Mapping sex-specific hormone-metabolite coupling in the adolescent brain: a longitudinal whole-brain spectroscopic imaging study

किशोरावस्था के दौरान, मानव शरीर एक बड़े जैविक बदलाव से गुजरता है। यह वह समय है जब मस्तिष्क अपने अंतिम प्रमुख निर्माण चरण को पूरा करता है, और शरीर की रासायनिक संकेतन प्रणाली, जो हार्मोन द्वारा संचालित होती है, इस परिपक्वता को चलाने के लिए पूरी गति से सक्रिय हो जाती है। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि ये हार्मोनल परिवर्तन केवल लंबा होने या द्वितीयक यौन विशेषताओं के विकास के बारे में नहीं हैं; वे स्वयं मस्तिष्क को भी नया आकार देते हैं। हालांकि, पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा छिपा हुआ था। जबकि शोधकर्ता देख सकते थे कि मस्तिष्क की संरचना कैसे बदलती है—इसका ग्रे मैटर (gray matter) पतला होना या व्हाइट मैटर (white matter) का मोटा होना—वे उन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को नहीं देख पा रहे थे जो मस्तिष्क की कोशिकाओं के भीतर उन परिवर्तनों को संचालित करती थीं। विशेष रूप से, यह स्पष्ट नहीं था कि टेस्टोस्टेरोन और एस्ट्रोजन जैसे सेक्स हार्मोन, और कोर्टिसोल जैसे तनाव हार्मोन का उछाल, एक किशोर के तेरह से पंद्रह वर्ष की आयु के बीच बढ़ने के दौरान मस्तिष्क के आंतरिक रसायन विज्ञान के साथ वास्तव में कैसे परस्पर क्रिया करता है।

बायोआरएक्सिव (bioRxiv) नामक प्रीप्रिंट सर्वर में प्रकाशित एक नया अध्ययन इस अंतर को भरने के लिए मस्तिष्क के 'केमिकल सूप' (chemical soup) को सीधे देखने पर केंद्रित है। शोधकर्ताओं ने बयालीस स्वस्थ किशोरों के एक समूह पर ध्यान केंद्रित किया, जिनमें अट्ठाइस लड़कियां और अठारह लड़के शामिल थे, जिनकी आयु तेरह से पंद्रह वर्ष के बीच थी। अध्ययन के दौरान, इन प्रतिभागियों ने लैब का तीन बार तक दौरा किया। प्रत्येक दौरे पर, उन्होंने विभिन्न हार्मोन के स्तर को मापने के लिए रक्त का नमूना दिया और एक विशेष मस्तिष्क स्कैन से गुजरते हैं। यह स्कैन मस्तिष्क के आकार की मानक तस्वीर नहीं थी; इसके बजाय, यह एक परिष्कृत रासायनिक मानचित्र था जिसे मैग्नेटिक रेजोनेंस स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग (magnetic resonance spectroscopic imaging) कहा जाता है। इस तकनीक ने वैज्ञानिकों को पूरे मस्तिष्क में विशिष्ट अणुओं, या मेटाबोलाइट्स (metabolites) की सांद्रता को एक साथ मापने की अनुमति दी। ये अणु विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं के मार्कर के रूप में कार्य करते हैं: कुछ न्यूरॉन्स के स्वास्थ्य और ऊर्जा को दर्शाते हैं, अन्य ग्लिया (glia) नामक सहायता कोशिकाओं की गतिविधि को दर्शाते हैं, और कुछ दिखाते हैं कि कोशिका झिल्लियाँ (cell membranes) कैसे बनाई या तोड़ी जा रही हैं। बार-बार किए गए रक्त परीक्षणों को इन पूर्ण-मस्तिष्क रासायनिक मानचित्रों के साथ जोड़कर, टीम यह ट्रैक कर सकी कि एक किशोर के हार्मोन स्तर में समय के साथ होने वाले परिवर्तन उनकी मस्तिष्क रसायन विज्ञान में होने वाले परिवर्तनों से कैसे जुड़े हुए हैं।

अध्ययन से पता चला कि हार्मोन और मस्तिष्क के बीच का संबंध एक सरल कारण-और-प्रभाव से कहीं अधिक जटिल है, और यह लड़कों और लड़कियों के बीच काफी भिन्न है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जैसे-जैसे लड़के बढ़े, उनके अपने व्यक्तिगत टेस्टोस्टेरोन में वृद्धि, न्यूरॉन्स और उनकी ऊर्जा उत्पादन से जुड़े विशिष्ट मस्तिष्क रसायनों में वृद्धि से मजबूती से जुड़ी हुई थी। दूसरे शब्दों में, जब एक लड़के का टेस्टोस्टेरोन स्तर उसके अपने सामान्य आधार रेखा (baseline) से ऊपर गया, तो उसके मस्तिष्क में न्यूरोनल गतिविधि और चयापचय स्वास्थ्य के बढ़ने के संकेत मिले, विशेष रूप से फ्रंटल और टेम्पोरल क्षेत्रों में। यह सुझाव देता है कि टेस्टोस्टेरोन पुरुषों में मस्तिष्क के संचार नेटवर्क की परिपक्वता को सक्रिय रूप से ईंधन दे रहा है। इसके विपरीत, लड़कियों में अपने बदलते हार्मोन स्तर और मस्तिष्क रसायन विज्ञान के बीच ऐसा गतिशील लिंक नहीं देखा गया। इसके बजाय, जिन लड़कियों के अध्ययन की अवधि के दौरान औसत एस्ट्रोजन का स्तर उच्च था, उनमें सेल मेम्ब्रेन (कोशिका झिल्ली) के निर्माण और मरम्मत में शामिल एक रसायन, कोलीन (choline) का स्तर अधिक था। यह लड़कियों के समग्र हार्मोनल प्रोफाइल के आधार पर मस्तिष्क रसायन विज्ञान में एक अधिक स्थिर, दीर्घकालिक अंतर की ओर इशारा करता है, न कि अल्पकालिक उतार-चढ़ाव के प्रति एक प्रतिक्रिया की ओर।

सबसे चौंकाने वाली खोज शरीर के तनाव हार्मोन से संबंधित थी, विशेष रूप से एक मार्कर जो इस बात से संबंधित है कि शरीर एक तनाव हार्मोन को दूसरे में कैसे परिवर्तित करता है। यहाँ, लड़के और लड़कियां विपरीत दिशाओं में चले। जब एक लड़के के इस तनाव-संबंधी रासायनिक मार्कर का स्तर बढ़ा, तो उसके मस्तिष्क में ग्लियल कोशिकाओं (glial cells), जो तंत्रिका तंत्र की सहायता करने वाली टीम है, से जुड़े रसायनों में वृद्धि देखी गई। लड़कियों के लिए, उसी तनाव मार्कर की वृद्धि ने उन्हीं ग्लियल रसायनों में कमी दिखाई। यह सुझाव देता है कि किशोरावस्था के दौरान, लड़कों और लड़कियों के मस्तिष्क की सहायता कोशिकाएं तनाव संकेतों के प्रति मौलिक रूप से भिन्न तरीकों से प्रतिक्रिया करती हैं। जबकि लड़कों की सहायता कोशिकाएं इन संकेतों के जवाब में अधिक सक्रिय या संख्या में बढ़ती हुई प्रतीत हुईं, लड़कियों की कोशिकाएं इसके विपरीत कार्य करती दिखीं। यह विचलन मस्तिष्क के बड़े क्षेत्रों में होता है, जो यह दर्शाता है कि लिंग (sexes) वयस्कता की ओर संक्रमण के दौरान अलग-अलग जैविक पथों का अनुसरण कर रहे हैं।

शोधकर्ताओं ने दो प्रकार के अंतरों के बीच अंतर करने में सावधानी बरती। उन्होंने यह देखा कि एक व्यक्ति समय के साथ कैसे बदलता है बनाम अलग-अलग लोग एक-दूसरे से कैसे भिन्न होते हैं। उन्होंने पाया कि हार्मोन में गतिशील, वर्ष-दर-वर्ष होने वाले बदलाव ही लड़कों के मस्तिष्क में रासायनिक बदलावों के चालक थे, जबकि लड़कियों का मस्तिष्क रसायन विज्ञान उनके समग्र, स्थिर हार्मोन स्तरों से अधिक जुड़ा हुआ था। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दिखाता है कि केवल एक समय बिंदु पर एक लड़के की तुलना एक लड़की से करने से उनके शरीर द्वारा विकास को संसाधित करने के विभिन्न तरीकों को समझने में चूक हो जाती है। अध्ययन ने यह भी पुष्टि की कि मस्तिष्क की रासायनिक संरचना उम्र के साथ बदलती है, लेकिन ये परिवर्तन एकसमान नहीं हैं। उदाहरण के लिए, न्यूरोनल स्वास्थ्य से जुड़ा रसायन जैसे-जैसे किशोर बड़े हुए, बढ़ता गया, लेकिन यह व्यक्तियों के भीतर समय के साथ हुआ, जबकि मस्तिष्क सिग्नलिंग से जुड़ा एक अन्य रसायन केवल इसलिए अधिक था क्योंकि वे बड़े किशोर थे, न कि इसलिए कि वे दिन-प्रतिदिन बदल रहे थे।

ये निष्कर्ष किशोर विकास की कहानी में समझ का एक नया स्तर प्रदान करते हैं। वर्षों से, वैज्ञानिकों ने किशोर मस्तिष्क में भौतिक परिवर्तनों को मैप किया है, यह देखते हुए कि ग्रे मैटर सिकुड़ता है और व्हाइट मैटर फैलता है। यह अध्ययन उस मानचित्र में एक रासायनिक आयाम जोड़ता है, यह दिखाते हुए कि इन परिवर्तनों को चलाने वाले हार्मोन एक समान तरीके से कार्य नहीं करते हैं। इसके बजाय, वे विशिष्ट मस्तिष्क रसायनों के साथ ऐसे पैटर्न में परस्पर क्रिया करते हैं जो इस बात पर निर्भर करते हैं कि किशोर पुरुष है या महिला। परिणाम बताते हैं कि प्यूबर्टी (यौवनारंभ) के हार्मोनल तूफान के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया एक एकल, साझा अनुभव नहीं है, बल्कि विशिष्ट, लिंग-विशिष्ट पथों का एक सेट है। हालांकि यह अध्ययन यह स्पष्ट नहीं करता है कि ये अंतर क्यों मौजूद हैं या इनका मानसिक स्वास्थ्य के लिए क्या अर्थ है, लेकिन यह एक स्पष्ट, रासायनिक स्नैपशॉट प्रदान करता है कि किशोर मस्तिष्क को उसकी अपनी आंतरिक रसायन विज्ञान द्वारा कैसे पुनर्गठित (rewired) किया जा रहा है। इन छिपे हुए कनेक्शनों को प्रकट करके, यह शोध इस बात की गहरी समझ के द्वार खोलता है कि लड़के और लड़कियां इन महत्वपूर्ण वर्षों के दौरान विभिन्न मानसिक स्वास्थ्य चुनौतियों के प्रति क्यों संवेदनशील हो सकते हैं।