Neural subpopulations in marmoset area MT/MTC detect and discount saccade-related retinal motion
यह अध्ययन प्रकट करता है कि मार्मोसेट क्षेत्र MT/MTC में, विशिष्ट तंत्रिका उपसमूह (न्यूरल सबपॉपुलेशन) कोरोलरी डिस्चार्ज और दृश्य गति संकेतों दोनों को एकीकृत करते हैं ताकि या तो सैकैड-प्रेरित रेटिनल गति को दबाया जा सके या उसे कम किया जा सके, जिससे इस प्रकार आंखों की हलचल के दौरान दृश्य जगत की प्रत्यक्ष स्थिरता को समर्थन मिलता है।
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जब हम दुनिया को देखते हैं तो वह हिलती नहीं है, फिर भी हमारी आँखें लगातार एक रुचि के बिंदु से दूसरे बिंदु की ओर कूदती रहती हैं। ये तीव्र उछाल, जिन्हें 'सैकैड्स' (saccades) कहा जाता है, हर सेकंड कई बार होते हैं, जो हमारी दृष्टि को परिदृश्य के माध्यम से इतनी गति से फैलाते हैं कि यह प्रति सेकंड 700 डिग्री तक पहुँच सकती है। यदि मस्तिष्क रेटिना पर छवि के प्रत्येक बदलाव को केवल रिकॉर्ड करता, तो दुनिया गति के एक अराजक धुंधलेपन के रूप में दिखाई देती। इसके बजाय, हम एक स्थिर, निरंतर दृश्य का अनुभव करते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, दृश्य प्रणाली को अपनी आँखों के कारण होने वाली गति को सक्रिय रूप से फ़िल्टर करना चाहिए। यह फ़िल्tering प्रक्रिया, जिसे 'सैकैडिक सप्रेशन' (saccadic suppression) कहा जाता है, धारणा का एक मौलिक तरीका है जो हमें अपनी ही गति के धुंधलेपन से अभिभूत हुए बिना नेविगेट करने की अनुमति देता है।
वैज्ञानिक लंबे समय से इस बात पर बहस कर रहे हैं कि मस्तिष्क इस स्थिरता को कैसे प्राप्त करता है। एक सिद्धांत बताता है कि मस्तिष्क आँख की गति के आदेश की एक "प्रतिलिपि" (copy) का उपयोग करता है, जो मोटर प्लानिंग केंद्रों से दृश्य क्षेत्रों को भेजा गया एक संकेत है ताकि उन्हें आने वाले धुंधलेपन को अनदेखा करने के लिए कहा जा सके। एक अन्य सिद्धांत प्रस्तावित करता है कि दृश्य प्रणाली केवल उस विशाल, विस्तृत-क्षेत्र की गति पर प्रतिक्रिया करती है जो एक उछाल के दौरान होती है, और उस दृश्य अराजकता का उपयोग स्वयं एक दमन तंत्र (suppression mechanism) को सक्रिय करने के लिए करती है। मार्मोसेट बंदरों पर एक नए अध्ययन ने अब यह देखने के लिए मस्तिष्क के भीतर झाँका है कि ये दो संभावनाएँ गति प्रसंस्करण के लिए जिम्मेदार क्षेत्रों में कैसे काम करती हैं। जब शोधकर्ताओं ने प्राकृतिक दृश्यों, खाली स्क्रीन और यहाँ तक कि पूर्ण अंधकार में जानवरों की व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं की सैकड़ों गतिविधियों को रिकॉर्ड किया, तो उन्होंने पाया कि मस्तिष्क दोनों रणनीतियों के संयोजन का उपयोग करता है, लेकिन विभिन्न प्रकार के न्यूरॉन्स के बीच एक आश्चर्यजनक कार्य विभाजन के साथ।
शोधकर्ताओं ने मार्मोसेट मस्तिष्क के दो विशिष्ट क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया, जो गति का पता लगाने में विशेषज्ञता के लिए जाने जाते हैं। उन्होंने जानवरों द्वारा स्क्रीन पर छवियों को स्वतंत्र रूप से देखते समय व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के विद्युत संकेतों को सुनने के लिए छोटे रिकॉर्डिंग उपकरण लगाए। यह समझने के लिए कि न्यूरॉन्स को क्या संचालित कर रहा है, टीम ने स्थितियों को बदला। कभी-कभी जानवर समृद्ध, प्राकृतिक तस्वीरों को देखते थे। अन्य समय में, वे एक खाली धूसर स्क्रीन को देखते थे जहाँ आँख के उछाल के दौरान कोई दृश्य गति नहीं हो सकती थी। तीसरी स्थिति में, रोशनी पूरी तरह से बंद कर दी गई थी, और जानवरों ने पूर्ण अंधकार में आँख की हरकतें कीं। अंत में, शोधकर्ताओं ने एक सैकैड के दृश्य प्रभाव का अनुकरण करने के लिए स्क्रीन पर छवि को हिलाया जबकि जानवर की आँखें पूरी तरह से स्थिर थीं, जिससे वे वास्तविक आँख की गति से दृश्य गति को अलग करने में सक्षम हुए।
रिकॉर्डिंग ने विविध आबादी वाले न्यूरॉन्स को प्रकट किया, जिनमें से प्रत्येक आँख के उछाल के प्रति अलग तरह से प्रतिक्रिया करता है। लगभग 39 प्रतिशत कोशिकाएं आँख की गति शुरू होने के तुरंत बाद गतिविधि का एक विस्फोट (burst) करती थीं। ये "प्रारंभिक प्रतिक्रिया" (early response) न्यूरॉन्स विशेष रूप से दिलचस्प थे क्योंकि वे बिल्कुल जानते थे कि आँख किस दिशा में मुड़ी थी। यह दिशात्मक ट्यूनिंग तब भी बनी रही जब जानवर एक जटिल छवि, एक खाली स्क्रीन या अंधेरे में देख रहा था। यह सुझाव देता है कि ये कोशिकाएं मस्तिष्क के मोटर कमांड केंद्रों से एक सीधा संकेत प्राप्त करती हैं, जो एक प्रकार का आंतरिक मेमो है जो कहता है, "हम आँखों को दाईं ओर घुमा रहे हैं," जिससे कोशिका को दृश्य धुंधलेपन के आने से पहले ही गति का अनुमान लगाने में मदद मिलती है।
हालाँकि, कहानी केवल एक मेमो प्राप्त करने के बारे में नहीं है। इन समान प्रारंभिक न्यूरॉन्स ने तब भी जोरदार गतिविधि दिखाई जब स्क्रीन पर छवि को एक सैकैड का अनुकरण करने के लिए हिलाया गया था, भले ही जानवर की आँखें स्थिर थीं। यह इंगित करता है कि वे दृश्य गति के प्रति भी अत्यधिक संवेदनशील हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये कोशिकाएं संभवतः आंतरिक मोटर संकेत और बाहरी दृश्य गति दोनों को एकीकृत करती हैं ताकि यह पता लगाया जा सके कि एक सैकैड हो रहा है। वे एक तेज़-अभिक्रिया वाला डिटेक्शन सिस्टम प्रतीत होते हैं, जो शुरुआत करने के लिए आंतरिक कमांड का उपयोग करते हैं और घटना की पुष्टि करने के लिए दृश्य गति का उपयोग करते हैं।
इन प्रारंभिक डिटेक्टरों के विपरीत, न्यूरॉन्स का एक अन्य समूह अलग व्यवहार करता था। ये कोशिकाएं तब सक्रिय नहीं हुईं जब आँख हिली; इसके बजाय, वे शांत हो गईं। यह दमन उन न्यूरॉन्स में सबसे अधिक स्पष्ट था जो सूक्ष्म विवरणों और उच्च-कंट्रास्ट पैटर्न को देखने के लिए ट्यून किए गए थे। जब आँख कूदी, तो ये कोशिकाएं बंद हो गईं, प्रभावी रूप से मस्तिष्क को धुंधलेपन को संसाधित करने से रोकने के लिए विजुअल चैनल को बंद कर दिया। कोशिकाओं का यह समूह व्यापक विद्युत तरंगों (waveforms) की ओर झुका हुआ था, जो अक्सर मस्तिष्क के प्राथमिक उत्तेजक न्यूरॉन्स—जो अन्य भागों को जानकारी भेजते हैं—से जुड़े एक हस्ताक्षर के रूप में देखा जाता है।
शायद सबसे उल्लेखनीय खोज न्यूरॉन्स का एक छोटा समूह था जिसने वास्तविकता के लिए एक फिल्टर के रूप में कार्य किया। ये कोशिकाएं स्क्रीन पर छवि के हिलने पर मजबूती से प्रतिक्रिया करती थीं, लेकिन जब जानवर ने वास्तव में एक सैकैड किया, तो वे पूरी तरह से शांत रहीं। वे दुनिया के हिलने के कारण होने वाली गति और आँख के हिलने के कारण होने वाली गति के बीच अंतर कर सकते थे। शोधकर्ताओं ने इन्हें "सैकैडिक ओमिशन" (saccadic omission) इकाइयाँ कहा। चूंकि वे ही शेष मस्तिष्क को जानकारी भेजते हैं, इसलिए उनकी स्वयं-प्रेरित गति को अनदेखा करने की क्षमता ही संभवतः इसकी कुंजी है कि हम एक स्थिर दुनिया क्यों देखते हैं। यदि ये कोशिकाएं आँख के उछाल के धुंधलेपन पर प्रतिक्रिया करतीं, तो हमारा बोध हर बार बाधित होता जब हम इधर-उधर देखते।
अध्ययन ने इन विभिन्न कोशिका प्रकारों को मस्तिष्क ऊतक के विशिष्ट परतों के साथ भी मैप किया। तेज़-अभिक्रिया देने वाले, प्रारंभिक प्रतिक्रिया न्यूरॉन्स मुख्य रूप से गहरी परतों और इनपुट परतों में पाए गए, जहाँ वे निरोधात्मक (inhibitory) कोशिकाओं के रूप में दिखाई दिए जो गतिविधि को जल्दी से कम कर सकती हैं। जो कोशिकाएं वास्तविक सैकैड्स की गति को अनदेखा करती थीं, वे मुख्य रूप रूप से सतही परतों में पाई गईं, जो आउटपुट परतें हैं जो अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों को संकेत भेजती हैं। यह व्यवस्था एक विशिष्ट सर्किट का सुझाव देती: तेज़, निरोधात्मक कोशिकाएं आँख की गति का पता लगाती हैं और एक दमन संकेत को ट्रिगर करती हैं, जबकि ऊपरी परतों में स्थित आउटपुट कोशिकाएं उस जानकारी का उपयोग शोर को फ़िल्टर करने के लिए करती हैं, यह सुनिश्चित करती हैं कि हमारी सचेत धारणा को भेजी जाने वाली अंतिम छवि स्थिर बनी रहे।
प्राकृतिक दृश्य, खाली स्क्रीन और अंधकार से रिकॉर्डिंग को मिलाकर, शोधकर्ता उन संकेतों के जटिल मिश्रण को सुलझाने में सक्षम रहे जो हमारे स्थिर दृश्य अनुभव का निर्माण करते हैं। उन्होंने पाया कि मस्तिष्क आँख की गतिविधियों के धुंधलेपन को रद्द करने के लिए केवल एक एकल तंत्र पर निर्भर नहीं करता है। इसके बजाय, यह न्यूरॉन्स की एक समन्वित टीम का उपयोग करता है। कुछ त्वरित डिटेक्टरों के रूप में कार्य करते हैं जो आंतरिक कमांड के साथ दृश्य संकेतों को जोड़ते हैं, जबकि अन्य फिल्टर के रूप में कार्य करते हैं जो विशेष रूप से हमारे अपने कार्यों के कारण होने वाली गति को अनदेखा करते हैं। श्रम का यह विभाजन मस्तिष्क को दुनिया का एक स्पष्ट, स्थिर दृश्य बनाए रखने की अनुमति देता है, भले ही हमारी आँखें अविश्वसनीय गति से इधर-उधर दौड़ रही हों।
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