉन्स की तीव्र क्रमिक भर्ती द्वारा कारणवश संचालित होती है।
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अपने मस्तिष्क की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ अलग-अलग इलाके अलग-अलग कामों में विशेषज्ञता रखते हैं। कुछ क्षेत्र सिटी हॉल की तरह हैं, जो बड़े निर्णय लेते हैं कि क्या करना है। अन्य ट्रैफिक कंट्रोल सेंटर की तरह हैं, जो यह तय करते हैं कि ठीक कब हिलना है। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों को पता था कि जब ट्रैफिक लाइट हरी होती है (एक बाहरी संकेत), तो कारों को चलाने के लिए घटनाओं की एक विशिष्ट श्रृंखला होती है। लेकिन क्या होता है जब कोई ट्रैफिक लाइट नहीं होती? क्या होगा यदि आपको अपनी मर्जी से, इस अहसास पर कि रास्ता साफ है, सड़क पार करने का निर्णय लेना पड़े? यह "स्व-समयबद्ध" (self-timed) गति का रहस्य है। यह किसी चिल्लाहट पर प्रतिक्रिया देने और तैयार महसूस होने पर डाइविंग बोर्ड से कूदने का निर्णय लेने के बीच का अंतर है। इसे समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि कैसे हमारे मस्तिष्क दुनिया के प्रति केवल प्रतिक्रिया देने के बजाय, अंदर से बाहर की ओर क्रियाएं उत्पन्न करते हैं।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने चूहों का उपयोग करके इस आंतरिक समय प्रणाली के कोड को तोड़ने का लक्ष्य रखा। उन्होंने एक पेचीदा खेल बनाया जिसे "ओमिटेड ऑडबॉल" (Omitted Oddball) टास्क कहा गया। कल्पना कीजिए कि एक चूहा चमकती हुई हरी रोशनी की एक श्रृंखला के सामने बैठा है जो एक मेट्रोनोम की तरह चालू और बंद होती है। हर बार जब रोशनी चमकती है, तो चूहा उम्मीद करता है कि यह चलती रहेगी। लेकिन अचानक, एक चमक छूट जाती है। वह छूटी हुई चमक "ओमिशन" (omission) है। चूहे को यह समझना होगा कि, "अरे, रोशनी तब नहीं चमकी जब उसे चमकना चाहिए था!" और अपनी आँख को हवा के एक झोंके से बचाने के लिए तुरंत अपनी पलक झपकानी होगी। पेच यह है कि चूहे को यह समझना होगा कि रोशनी को कब चमकना चाहिए था, भले ही वह नहीं चमकी। यह ठीक वैसा ही है जैसे आप अपने दोस्त के टेक्स्ट भेजने का इंतज़ार कर रहे हों, और जब वे उस सटीक समय पर टेक्स्ट नहीं भेजते जब वे आमतौर पर भेजते हैं, तो आप जानते हैं कि कुछ गड़बड़ है और आप तुरंत उन्हें कॉल करते हैं।
वैज्ञानिक जानना चाहते थे कि: मस्तिष्क के कौन से हिस्से इस सेकंडों के भीतर होने वाले निर्णय लेने के लिए एक-दूसरे से बात कर रहे हैं? उन्होंने दो प्रमुख खिलाड़ियों पर ध्यान केंद्रित किया: प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (विशेष रूप से डोर्सोमेडियल हिस्सा, या dmPFC), जो मस्तिष्क के कार्यकारी कार्यालय की तरह है, और सेरिबैलम (विशेष रूप से डेंटेट न्यूक्लियस), जो एक सटीक टाइमिंग कोच के रूप में कार्य करता है। अपने सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए, उन्होंने एक उच्च-तकनीकी "पॉज बटन" का उपयोग किया जिसे ऑप्टोजेनेटिक्स (optogenetics) कहा जाता है। इसने उन्हें चूहों के मस्तिष्क में बहुत कम समय के लिए प्रकाश के सूक्ष्म, सटीक विस्फोटों को डालने की अनुमति दी ताकि वे खेल के विभिन्न क्षणों के दौरान इन मस्तिष्क क्षेत्रों को अस्थायी रूप से बंद कर सकें।
यहाँ उन्हें क्या मिला, और यह एक रिले रेस की तरह है जहाँ बैटन पास (baton pass) अविश्वसनीय रूप से तेज़ होता है। जब रोशनी को मिस किया जाना था (ओमिशन), तो dmPFC पहले सक्रिय हुआ। इसने एक आंतरिक "जाओ!" (GO!) सिग्नल भेजा। लेकिन इस सिग्नल ने सीधे गति को ट्रिगर नहीं किया। इसके बजाय, यह सेरिबैलम की ओर बढ़ा। सेरिबैलम ने फिर गतिविधि का एक "रैंप" शुरू किया, जो धीरे-धीरे बढ़ता गया जब तक कि इसने एक थ्रेशोल्ड को छुआ और पलक झपकने की क्रिया को ट्रिगर किया।
प्रयोग का जादू "पॉज बटन" की टाइमिंग में था। जब वैज्ञानिकों ने ओमिशन के समय के आसपास dmPFC को संक्षिप्त रूप से बंद कर दिया, तो चूहों ने केवल देरी से पलक नहीं झपकाई; बल्कि, वे अक्सर पलक झपकाए ही नहीं। ऐसा लग रहा था जैसे "जाओ!" सिग्नल को शुरू होने से पहले ही रोक दिया गया हो। हालाँकि, जब उन्होंने ओमिशन के ठीक बाद सेरिबैलम (डेंटेट न्यूक्लियस) को बंद कर दिया, तो चूहों ने पलक झपकाई, लेकिन वे लगभग 70 मिलीसेकंड की देरी से झपकी। यह ऐसा था जैसे "जाओ!" सिग्नल पहले ही भेजा जा चुका था, लेकिन धावक (सेरिबैलम) को क्षण भर के लिए ठोकर लगी और उसे फिनिश लाइन पार करने से पहले वापस उठना पड़ा।
यह एक बहुत ही विशिष्ट, दो-चरणीय नृत्य का सुझाव देता है। पहले, प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स छूटे हुए इवेंट का पता लगाता है और एक संक्षिप्त, आंतरिक "जाओ!" सिग्नल भेजता है। दूसरा, सेरिबैलम उस सिग्नल को प्राप्त करता है और उसे एक सटीक मोटर कमांड में बदल देता है। यदि आप पहले चरण को रोकते हैं, तो क्रिया कभी नहीं होती। यदि आप दूसरे चरण को रोकते हैं, तो क्रिया केवल देर से होती है। शोधकर्ताओं ने इस विचार को भी खारिज कर दिया कि चूहे केवल रोशनी के बंद होने का इंतज़ार कर रहे थे और फिर प्रतिक्रिया दे रहे थे; उन्होंने साबित किया कि चूहे वास्तव में भविष्य की भविष्यवाणी कर रहे थे और संकेत की अनुपस्थिति पर प्रतिक्रिया दे रहे थे।
तो, अगली बार जब आप बिना किसी काउंटडाउन के गिटार पर अपना गाना शुरू करने का निर्णय लें या पूल में कूदें, तो याद रखें: आपका मस्तिष्क केवल किसी संकेत का इंतज़ार नहीं कर रहा है। यह आपके निर्णय लेने वाले केंद्र और आपके टाइमिंग केंद्र के बीच एक छोटा, बिजली की गति वाला रिले रेस चला रहा है, जो एक सेकंड के अंश में एक मानसिक बैटन पास कर रहा है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि आप बिल्कुल सही क्षण पर चलें।
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