Rapid spatial cognition in mice, with and without neocortex and hippocampus
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि नियोकोर्टेक्स और हिप्पोकैम्पस दोनों से रहित चूहे जटिल 3D स्थानिक नेविगेशन कार्यों को तेजी से सीख सकते हैं, उन्हें सामान्यीकृत कर सकते हैं और उन्हें याद रख सकते हैं, जो यह संकेत देता है कि ये परिष्कृत संज्ञानात्मक क्षमताएं सख्ती से इन मस्तिष्क संरचनाओं पर निर्भर नहीं हैं।
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एक जानवर एक नई दुनिया में अपना रास्ता कैसे सीखता है, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों ने लंबे समय से मस्तिष्क के दो विशिष्ट हिस्सों पर ध्यान केंद्रित किया है: हिप्पोकैम्पस (hippocampus) और नियोकोर्टेक्स (neocortex)। हिप्पोकैम्पस को अक्सर मस्तिष्क का आंतरिक मानचित्रकार (mapmaker) माना जाता है, जो जीवों को यह याद रखने में मदद करता है कि वे कहाँ गए थे और उन्हें कहाँ जाना है। नियोकोर्टेक्स, जो मस्तिष्क की सबसे बाहरी परत है, का मानना है कि यह जटिल सोच को संभालता है, जिससे जानवर नियमों को समझने और नई स्थितियों के अनुकूल होने में सक्षम होते हैं। दशकों से, प्रचलित दृष्टिकोण यह रहा है कि तीव्र सीखना—केवल कुछ प्रयासों के बाद किसी समस्या को हल करने की क्षमता—इन दो परिष्कृत संरचनाओं की आवश्यकता होती है। यदि किसी जानवर में ये नहीं होते, तो यह माना जाता था कि वह 'ट्रायल एंड एरर' (प्रयास और त्रुटि) के चक्र में फंसा रहेगा, और अपने परिवेश की मानसिक छवि बनाने या सफल मार्ग को याद रखने में असमर्थ होगा। इस विचार ने हमारी बुद्धिमत्ता की समझ को आकार दिया है, यह सुझाव देते हुए कि त्वरित सोच जटिल मस्तिष्क का एक विलासितापूर्ण गुण है।
हालाँकि, एक नया अध्ययन इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है और एक सरल प्रश्न पूछता है: क्या होता है जब आप उन्हीं हिस्सों को हटा देते हैं जिन्हें हम सीखने के लिए आवश्यक मानते हैं? कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने चूहों के लिए एक जटिल, त्रि-आयामी भूलभुलैया (maze) बनाई जिसे उन्हें नेविगेट करना था, एक ऐसी संरचना जो शहर की सड़कों के ग्रिड जैसी थी लेकिन परतों में जमी हुई थी। इसके बाद उन्होंने उन चूहों का परीक्षण किया जो बिना नियोकोर्टेक्स या हिप्पोकैम्पस के पैदा हुए थे। ये जानवर, जिन्हें 'एकोर्टिकल' (acortical) चूहे कहा जाता है, केवल मस्तिष्क के पुराने, गहरे हिस्सों को रखते हैं। लक्ष्य यह देखना था कि क्या ये चूहे भूलभुलैया को सीख सकते हैं, समाधान को याद रख सकते हैं, और पहेली के नए संस्करणों पर जो सीखा है उसे लागू कर सकते हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि सीखने की क्षमता सख्ती से उन संरचनाओं पर निर्भर नहीं करती है जिन्हें हम कभी अपरिहार्य मानते थे।
शोधकर्ताओं ने 'मैनहट्टन मेज़' (Manhattan Maze) नामक एक भूलभुलैया बनाई, जो गलियारों की दो परतों से बनी एक पुनर्गठित प्रयोगशाला थी। कल्पना कीजिए कि नीचे क्षैतिज सुरंगों का एक ग्रिड है और ऊपर ऊर्ध्वाधर सुरंगों का एक समान ग्रिड है, जो एक छेद वाली प्लास्टिक शीट द्वारा अलग किया गया है। इस शीट को बदलकर, शोधकर्ता तुरंत यह बदल सकते थे कि कौन सी सुरंगें आपस में जुड़ी हैं, जिससे भौतिक भूलभुलैया को हिलाए बिना हजारों अद्वितीय लेआउट बनाना संभव हो गया। चूहों ने एक सरल संस्करण के साथ शुरुआत की ताकि यह सीख सकें कि पानी के पुरस्कार दो विशिष्ट पोर्ट्स पर उपलब्ध हैं, एक "होम" (घर) छोर पर और एक "आउट" (बाहर) छोर पर। उन्हें पानी पीने के लिए इन पोर्ट्स के बीच दौड़ना पड़ता था। एक बार जब उन्होंने इस बुनियादी दिनचर्या में महारत हासिल कर ली, तो शोधकर्ताओं ने उन्हें एक जटिल भूलभुलैया से परिचित कराया जिसमें इनाम तक पहुँचने के लिए नौ सही मोड़ लेने वाला एक लंबा, घुमावदार रास्ता था।
सामान्य चूहे इस रास्ते को बहुत तेज़ी से सीख गए। केवल कुछ घंटों के भीतर और कुछ ही पुरस्कारों के बाद, उन्होंने बिना सोचे-समझे घूमना बंद कर दिया और सीधे रास्ते लेने लगे। उन्होंने केवल मोड़ों के एक एकल क्रम को याद नहीं किया; उन्होंने बिना पीछे मुड़े आगे बढ़ने के एक सामान्य नियम को सीखा, एक ऐसा कौशल जिसे वे अगले दिन भूलभलैया के नए विन्यास में भी लागू कर सके। उन्होंने समाधान को हफ्तों तक याद रखने की क्षमता भी दिखाई। सबसे आश्चर्यजनक बात यह थी कि वे यह भी पता लगा सके कि भूलभुलैया में कौन सा विशिष्ट निर्णय बिंदु सबसे महत्वपूर्ण था, भले ही वह निर्णय स्थान और समय दोनों में पुरस्कार से दूर हो। किसी दूर के विकल्प को श्रेय देने की यह क्षमता परिष्कृत सीखने का एक लक्षण है।
इसके बाद शोधकर्ताओं ने उन चूहों पर ध्यान केंद्रित किया जिनमें नियोकोर्टेक्स और हिप्पोकैम्पस की कमी थी। शुरू में, इन जानवरों को संघर्ष करना पड़ा। उन्होंने भूलभुलैया का अन्वेषण अक्षम रूप से किया, एक ही गलियारों में बार-बार दौड़ते रहे और अपने सामान्य समकक्षों की तुलना में पानी खोजने में बहुत अधिक समय लिया। ऐसा लगा जैसे वे प्रारंभिक अन्वेषण के दौरान स्थान की मानसिक छवि बनाने में असमर्थ थे। हालाँकि, एक बार जब उन्होंने अंततः एक पुरस्कार पाया और सीखना शुरू किया, तो कुछ आश्चर्यजनक हुआ। एककोर्टिकल चूहे भी सामान्य चूहों की तरह ही तेज़ी से सुधर गए। उन्होंने सीधे रास्ते लेना सीख लिया, दिनों और हफ्तों तक रास्ते को याद रखा, और नए भूलभुलैया लेआउट के लिए अपने ज्ञान को लागू किया। वे जटिल भूलभुलैया में महत्वपूर्ण निर्णय बिंदुओं की पहचान करने में भी सफल रहे, जिससे पता चलता है कि वे इनाम से दूर किए गए विकल्प को मूल्य दे सकते हैं।
अध्ययन बताता है कि एककोर्टिकल चूहों में देरी सीखने की विफलता नहीं थी, बल्कि अन्वेषण की विफलता थी। उच्च मस्तिष्क संरचनाओं के बिना, वे पुरस्कार मिलने से पहले भूलभुलैया के बारे में जानकारी एकत्र करने में कम कुशल थे। लेकिन एक बार जब उनके पास वह पहला टुकड़ा आया, तो उनके शेष मस्तिष्क सर्किट पूरी तरह से इसे संसाधित करने, स्मृति बनाने और नेविगेट करने में सक्षम थे। शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया कि विभिन्न लर्निंग एल्गोरिदम इस व्यवहार की व्याख्या कैसे कर सकते हैं। उन्होंने पाया कि वातावरण का मानचित्र बनाने पर आधारित एक मॉडल चूहों की तीव्र सफलता की व्याख्या कर सकता था, जबकि शुद्ध 'ट्रायल एंड एरर' सुदृढीकरण (reinforcement) पर आधारित मॉडल ऐसा नहीं कर सका। यह इस विचार का समर्थन करता है कि सबकोर्टिकल मस्तिष्क (subcortical brain), जो मस्तिष्क का पुराना हिस्सा है, एक संज्ञानात्मक मानचित्र (cognitive map) बनाने और बहुत कम अनुभवों से सीखने में सक्षम है।
यह खोज हमारी इस समझ को नया रूप देती है कि बुद्धिमत्ता मस्तिष्क में कहाँ निवास करती है। यह दिखाती है कि तेजी से सीखना, रास्ता याद रखना और नई स्थितियों के अनुकूल होना केवल नियोकोर्टेक्स और हिप्पोकैम्पस का विशेष क्षेत्र नहीं है। ये कार्य मस्तिष्क के गहरे, अधिक प्राचीन हिस्सों से भी उत्पन्न हो सकते हैं, बशर्ते जानवर के पास अन्वेषण करने और पुरस्कार खोजने का अवसर हो। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि नियोकोर्टेक्स और हिप्पोकैम्पस बेकार हैं; बल्कि, यह सुझाव देता है कि इस संदर्भ में उनकी प्राथमिक भूमिका सूचना के प्रारंभिक अन्वेषण और संगठन को सुगम बनाना हो सकती है, न कि स्वयं सीखने का एकमात्र केंद्र होना। मस्तिष्क की तीव्र स्थानिक शिक्षण की क्षमता पहले की तुलना में अधिक मौलिक और व्यापक गुण प्रतीत होती है, जो उन सर्किटों में निहित है जो स्तनधारी मस्तिष्क की जटिल बाहरी परतों के विकास से बहुत पहले अस्तित्व में थे।
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