Hippocampal subfields support human novelty detection via distinct signals
अल्ट्रा-हाई-फील्ड 7T fMRI का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रकट करता है कि विशिष्ट हिप्पोकैम्पल उपक्षेत्र (subfields) विशेष तंत्रों के माध्यम से मानव नवीनता पहचान (novelty detection) का समर्थन करते हैं, जहाँ CA1 साहचर्य नवीनता प्रतिक्रियाओं (associative novelty responses) को संचालित करता है जबकि सबिकुलम एक वैश्विक, वस्तु-आधारित विसंगति संकेत (item-based mismatch signal) उत्पन्न करता है जो स्वतंत्र रूप से पहचान सटीकता की भविष्यवाणी करता है और आगामी पहचान व्यवहार को आकार देता है।
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हमारे मस्तिष्क लगातार नए दृश्यों और ध्वनियों की एक धारा से घिरे रहते हैं, फिर भी वे उल्लेखनीय गति से वास्तव में नए और केवल परिचित के बीच अंतर करने में सक्षम होते हैं। नवीनता को पहचानने की यह क्षमता केवल एक कौतुक नहीं है; यह एक मौलिक उत्तरजीविता तंत्र (survival mechanism) है जो हमारे स्मृति तंत्र को बताता है कि कब अतिरिक्त ध्यान देना है और कब जानकारी को धुंधला होने देना है। दशकों से, वैज्ञानिकों का मानना रहा है कि इस काम के लिए मस्तिष्क का प्राथमिक उपकरण टेम्पोरल लोब के भीतर स्थित हिप्पोकैम्पस (hippocampus) नामक एक संरचना है। हिप्पोकैम्पस को एक ऐसे पुस्तकालय के रूप में सोचें जहाँ हम अपने जीवन के अनुभवों को संग्रहीत करते हैं। प्रचलित सिद्धांत यह रहा है कि यह पुस्तकालय एक सख्त लाइब्रेरियन की तरह काम करता है जो हर नई पुस्तक की शेल्फ पर पहले से मौजूद विशिष्ट कहानियों के साथ जाँच करता है। यदि कोई नई पुस्तक किसी ज्ञात नियम को तोड़ती है या संग्रहीत कहानी का खंडन करती है, तो लाइब्रेरियन उसे एक विसंगति (mismatch) के रूप में चिह्नित कर देता है। लंबे समय से यह माना जाता रहा है कि यह "संबंधपरक" (relational) जाँच ही मस्तिष्क द्वारा कुछ नया पहचानने का एकमात्र तरीका है।
हालाँकि, स्मृति विज्ञान की पृष्ठभूमि में एक अलग विचार भी बना हुआ है। कुछ सिद्धांत सुझाव देते हैं कि मस्तिष्क एक व्यापक, अधिक सामान्य जाँच भी करता है। एक विशिष्ट कहानी के साथ नई वस्तु की तुलना करने के बजाय, यह दृष्टिकोण प्रस्तावित करता है कि मस्तिष्क नई वस्तु की तुलना उन सभी चीजों के पूरे संग्रह से करता है जो उसने कभी देखी हैं। यदि नई वस्तु संग्रह में पहले से मौजूद कई चीजों जैसी लगती है, तो वह परिचित महसूस होती है। यदि वह संग्रह के बड़े हिस्से से भिन्न लगती है, तो वह नवीन महसूस होती है। अब तक, यह स्पष्ट नहीं था कि मानव हिप्पोकैम्पस वास्तव में इस व्यापक, वैश्विक तुलना को करता है, या यह केवल विशिष्ट संबंधों की जाँच करने तक सीमित है। एक टीम ने, जिसका नेतृत्व जर्न क्वेंट और डेनिज़ वतनसेवर ने किया, इस प्रश्न को सुलझाने के लिए हाथ मिलाया और अभूतपूर्व विवरण के साथ मानव मस्तिष्क के भीतर झाँकने का प्रयास किया।
इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक विशाल प्रयोग डिजाइन किया जिसने मस्तिष्क इमेजिंग की संभावनाओं की सीमाओं को आगे बढ़ाया। उन्होंने बीस स्वस्थ वयस्कों को चुना और उनसे पांच अलग-अलग दिनों में एक निरंतर पहचान कार्य (continuous recognition task) करने को कहा। कुल मिलाकर, प्रत्येक प्रतिभागी ने रोजमर्रा की वस्तुओं, जैसे कि दीवार के सहारे खड़ी साइकिल या किसी विशेष प्रकार के पक्षी, की 3,840 छवियों को देखा, जिन्हें एक-एक करके स्क्रीन पर प्रस्तुत किया गया था। छवियाँ हजारों विशिष्ट अवधारणाओं वाले एक विशाल डेटाबेस से ली गई थीं। प्रत्येक परीक्षण (trial) पर, प्रतिभागी को जल्दी से यह निर्णय लेना था कि वस्तु नई थी या वह कुछ ऐसी थी जिसे उन्होंने प्रयोग के दौरान पहले देखा था। क्योंकि छवियों को एक जटिल पैटर्न में दोहराया गया था, प्रतिभागियों के मस्तिष्क लगातार देखे गए अनुभवों की बढ़ती स्मृति को अपडेट कर रहे थे, जिससे एक आदर्श वातावरण बना जो यह परीक्षण कर सके कि मस्तिष्क नए और पुराने के बीच कैसे अंतर करता है।
टीम ने एक शक्तिशाली 7 टेस्ला एमआरआई स्कैनर का उपयोग किया, जो एक ऐसी मशीन है जो मानक अस्पताल स्कैनरों की तुलना में मस्तिष्क की बहुत स्पष्ट तस्वीर प्रदान करती है। इस उच्च रिज़ॉल्यूशन ने उन्हें हिप्पोकैम्पस को केवल ऊतक के एक पिंड के रूप में नहीं, बल्कि विशिष्ट उप-क्षेत्रों के एक संग्रह के रूप में देखने की अनुमति दी, जिनमें से प्रत्येक का अपना कार्य है। उन्होंने CA1, CA3, डेंटेट गाइरस और सबिकुलम (subiculum) के रूप में ज्ञात विशिष्ट क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया। सभी प्रतिभागियों के 76,800 परीक्षणों में से प्रत्येक के लिए मस्तिष्क गतिविधि पैटर्न का विश्लेषण करके, शोधकर्ता ट्रैक कर सके कि ये सूक्ष्म क्षेत्र नई जानकारी के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। उन्होंने दो अलग-अलग प्रकार के संकेतों की तलाश की: कुछ नया दिखने पर गतिविधि में एक साधारण उछाल, और एक अधिक जटिल पैटर्न जो वर्तमान छवि की तुलना अब तक देखी गई छवियों के पूरे इतिहास से करता है।
परिणामों ने हिप्पोकैम्पस के भीतर श्रम के एक स्पष्ट विभाजन को प्रकट किया जो पुराने, एकल-कहानी वाले दृष्टिकोण को चुनौती देता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि CA1 क्षेत्र वास्तव में एक तुलनाकर्ता (comparator) के रूप में कार्य करता था, लेकिन इसकी भूमिका पहले की तुलना में अधिक विशिष्ट थी। जब किसी प्रतिभागी ने पहली बार किसी छवि को देखा, तो CA1 ने एक मजबूत प्रतिक्रिया दिखाई जिसने व्यक्ति को इसे नए के रूप रूप में सही ढंग से पहचानने में मदद की। यह क्षेत्र स्थानीय विसंगतियों की जाँच करता प्रतीत हुआ, शायद वर्तमान छवि की हालिया अपेक्षाओं के विरुद्ध। हालाँकि, सबसे आश्चर्यजनक खोज हिप्पोकैम्पस के एक अलग हिस्से से आई: सबिकुलम। जबकि सबिकुलम अन्य क्षेत्रों की तरह गतिविधि में समान मजबूत, सरल उछाल नहीं दिखा सका, इसने एक अलग प्रकार का संकेत दिया। इसने एक "वैश्विक विसंगति" (global mismatch) स्कोर उत्पन्न किया। इस संकेत ने मापा कि वर्तमान छवि उस सभी छवियों के पूल की तुलना में कितनी भिन्न थी जो प्रतिभागी ने अब तक देखी थीं।
महत्वपूर्ण रूप से, सबिकुलम में यह वैश्विक संकेत केवल मस्तिष्क की गतिविधि का निष्क्रिय प्रतिबिंब नहीं था; इसने सीधे प्रतिभागियों के निर्णयों को प्रभावित किया। जब सबिकुलम ने उच्च स्तर की विसंगति का संकेत दिया—जिसका अर्थ था कि नई छवि पहले देखी गई चीजों से बहुत भिन्न थी—तो प्रतिभागी इसे नए के रूप में सही ढंग से पहचानने की अधिक संभावना रखते थे। इसके विपरीत, जब संकेत कम था, जो यह सुझाव देता था कि नई वस्तु पिछले अनुभवों के बहुत समान थी, तो प्रतिभागियों द्वारा यह गलत दावा करने की संभावना अधिक थी कि उन्होंने उस वस्तु को पहले देखा था। यह त्रुटि यादृच्छिक नहीं थी; इसका एक व्यापक प्रभाव था। यदि किसी प्रतिभागी ने कमजोर वैश्विक संकेत के कारण गलत अलार्म (false alarm) दिया, तो भविष्य में दोबारा आने पर उस वस्तु को सही ढंग से याद रखने की उनकी संभावना अधिक थी। यह पैटर्न बताता है कि सबिकुलम वास्तव में देखे गए पूरे मेमोरी सेट के विरुद्ध एक व्यापक तुलना कर रहा था, और यह तुलना निर्णय लेने की प्रक्रिया को संचालित कर रही थी।
अध्ययन ने यह भी दिखाया कि यह वैश्विक संकेत बनने वाली स्मृतियों की प्रकृति के प्रति संवेदनशील था। शोधकर्ताओं ने पाया कि संकेत इस आधार पर बदल जाता था कि नई छवि दृश्य उपस्थिति और अर्थ दोनों के मामले में पिछली छवियों के कितनी समान थी। यदि कोई नई छवि हाल ही में देखी गई छवियों के दृश्य या वैचारिक रूप से समान थी, तो वैश्विक विसंगति संकेत गिर गया, जिससे उसे नए के रूप में पहचानना कठिन हो गया। यह प्रभाव समय के साथ फीका पड़ गया, जो दर्शाता है कि मस्तिष्क की नवीनता की समझ गतिशील है और हाल के अनुभवों द्वारा लगातार पुनर्गठित होती है। निष्कर्ष बताते हैं कि हिप्पोकैम्पस केवल विशिष्ट संबंधों की जाँच करने वाली मशीन नहीं है, बल्कि एक ऐसी प्रणाली है जो अपने द्वारा सीखे गए पूरे इतिहास के विरुद्ध नए इनपुट को तौलकर एक व्यापक परिचितता का बोध कराती है।
CA1 में स्थानीय और संबंधपरक, तथा सबिकुलम में वैश्विक और वस्तु-आधारित दो अलग-अलग संकेतों की पहचान करके, यह अध्ययन दुनिया को पहचानने के हमारे तरीके की एक अधिक पूर्ण तस्वीर पेश करता है। यह सुझाव देता है कि नवीनता का पता लगाने की हमारी क्षमता स्मृति प्रणाली के विभिन्न भागों के बीच एक परिष्कृत साझेदारी पर निर्भर करती है। एक हिस्सा विशिष्ट विरोधाभासों की जाँच करता है, जबकि दूसरा हमारे संचित अतीत के विरुद्ध एक नए अनुभव के समग्र सामंजस्य को मापता है। यह खोज केवल एक वैज्ञानिक सिद्धांत को परिष्कृत नहीं करती है; यह उस तंत्र का एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करती है जो हमें लगातार बदलते संसार में नेविगेट करने में सक्षम बनाता है, जिससे हमें यह समझने में मदद मिलती है कि हम यह कैसे तय करते हैं कि क्या नया है और क्या पुराना।
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