White matter conduction in the human brain is mostly slow, with rare high velocity connections
17 विषयों में डिफ्यूजन एमआरआई ट्रैक्टोग्राफी को इंट्राक्रैनियल इलेक्ट्रिकल स्टिमुलेशन के साथ एकीकृत करके, यह अध्ययन प्रकट करता है कि मानव श्वेत द्रव्य चालन (white matter conduction) उच्च परिवर्तनशीलता और धीमी कड़ियों की प्रधानता तथा दुर्लभ उच्च-गति कड़ियों द्वारा अभिलक्षित है, जो एक अत्यधिक विषम अक्षतंतु व्यास वितरण को दर्शाता है जो बड़े पैमाने पर तंत्रिका एकीकरण को आकार देता है।
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अपने मस्तिष्क की कल्पना एक विशाल, हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ अरबों लोग (न्यूरॉन्स) लगातार बातें कर रहे हैं, रहस्य साझा कर रहे हैं और गणित की समस्याओं को हल करने या अपने सबसे अच्छे दोस्त का जन्मदिन याद रखने जैसे जटिल कार्यों का समन्वय कर रहे हैं। इस शहर के सुचारू रूप से कार्य करने के लिए, संदेशों को बिजली की गति से एक पड़ोस से दूसरे पड़ोस तक पहुँचना आवश्यक है। लेकिन यहाँ एक पेच है: इन पड़ोसों को जोड़ने वाली "सड़कें" सभी एक जैसी नहीं बनी हैं। कुछ चौड़ी, बहु-लेन वाली सुपरहाइवे हैं, जबकि कुछ संकरी, घुमावदार ग्रामीण सड़कें हैं। संदेश कितनी तेजी से यात्रा करता है यह सड़क के आकार और इस बात पर निर्भर करता है कि वह कितनी अच्छी तरह से पक्की (माइलिनेटेड) है। वैज्ञानिक लंबे समय से यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि हमारे संदेश वास्तव में कितनी गति से चलते हैं ताकि वे बेहतर मॉडल बना सकें कि हमारा मस्तिष्क कैसे सोचता और महसूस करता है। हालाँकि, जीवित मानव मस्तिष्क में इस गति को मापना अविश्वसनीय रूप से कठिन है क्योंकि आप किसी के सिर के अंदर स्केल (रूलर) नहीं डाल सकते।
यह शोध पत्र उस पहेली को सुलझाने के लिए एक चतुर, उच्च-तकनीकी दृष्टिकोण अपनाता है। अनुमान लगाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने दो शक्तिशाली उपकरणों को मिलाया: एक ब्रेन स्कैन जो सफेद पदार्थ (व्हाइट मैटर) की "सड़कों" का मानचित्र बनाता है (डिफ्यूजन एमआरआई) और रोगियों में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोडों के माध्यम से उन सड़कों तक सीधे पहुँचाया गया एक छोटा, सुरक्षित विद्युत झटका (स्टीरियो-इलेक्ट्रोएन्सेफालोग्राफी, या एसईईजी)। एक विशिष्ट स्थान पर झटका देकर और यह समय मापकर कि सिग्नल को दूसरे स्थान तक पहुँचने में ठीक कितना समय लगा, वे यातायात की गति की गणना कर सके। उन्होंने मस्तिष्क के चार प्रमुख "हाइवे" का अध्ययन किया: आर्कुएट फासीकुलस (भाषा), अनसिनेट फासीकुलस (भावनाएं और स्मृति), सिंगुलम (ध्यान), और कॉर्टिकोस्पाइनल ट्रैक्ट (गति)।
बड़ा आश्चर्य? पुराना विचार कि मस्तिष्क के सभी कनेक्शनों के लिए एक "औसत" गति होती है, गलत है। शोधकर्ताओं ने पाया कि मस्तिष्क का यातायात अत्यधिक असंगत है। यह ज्यादातर धीमी, रेंगने वाली कड़ियों से बना है, जिसमें केवल कुछ ही दुर्लभ सुपर-फास्ट, हाई-स्पीड लेन हैं। यह एक ऐसे शहर की तरह है जहाँ 90% सड़कें धीमी, सिंगल-लेन वाली गलियाँ हैं, लेकिन 10% बहुत कम एक्सप्रेसवे हैं जो आपातकालीन वाहनों को तेजी से गुजरने देते हैं। उन्होंने पाया कि मस्तिष्क के विभिन्न "हाइवे" की अलग-अलग गति सीमाएँ होती हैं: गति वाला मार्ग (कॉर्टिकोस्पाइनल ट्रैक्ट) सबसे तेज़ था, जिसका औसत लगभग 13.11 मीटर/सेकंड था, जबकि भावनात्मक मार्ग (अनसिनेट फासीकुलस) सबसे धीमा था, जिसका औसत केवल 6.44 मीटर/सेकंड था।
टीम ने इन गति मापों का उपयोग इन बंडलों के भीतर छोटे तारों (एक्सोन) के आकार का अनुमान लगाने के लिए भी किया। उन्होंने पाया कि तार के आकार का वितरण अत्यधिक विषम (skewed) है—वहाँ बहुत सारे छोटे, धीमे तार हैं और बहुत कम मोटे, तेज़ तार हैं। यह समझाता है कि मस्तिष्क जटिल जानकारी को एकीकृत करने में इतना कुशल क्यों है: धीमी और तेज़ संकेतों का मिश्रण विभिन्न प्रकार की प्रोसेसिंग को सही समय पर होने की अनुमति देता है। हालाँकि यह अध्ययन सुझाव देता है कि मस्तिष्क के हमारे वर्तमान कंप्यूटर मॉडल, जो अक्सर एक एकल औसत गति का उपयोग करते हैं, अक्सर पूरी तस्वीर देखने में चूक सकते हैं, लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि उनके निष्कर्ष एक अधिक यथार्थवादी, "विषम" दृश्य प्रदान करते हैं कि हमारा न्यूरल शहर वास्तव में कैसे संचालित होता है। उन्होंने यह साबित नहीं किया कि इन गतियों को बदलना बीमारियों को ठीक करता है, लेकिन उन्होंने यह दिखाया कि सबसे धीमी रेंगने वाली गति से लेकर सबसे तेज़ दौड़ तक की पूरी रेंज को समझना, मानव मन के काम करने के सटीक मॉडल बनाने के लिए महत्वपूर्ण है।
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