A cognitive representation in primary visual cortex modulated by vision
यह अध्ययन दर्शाता है कि अंधेरे में नेविगेट करने वाले चूहों में, प्राथमिक दृश्य प्रांतस्था (V1) के न्यूरॉन्स का एक महत्वपूर्ण हिस्सा दृश्य इनपुट के बजाय गति के पथ-अपरिवर्तनीय संज्ञानात्मक मानचित्रों को एनकोड करता है, जिसमें दृष्टि बाद में इस आंतरिक प्रतिनिधित्व को बदलने के बजाय उसे संशोधित करती है।
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द दशकों से, हम कैसे देखते हैं, इसकी मानक कहानी एक सीधी रिले रेस की तरह रही है। प्रकाश आँख से टकराता है, मस्तिष्क के पिछले हिस्से तक जाता है, और प्राथमिक दृश्य वल्कुट (प्राइमरी विजुअल कॉर्टेक्स), जिसे V1 के रूप में जाना जाता है, में एक श्रृंखला अभिक्रिया को सक्रिय करता है। इस पारंपरिक दृष्टिकोण में, V1 एक निष्क्रिय स्क्रीन है, एक जैविक प्रोजेक्टर जो केवल वही प्रदर्शित करता है जो आँखें देख रही होती हैं। यदि आँखें एक पेड़ देखती हैं, तो V1 पेड़ के आकार के साथ चमक उठता है; यदि आँखें एक दीवार देखती हैं, तो V1 एक दीवार दिखाता है। यह माना जाता था कि मस्तिष्क का काम मुख्य रूप से बाहरी दुनिया के प्रति प्रतिक्रिया करना था, जिसमें आंतरिक विचार या स्मृतियाँ केवल एक मामूली, पृष्ठभूमि भूमिका निभाती थीं। लेकिन यह सरल चित्र उस महत्वपूर्ण हिस्से को छोड़ देता है जो जानवरों, जिनमें मनुष्य भी शामिल हैं, वास्तव में अपने जीवन को नेविगेट करने के लिए उपयोग करते हैं। हम केवल अपने सामने जो है उस पर प्रतिक्रिया नहीं करते हैं; हम लगातार इस बात का मानसिक सिमुलेशन चलाते हैं कि हम कहाँ हैं, हम कहाँ रहे हैं, और हम कहाँ जा रहे हैं। वह प्रश्न जिसने वैज्ञानिकों को लंबे समय से उलझा रखा है, यह है कि क्या यह आंतरिक मानचित्र केवल मस्तिष्क के गहरे स्मृति केंद्रों में मौजूद है, या क्या दृष्टि का पहला चरण भी उस मानचित्र को चलाने में शामिल है।
कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन फ्रांसिस्को और यूनिवर्सिटी ऑफ रोचेस्टर के शोधकर्ताओं की एक टीम ने चूहों को भूलभुलैया (मेज़) में नेविगेट करते हुए उनके मस्तिष्क को देखकर इस विचार का परीक्षण करने का निर्णय लिया। उन्होंने प्राथमिक दृश्य वल्कुट (विजुअल कॉर्टेक्स) पर ध्यान केंद्रित किया, जो हिस्सा आमतौर पर केवल वही संसाधित करता है जो आँखें देखती हैं। यह देखने के लिए कि जब आँखों के पास देखने के लिए कुछ न हो तो क्या होता है, उन्होंने चूहों को पूर्ण अंधकार में एक विशिष्ट पथ पर दौड़ने के लिए प्रशिक्षित किया। चूहों को एक W-आकार की भूलभुलैया सीखनी थी, जो एक केंद्र शुरुआती बिंदु से दो बाहरी भुजाओं में से एक की ओर जाती है, और फिर वापस आती है, प्रत्येक यात्रा पर अपनी बारी बदलते हुए। एक बार जब चूहों ने मार्ग में महारत हासिल कर ली, तो शोधकर्ताओं ने अंधेरे में भूलभुलैया में दौड़ते समय चूहों के दृश्य वल्कुट में हजारों न्यूरॉन्स की गतिविधि को रिकॉर्ड किया।
परिणाम पारंपरिक दृष्टिकोण के लिए पूरी तरह से आश्चर्यजनक थे। भले ही चूहे घने अंधेरे में थे और एक भी चीज़ नहीं देख पा रहे थे, उनके दृश्य वल्कुट के एक बड़े बहुमत के न्यूरॉन्स अत्यधिक संगठित तरीके से सक्रिय थे। ये न्यूरॉन्स केवल यादृच्छिक रूप से सक्रिय नहीं थे; वे चूहे की प्रगति को ट्रैक कर रहे थे। जैसे-जैसे चूहा आगे बढ़ता, न्यूरॉन्स का एक विशिष्ट समूह जानवर की स्थिति के अनुरूप एक क्रम में चमक उठता था। अधिक उल्लेखनीय रूप से, यह गतिविधि कमरे में किसी विशिष्ट भौतिक स्थान से जुड़ी नहीं थी। इसके बजाय, न्यूरॉन्स ने पथ की संरचना के प्रति प्रतिक्रिया दी। यदि चूहा बाईं ओर मुड़ रहा था, तो मोड़ के उसी बिंदु पर न्यूरॉन्स का एक विशिष्ट सेट सक्रिय होता था, चाहे चूहा भूलभुलैया के बाईं ओर हो या दाईं ओर। मस्तिष्क ने यात्रा का एक मानसिक प्रतिनिधित्व बना लिया था, जो किसी भी दृश्य इनपुट से स्वतंत्र था।
शोधकर्ताओं ने फिर वास्तविक दृष्टि के साथ इस आंतरिक मानचित्र के तालमेल को देखने के लिए लाइटें वापस चालू कर दीं। उन्होंने भूलभुलैया की दीवारों पर डॉट्स या धारियों जैसे दृश्य पैटर्न रखे। जब चूहे इन लाइटों के साथ भूलभुलैया में दौड़े, तो दृश्य वल्कुट केवल दीवारों पर दिखने वाले पैटर्न को दिखाने के लिए स्विच नहीं हुआ। इसके बजाय, पथ का आंतरिक मानचित्र प्रमुख संकेत बना रहा। दृश्य उद्दीपन (विजुअल स्टिमुली) एक वॉल्यूम नॉब की तरह कार्य करते थे, जो चूहे द्वारा देखे जाने वाले दृश्य के आधार पर पथ-ट्रैकिंग न्यूरॉन्स की गतिविधि को ऊपर या नीचे करते थे, लेकिन उन्होंने मानचित्र को प्रतिस्थापित नहीं किया। मस्तिष्क अभी भी यात्रा के अपने आंतरिक मॉडल को चला रहा था, और दृश्य इनपुट केवल उस मॉडल की तीव्रता को समायोजित कर रहा था। यह सुझाव देता है कि दृश्य वल्कुट के एक बड़े हिस्से के लिए, दुनिया का आंतरिक प्रतिनिधित्व गतिविधि का प्राथमिक चालक है, और दृष्टि केवल एक मॉड्युलेटर के रूप में कार्य करती है।
यह पुष्टि करने के लिए कि यह पथ-ट्रैकिंग गतिविधि वास्तव में मस्तिष्क की स्मृति प्रणालियों से जुड़ी थी, शोधकर्ताओं ने हिप्पोकैम्पस (हिप्पोकैम्पस) से भी रिकॉर्डिंग की, जो स्थानिक मानचित्रों और स्मृतियों को संग्रहीत करने के लिए प्रसिद्ध मस्तिष्क का एक गहरा क्षेत्र है। उन्होंने मस्तिष्क की तीव्र गतिविधि के क्षणों को देखा जिन्हें 'शार्प-वेव रिपल्स' कहा जाता है, जो तब होते हैं जब जानवर विश्राम कर रहा होता है या स्थिर होता है और स्मृतियों को सुदृढ़ करने में शामिल होते हैं। उन्होंने पाया कि दृश्य वल्कुट में विशिष्ट न्यूरॉन्स जो अंधेरे में पथ को ट्रैक कर रहे थे, वे इन रिपल्स के दौरान हिप्पोकैम्पस के साथ मजबूती से सिंक्रोनाइज़्ड (तालमेल में) थे। यह समन्वय बताता है कि दृश्य वल्कुट और स्मृति केंद्र एक टीम के रूप में काम कर रहे हैं, और जब जानवर गति में नहीं होता है, तब भी वे दुनिया के एक ही आंतरिक मॉडल को साझा करते हैं।
ये निष्कर्ष इस लंबे समय से चले आ रहे विश्वास को चुनौती देते हैं कि दृश्य वल्कुट केवल प्रकाश का एक निष्क्रिय प्राप्तकर्ता है। इसके बजाय, अध्ययन दिखाता है कि मस्तिष्क का यह हिस्सा किसी कार्य के माध्यम से जानवर की प्रगति के संज्ञानात्मक प्रतिनिधित्व का निर्माण सक्रिय रूप से कर रहा है। दृश्य वल्कुट केवल आँखें उसे चित्र भेजने का इंतज़ार नहीं करता है; यह यात्रा के निरंतर सिमुलेशन को बनाए रखता है, जिसे फिर उस चित्र को परिष्कृत करने के लिए वास्तविक दृष्टि द्वारा सूक्ष्म रूप से ढाला जाता है। यह खोज बताती है कि हमारी दुनिया की धारणा आंतरिक अपेक्षाओं और स्मृतियों के आधार पर निर्मित होती है, जिसमें संवेदी इनपुट उस चित्र को परिष्कृत करने में एक सहायक भूमिका निभाता है। यह हमारे मस्तिष्क के काम करने के तरीके के बारे में हमारी समझ को बदल देता है, यह सुझाव देता है कि सबसे बुनियादी संवेदी क्षेत्र भी जीवन को नेविगेट करने के जटिल संज्ञानात्मक कार्य में गहराई से शामिल हैं।
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