Parallel visual processing in the suprachiasmatic region of a diurnal mammal.
यह अध्ययन प्रकट करता है कि दिवसचर स्तनपायी *Rhabdomys pumilio* में, दृश्य प्रसंस्करण (visual processing) क्लासिक सुप्राचियास्मैटिक न्यूक्लियस से आगे एक व्यापक हाइपोथैलेमिक नेटवर्क तक विस्तृत है जो परिवेशी विकिरण (ambient irradiance) और गतिशील दृश्य विशेषताओं दोनों को कूटबद्ध करता है, जो इस क्षेत्र के संबंध में निशाचर कृंतक-केंद्रित दृष्टिकोण को चुनौती देता है।
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प्रकाश केवल हमें दुनिया देखने में मदद ही नहीं करता; यह शरीर की आंतरिक घड़ी के लिए एक मुख्य नियामक (मास्टर रेगुलेटर) के रूप में कार्य करता है, जो नींद, चयापचय (मेटाबॉलिज्म) और मनोदशा के समय को निर्धारित करता है। स्तनधारियों में, मस्तिष्क की गहराई में स्थित तंत्रिका कोशिकाओं का एक छोटा सा समूह, जिसे सुप्राकियास्मैटिक न्यूक्लियस (suprachiasmatic nucleus) के रूप में जाना जाता है, इस प्रक्रिया के लिए केंद्रीय केंद्र के रूप में कार्य करता है। यह संरचना आंखों से सीधे संकेत प्राप्त करती है और उनका उपयोग शरीर की दैनिक लय को सूर्योदय और सूर्यास्त के साथ तालमेल बिठाने के लिए करती है। दशकों से, वैज्ञानिक यह समझते आए हैं कि रात में सक्रिय रहने वाले जानवरों, जैसे कि चूहों और मूषक (rats) में यह प्रणाली कैसे काम करती है। इन निशाचर जीवों में, यह केंद्र मुख्य रूप से एक 'लाइट मीटर' के रूप में कार्य करता है, जो शरीर को यह बताने के लिए वातावरण की चमक को गिनता है कि कब आराम करना है और कब जागना है। हालाँकि, दिन के समय सक्रिय रहने वाले जानवरों का दैनिक जीवन बहुत अलग होता है। वे कई घंटों तक चमकीले, जटिल प्रकाश के संपर्क में रहते हैं, और एक ऐसी दृश्य दुनिया का सामना करते हैं जो छाया, गति और बदलते कंट्रास्ट के साथ तेजी से बदलती है। यह स्पष्ट नहीं था कि दिन के सक्रिय जानवरों में मस्तिष्क का प्रकाश-संवेदी केंद्र उसी सरल तरीके से कार्य करता है जैसा कि उनके निशाचर संबंधीों में करता है, या क्या यह अधिक समृद्ध, गतिशील दृश्य जानकारी को संभालने के लिए विकसित हुआ है।
इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं ने चार-धारी वाले अफ्रीकी चूहे (four-striped African mouse) की ओर रुख किया, जो एक छोटा कृंतक (rodent) है जो दिन के समय सक्रिय रहता है और सामान्य प्रयोगशाला चूहे के साथ एक करीबी पारिवारिक इतिहास साझा करता है। टीम ने इन जानवरों के मस्तिष्क पर प्रकाश कैसे प्रभाव डालता है, इसका मानचित्रण करने के लिए कई तकनीकों को मिलाया। सबसे पहले, उन्होंने आंख से मस्तिष्क तक के भौतिक कनेक्शनों का पता लगाया, जिससे पता चला कि जबकि मुख्य मार्ग केंद्रीय केंद्र (nucleus) तक जाता है, कुछ फाइबर आसपास के ऊतकों (tissue) में भी फैले हुए हैं। इसके बाद, उन्होंने जानवरों को विभिन्न प्रकार के प्रकाश के संपर्क में रखा, जिसमें स्थिर किरणें और टिमटिमाते पैटर्न शामिल थे, और मस्तिष्क में उन रासायनिक मार्करों की खोज की जो यह दर्शाते हैं कि कौन से न्यूरॉन्स सक्रिय हुए थे। अंत में, उन्होंने जानवरों को प्रकाश के विविध उद्दीपनों (stimuli) के संपर्क में लाते हुए, जो मंद चमक से लेकर चमकीली चमक और बदलते चमक के जटिल पैटर्न तक थे, व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं की विद्युत गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए सूक्ष्म इलेक्ट्रोड डाले।
परिणामों ने दिखाया कि दिन के सक्रिय चूहे का मस्तिष्क प्रकाश को पहले की तुलना में बहुत अधिक व्यापक और विविध तरीके से संसाधित करता है। जबकि केंद्रीय केंद्र ने प्रकाश के प्रति अपनी फायरिंग दर बढ़ाकर प्रतिक्रिया दी, जैसा कि निशाचर जानवरों में देखा जाता है, यह गतिविधि केवल उस एक स्थान तक सीमित नहीं थी। इसके बजाय, केंद्र के ठीक आसपास के ऊतकों में बड़ी संख्या में प्रकाश-संवेदनशील कोशिकाएं पाई गईं। ये पड़ोसी कोशिकाएं केंद्र के भीतर की कोशिकाओं से भिन्न व्यवहार करती थीं। जहाँ केंद्रीय कोशिकाएं एक स्थिर मीटर की तरह कार्य करती थीं, जो वातावरण की समग्र चमक को ट्रैक करती थीं, वहीं आसपास की कोशिकाएं परिवर्तनों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील थीं। वे प्रकाश के अचानक प्रकट होने या गायब होने पर सक्रिय होती थीं, और टिमटिमाते या बदलते पैटर्न के प्रति मजबूती से प्रतिक्रिया करती थीं। यह सुझाव देता है कि दैनिक घड़ी के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क क्षेत्र केवल एक साधारण प्रकाश काउंटर नहीं है, बल्कि एक व्यापक नेटवर्क का हिस्सा है जो दृश्य दुनिया की गतिशील विशेषताओं का भी विश्लेषण करता है।
जटिल, बदलते प्रकाश पैटर्न के प्रति उनकी प्रतिक्रिया के आधार पर रिकॉर्ड की गई कोशिकाओं को वर्गीकृत करके, शोधकर्ताओं ने पांच अलग-अलग प्रकार की दृश्य प्रसंस्करण (visual processing) की पहचान की। कुछ कोशिकाएं प्रकाश के समग्र स्तर का पता लगाने के लिए ट्यून की गई थीं, जबकि अन्य तीव्र संक्रमणों या गति के विशिष्ट प्रकारों को पहचानने के लिए विशेषीकृत थीं। महत्वपूर्ण रूप से, ये विभिन्न प्रकार की कोशिकाएं यादृच्छिक रूप से मिश्रित नहीं थीं; वे विशिष्ट क्षेत्रों में व्यवस्थित थीं। जो कोशिकाएं स्थिर चमक को ट्रैक करती थीं, वे मुख्य रूप से केंद्रीय केंद्र के भीतर पाई गईं, जबकि जो कोशिकाएं तीव्र परिवर्तनों के प्रति प्रतिक्रिया करती थीं, वे इसके ठीक बाहर के क्षेत्रों में केंद्रित थीं। यह व्यवस्था दर्शाती है कि मस्तिष्क ने समय बताने के कार्य को दृश्य विवरणों के विश्लेषण के कार्य से अलग कर दिया है, फिर भी उन्हें मिलकर काम करने के लिए शारीरिक रूप से करीब रखा है।
अध्ययन ने इस लंबे समय से चले आ रहे प्रश्न का भी समाधान किया कि क्या दिन के सक्रिय जानवर मौलिक स्तर पर प्रकाश को अलग तरह से संसाधित करते हैं। कुछ पिछले, छोटे अध्ययनों ने सुझाव दिया था कि प्रकाश वास्तव में दिन के सक्रिय जानवरों के मस्तिष्क क्लॉक की गतिविधि को कम कर सकता है, जो एक उत्तेजक के बजाय एक अवरोधक (inhibitor) के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, इस नए, बड़े पैमाने के अन्वेषण में इस विचार का समर्थन करने वाला कोई प्रमाण नहीं मिला। चार-धारी वाले अफ्रीकी चूहे में, प्रकाश ने आमतौर पर केंद्रीय क्लॉक कोशिकाओं की गतिविधि को बढ़ाया, जैसा कि निशाचर चूहों में होता है। अंतर इस बात में नहीं है कि प्रकाश कोशिकाओं को चालू करता है या बंद करता है, बल्कि इस तथ्य में है कि दिन के सक्रिय जानवरों ने दृश्य दुनिया को संसाधित करने के लिए मस्तिष्क के एक बहुत बड़े क्षेत्र को नियुक्त किया है। यह विस्तारित नेटवर्क उन्हें न केवल अपनी आंतरिक घड़ियों को सेट करने के लिए बल्कि अपने परिवेश के बारे었던 विस्तृत जानकारी एकत्र करने के लिए प्रकाश का उपयोग करने की अनुमति देता है, जो एक उज्ज्वल, सक्रिय दिन में नेविगेट करने के लिए आवश्यक हो सकता है। निष्कर्षों से पता चलता है कि दिन के सक्रिय स्तनधारियों में मस्तिष्क की प्रकाश-संवेदी प्रणाली कहीं अधिक बहुमुखी है, जो समय के सरल मापन को दृश्य वातावरण के जटिल विश्लेषण के साथ एकीकृत करती है।
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