Pupil size and pupil change correlate with distinct cortical neurochemical systems across the adult lifespan

मानव पुतली (प्यूपिल) केवल कमरे की चमक के अनुसार खुद को ढालने से कहीं अधिक कार्य करती है। जहाँ यह तेज रोशनी में सिकुड़ती है और अंधेरे में दृष्टि को नियंत्रित करने के लिए फैलती है, वहीं यह मन की आंतरिक स्थिति पर भी प्रतिक्रिया करती है। जब कोई व्यक्ति आश्चर्यचकित होता है, ध्यान केंद्रित करता है, या मानसिक रूप से व्यस्त होता है, तो उनकी पुतलियाँ अक्सर फैल जाती हैं या चौड़ी हो जाती हैं, भले ही प्रकाश स्थिर बना रहे। दशकों से, वैज्ञानिकों को संदेह था कि ये स्वतः होने वाले परिवर्तन मस्तिष्क के "लोकस कोएर्युलियस" (locus coeruleus) की एक खिड़की हैं, जो तंत्रिकाओं का एक छोटा, गहरा स्थित समूह है जो मस्तिष्क के मुख्य नोरएपिनेफ्रिन (norepinephrine) स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो सतर्कता और ध्यान के लिए एक महत्वपूर्ण रासायनिक संदेशवाहक है। चूँकि इस मस्तिष्क क्षेत्र की सीधे इमेजिंग करना कठिन है, इसलिए शोधकर्ताओं को लंबे समय से उम्मीद थी कि पुतली के मापन का उपयोग इसके गतिविधि के एक विश्वसनीय, गैर-आक्रामक प्रॉक्सी (proxy) के रूप में किया जा सकता है। हालाँकि, जैसे-जैसे लोग उम्र बढ़ाते हैं, मस्तिष्क की जीव विज्ञान बदल जाती है, और इस संबंध की विश्वसनीयता स्पष्ट नहीं रही है। यदि पुतली और मस्तिष्क की सतर्कता प्रणाली के बीच का लिंक उम्र के साथ कमजोर या बदल जाता है, तो उम्र बढ़ते मस्तिष्क के अध्ययन के लिए पुतली के मापन का उपयोग भ्रामक निष्कर्षों की ओर ले जा सकता है।

इसकी जांच करने के लिए, कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने 19 से 78 वर्ष की आयु के 89 वयस्कों को एक मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग (एमआरआई) स्कैनर के भीतर एक दृश्य कार्य (visual task) करने के लिए एकत्रित किया। प्रतिभागियों ने एक स्क्रीन देखी जहाँ यादृच्छिक अंतरालों पर विभिन्न आकार और चमक के वृत्त दिखाई दे रहे थे। अधिकांश वृत्त मानक थे, लेकिन कभी-कभी एक बड़ा वृत्त, जिसे "ऑडबॉल" (oddball) कहा जाता, दिखाई देता था, जो प्रतिभागी को बटन दबाने के लिए प्रेरित करता था। शोधकर्ताओं ने बहुत उच्च गति पर प्रतिभागियों की पुतली के आकार को निरंतर रिकॉर्ड किया और साथ ही उनके मस्तिष्क को स्कैन किया ताकि रक्त प्रवाह को मापा जा सके, जो तंत्रिका गतिविधि के एक प्रॉक्सी के रूप में कार्य करता है। वे विशेष रूप से इस बात में रुचि रखते थे कि क्या पुतली का आकार और उसके परिवर्तन की गति मस्तिष्क की नोराड्रेनेर्जिक प्रणाली में गतिविधि से जुड़ी है, और क्या ये संबंध पूरे वयस्क जीवनकाल में सत्य बने रहते हैं।

अध्ययन से पता चला कि पुतली का व्यवहार एक एकल, एकीकृत संकेत नहीं है बल्कि इसमें दो अलग-अलग प्रकार की जानकारी होती है जो अलग-अलग समयसीमा पर काम करती है और मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों से जुड़ी होती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि किसी भी क्षण में पुतली का वास्तविक आकार मस्तिष्क की गतिविधि के एक विशिष्ट पैटर्न के साथ सहसंबंध रखता है, जबकि पुतली के आकार में तीव्र परिवर्तन—यह कितनी तेजी से फैलती या सिकुड़ती है—बिल्कुल अलग पैटर्न की मस्तिष्क गतिविधि के साथ सहसंबंध रखता है। ये दो संकेत न केवल एक ही समय पर होते हैं; वे मस्तिष्क के भीतर दो अलग-अलग रासायनिक प्रणालियों से जुड़े होते हैं। पुतली के आकार में तीव्र परिवर्तनों का सीधा संबंध उन मस्तिष्क क्षेत्रों से था जो नोरएपिनेफ्रिन ट्रांसपोर्टर से समृद्ध हैं, जो मस्तिष्क के सतर्कता रसायन को प्रबंधित करने वाला प्रोटीन है। यह पुष्टि करता है कि जब पुतली अचानक चौड़ी या संकुचित होती है, तो वह वास्तव में मस्तिष्क की सतर्कता प्रणाली की गतिविधि को ट्रैक करती है। इसके विपरीत, पुतली का स्थिर आकार ओपिओइड और कैनबिनॉइड रिसेप्टर्स से घने मस्तिष्क क्षेत्रों से जुड़ा था, जो यह सुझाव देता है कि पुतली का आधारभूत आकार एक अलग, धीमी गति से कार्य करने वाली रासायनिक अवस्था को दर्शाता है, जो संभवतः तत्काल सतर्कता के बजाय दर्द विनियमन या मनोदशा से संबंधित है।

महत्वपूर्ण रूप से, अध्ययन ने इस बात की जांच की कि ये संबंध उम्र बढ़ने के साथ कैसे बने रहते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि तीव्र पुतली परिवर्तनों और मस्तिष्क की सतर्कता प्रणाली के बीच का संबंध जीवन भर महत्वपूर्ण बना रहता है, लेकिन वृद्ध वयस्कों में यह थोड़ा कमजोर हो जाता है। विशेष रूप से, सबसे वृद्ध प्रतिभागियों में मस्तिष्क के उन क्षेत्रों की संख्या कम हो गई जो पुतली के परिवर्तनों के साथ एक मजबूत संबंध दिखाते थे, और युवा लोगों की तुलना में वृद्ध वयस्कों में नोरएपिनेफ्रिन प्रणाली के साथ संबंध की मजबूती कम थी। हालाँकि, स्थिर पुतली आकार और ओपिओइड-संबंधित मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच का लिंक उम्र के साथ बिल्कुल नहीं बदला; यह एक 70 वर्षीय व्यक्ति में भी उतना ही मजबूत रहा जितना कि एक 20 वर्षीय व्यक्ति में। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सुझाव देता है कि जबकि मस्तिष्क की सतर्कता प्रणाली उम्र के साथ पुतली की गतिविधियों के साथ कम तालमेल बिठा सकती है, पुतली द्वारा दर्शाए गए मस्तिष्क के अन्य पहलू स्थिर रहते हैं।

शोधकर्ताओं ने सतर्कता के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क क्षेत्र, लोकस कोएर्युलियस, का सीधे अध्ययन किया, लेकिन पाया कि इस छोटे से ढांचे से संकेत मानक स्कैनिंग तकनीकों का उपयोग करके व्यक्तिगत प्रतिभागियों में विश्वसनीय रूप से मापना बहुत कठिन था। हार मानने के बजाय, उन्होंने पूरे मस्तिष्क में पुतली के प्रभाव का मानचित्रण किया। उन्होंने पाया कि पुतली के आकार में तीव्र परिवर्तन मस्तिष्क के उन विशाल नेटवर्क से सबसे मजबूती से जुड़े थे जो ध्यान और संवेदी प्रसंस्करण (sensory processing) में शामिल हैं, जो मस्तिष्क के पिछले हिस्से से लेकर ब्रेनस्टेम तक फैला हुआ है। यह व्यापक पैटर्न, न कि एक एकल बिंदु संकेत, वह है जिसे पुतली ट्रैक करती है। अध्ययन ने इस विचार को भी खारिज कर दिया कि ये मस्तिष्क-पुतली लिंक केवल हृदय गति या श्वसन में परिवर्तन के कारण थे, क्योंकि शोधकर्ताओं ने अपने डेटा से उन कारकों को सावधानीपूर्वक हटा दिया और पैटर्न फिर भी बने रहे।

अंततः, यह कार्य स्पष्ट करता है कि पुतली एक जटिल उपकरण है जो दो अलग-अलग कहानियाँ बताती है। एक कहानी परिवर्तन की गति के बारे में है, जो मस्तिष्क की सतर्कता प्रणाली को ट्रैक करती है और उम्र के साथ इसके समन्वय में मामूली गिरावट दिखाती है। दूसरी कहानी स्थिर अवस्था के बारे में है, जो एक अलग रासायनिक प्रणाली को ट्रैक करती है और जीवन भर सुसंगत रहती है। इसका अर्थ यह है कि यदि वैज्ञानिक उम्र बढ़ते मस्तिष्क को समझने के लिए पुतली के मापन का उपयोग करना चाहते हैं, तो उन्हें पुतली के आकार और उसके बदलने की गति के बीच अंतर करने में सावधानी बरतनी चाहिए। इन दोनों संकेतों को अलग करके, शोधकर्ता बेहतर ढंग से समझ सकते हैं कि मस्तिष्क के कौन से हिस्से उम्र बढ़ रहे हैं और कौन से स्थिर हैं, जिससे बिना किसी आक्रामक प्रक्रिया के मस्तिष्क के स्वास्थ्य की निगरानी करने का एक अधिक सटीक तरीका मिलता है। निष्कर्ष बताते हैं कि जबकि मस्तिष्क की सतर्कता मशीनरी उम्र के साथ आँख के साथ अपने समन्वय को धीमा कर सकती है, मस्तिष्क का मौलिक रासायनिक परिदृश्य पुतली के माध्यम से इन सूक्ष्म, मापने योग्य बदलावों के जरिए सुलभ बना रहता है।