Longitudinal Reorganization of Cortical and Cerebellar Functional Networks in Spinocerebellar Ataxia Type 7

कल्पना कीजिए कि आपका मस्तिष्क केवल ग्रे मैटर का एक पिंड नहीं है, बल्कि एक हलचल भरा शहर है जहाँ लाखों नागरिक (न्यूरॉन्स) एक विशाल फोन नेटवर्क पर लगातार बातें कर रहे हैं। एक स्वस्थ शहर में, विभिन्न मोहल्लों के अपने स्थानीय क्लब होते हैं (जैसे चलने के लिए "मोटर डिस्ट्रिक्ट" या देखने के लिए "विजुअल डिस्ट्रिक्ट") जो एक बहुत ही व्यवस्थित तरीके से एक-दूसरे से बात करते हैं। कभी-कभी, "डिफ़ॉल्ट मोड" मोहल्ला, जहाँ आपका मन तब भटकता है जब आप दिवास्वप्न देख रहे होते हैं, "विजुअल" मोहल्ले से थोड़ा बहुत बातचीत करता है। लेकिन कुछ बीमारियों में, फोन की लाइनें आपस में मिल जाती हैं, संकेत उलझ जाते हैं, या पूरे मोहल्ले एक-दूसरे पर चिल्लाने लगते हैं जबकि उन्हें फुसफुसाना चाहिए था। यही फंक्शनल कनेक्टिविटी (functional connectivity) की दुनिया है: एक तरीका जिससे वैज्ञानिक मस्तिष्क की पृष्ठभूमि की बातचीत को सुनकर यह देखते हैं कि उसके विभिन्न हिस्से आपस में कितनी अच्छी तरह काम कर रहे हैं।

एक विशिष्ट बीमारी जो इस शहर को बिगाड़ देती है, वह है स्पिनोसेरेबेलर अटाक्सिया टाइप 7 (SCA7)। सोचिए कि सेरेबेलम (cerebellum) शहर का "संतुलन और समन्वय टॉवर" है। SCA7 में, यह टॉवर ढहने लगता है, जिससे लोग लड़खड़ाने लगते हैं और अपना संतुलन खो देते हैं। लेकिन यहाँ एक मोड़ है: यह बीमारी अद्वितीय है क्योंकि यह "विजुअल डिस्ट्रिक्ट" पर भी हमला करती है, जिससे दृष्टि संबंधी समस्याएं होती हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा कि SCA7 केवल संतुलन टॉवर की समस्या है। लेकिन यह नया अध्ययन एक बड़ा सवाल पूछता है: जैसे-जैसे टॉवर ढहता जाता है, क्या बाकी शहर का फोन नेटवर्क वैसा ही रहता है, या यह पूरी तरह से पुनर्गठित (rewired) हो जाता है? और क्या हम इन फोन कॉल्स को सुनकर यह अनुमान लगा सकते हैं कि कोई व्यक्ति कितना बीमार हो रहा है?

पुनर्गठित मस्तिष्क की कहानी

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम जासूसों की तरह मस्तिष्क की फोन लाइनों को लंबे समय तक सुनने वाले दल की तरह काम करती है। उन्होंने 16 SCA7 रोगियों और उनके 16 स्वस्थ मित्रों (जो उनकी आयु और पृष्ठभूमि से मेल खाते थे) को लगभग दो साल तक ट्रैक किया। उन्होंने इन समूहों के तीन दौर किए, और उनसे "स्नैपशॉट" लिए जब वे अपनी आँखें बंद करके बस बैठे थे और उनका मन भटक रहा था। उन्होंने यह देखने के लिए कि मस्तिष्क के कौन से हिस्से आपस में बात कर रहे हैं, fMRI स्कैनर नामक एक विशेष मशीन का उपयोग किया।

शोधकर्ताओं ने पाया कि SCA7 समूह वास्तव में बिगड़ रहा था। उनके संतुलन स्कोर (जिसे SARA नामक परीक्षण द्वारा मापा गया) काफी बढ़ गए, जिसका अर्थ था कि उनका समन्वय कम हो रहा था। उनके सोचने के स्कोर (MoCA और MMSE) भी थोड़े गिर गए। लेकिन असली कहानी फोन लाइनों में थी।

विजुअल डिस्ट्रिक्ट नेतृत्व लेता है

सबसे आश्चर्यजनक खोज यह थी कि विजुअल नेटवर्क (वह हिस्सा जो आप देखते हैं उसे प्रोसेस करता है) सबसे लगातार गड़बड़ाने वाला सिस्टम था। भले ही यह बीमारी संतुलन टॉवर को नष्ट करने के लिए प्रसिद्ध है, लेकिन विजुअल मस्तिष्क का हिस्सा अध्ययन के दौरान सबसे अधिक अराजक फोन कॉल दिखाने वाला हिस्सा था।

जैसे-जैसे समय बीतता गया, मस्तिष्क केवल शांत नहीं हुआ; यह गलत जगहों पर अजीब तरह से शोर करने लगा।

• "दिवास्वप्न" और "देखने" का मिश्रण: स्वस्थ लोगों में, "डिफ़ॉल्ट मोड" नेटवर्क (दिवास्वप्न देखना) और "विजुअल" नेटवर्क आमतौर पर एक सम्मानजनक दूरी बनाए रखते हैं। लेकिन SCA7 समूह में, ये दोनों एक-दूसरे से अधिक और अधिक बात करने लगे। अध्ययन के अंत तक, वे व्यावहारिक रूप से अविभाज्य हो गए थे, जो इस बात का संकेत था कि मस्तिष्क अपने मोहल्लों को अलग रखने के लिए संघर्ष कर रहा था।
• बैलेंस टॉवर के नए पड़ोसी: शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि "सोमेटोमोटर" नेटवर्क (जो गति को नियंत्रित करता है) का "सेरेबेलर डोर्सल अटेंशन" नेटवर्क (बैलेंस टॉवर का एक हिस्सा) के साथ अजीब, तीव्र संवाद शुरू हो गया। SCA7 समूह में, यह संबंध एक अजीब पैटर्न में ऊपर-नीचे होता रहा जो स्वस्थ लोगों में नहीं देखा गया।

समय के साथ शहर और भी अस्त-व्यस्त होता गया

अध्ययन की शुरुआत में ही, स्वस्थ समूह की तुलना में SCA7 समूह में कुछ टूटी हुई फोन लाइनें मौजूद थीं। लेकिन जैसे-जैसे दो साल बीतते गए, समस्याएँ केवल बैलेंस टॉवर या विजुअल डिस्ट्रिक्ट तक ही सीमित नहीं रहीं। अराजकता फैल गई। अंतिम दौरे तक, "शोर" लगभग शहर के हर हिस्से में फैल गया था, जिसमें मस्तिष्क की बाहरी परत और सेरेबेलम के बीच के कनेक्शन, और यहाँ तक कि सेरेबेलम के विभिन्न हिस्सों के बीच के कनेक्शन भी शामिल थे। ऐसा लग रहा था जैसे बीमारी कुछ विशिष्ट मोहल्लों से शुरू हुई थी लेकिन अंततः इसने पूरे शहर में एक ट्रैफिक जाम पैदा कर दिया जहाँ हर जिला दूसरे जिले पर चिल्ला रहा था।

क्या एक कंप्यूटर बीमारी को पहचान सकता है?

शोधकर्ताओं ने फिर एक कंप्यूटर को जासूस के रूप में काम करने के लिए कहा। उन्होंने कंप्यूटर को यह डेटा दिया कि कौन किससे बात कर रहा है (फंक्शनल कनेक्टिविटी) और उससे पूछा: "क्या यह व्यक्ति स्वस्थ है या उसे SCA7 है?"

कंप्यूटर इसमें अविश्वसनीय रूप से कुशल था। लॉजिस्टिक्स रिग्रेशन (Logistic Regression) नामक विधि का उपयोग करते हुए, इसने 96.4% बार SCA7 रोगियों की सही पहचान की। यह इतना सटीक था कि इसने 32 लोगों में से केवल एक गलती की। कंप्यूटर ने अनुमान लगाने के लिए जिन विशेषताओं का उपयोग किया, वे वही बिखरी हुई फोन लाइनें थीं जिन्हें वैज्ञानिकों ने पाया था: विजुअल, डिफ़ॉल्ट मोड और सेरेबेलर नेटवर्कों के बीच के अजीब संबंध। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क की पृष्ठभूमि की बातचीत को सुनना बीमारी को पहचानने का एक शक्तिशाली तरीका है, जो लक्षणों को देखने से भी बेहतर है।

इसका क्या अर्थ है

यह शोध पत्र बताता है कि SCA7 केवल संतुलन टॉवर की बीमारी नहीं है; यह पूरे मस्तिष्क के संचार नेटवर्क को पुनर्गठित करने वाली बीमारी है। विजुअल सिस्टम सबसे संवेदनशील शुरुआती चेतावनी संकेत प्रतीत होता है, और जैसे-जैसे बीमारी बढ़ती है, मस्तिष्क का संगठन तेजी से अराजक होता जाता है। हालाँकि यह अध्ययन छोटा है और निश्चित होने के लिए इसे अधिक लोगों पर परीक्षण करने की आवश्यकता है, फिर भी यह एक आशाजनक नया उपकरण प्रदान करता है: इन फोन लाइनों को मैप करके, डॉक्टर एक दिन यह ट्रैक करने में सक्षम हो सकते हैं कि बीमारी कितनी तेजी से बढ़ रही है और यह देख सकते हैं कि क्या नए उपचार वायरिंग को ठीक करने में मदद कर रहे हैं। मस्तिष्क अनुकूलन करने की कोशिश कर रहा है, लेकिन SCA7 में, यह अनुकूलन एक सहायक मरम्मत के बजाय पूरे शहर में बिजली के उछाल (power surge) जैसा दिखता है।