T2 relaxometry for myelin water fraction: an ex vivo brain imaging study

मानव मस्तिष्क अरबों कोशिकाओं का एक विशाल, जटिल परिदृश्य है, लेकिन इसका बहुत सा ढांचा माइलिन नामक एक वसायुक्त पदार्थ पर निर्भर करता है। यह सामग्री मस्तिष्क की संचार रेखाओं के चारों ओर एक सुरक्षात्मक आवरण के रूप में कार्य करती है, ठीक वैसे ही जैसे बिजली के तार पर प्लास्टिक की कोटिंग होती है। जब यह इन्सुलेशन स्वस्थ होता है, तो संकेत तेजी से और कुशलता से चलते हैं; जब यह क्षतिग्रस्त होता है, जैसा कि मल्टीपल स्केलेरोसिस या अल्जाइमर रोग जैसी स्थितियों में होता है, तो संचार टूट जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक जीवित व्यक्ति के भीतर इस माइलिन को सीधे देखने के लिए संघर्ष कर रहे हैं। हालांकि मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग, या एमआरआई (MRI), मस्तिष्क की तस्वीरें ले सकता है, लेकिन मानक स्कैन अक्सर इस वसायुक्त कोटिंग के सूक्ष्म विवरणों को धुंधला कर देते हैं। शोधकर्ताओं ने 'मायलिन वॉटर इमेजिंग' नामक एक विशेष तकनीक विकसित की है जो माइलिन शीथ की परतों के बीच फंसे पानी की सूक्ष्म मात्रा को मापने की कोशिश करती है। इस विशिष्ट पानी की गणना करके, वे अनुमान लगा सकते हैं कि कितना माइलिन मौजूद है। हालांकि, यह विधि जटिल है और इसके लिए बहुत विशिष्ट, अक्सर प्राप्त करने में कठिन उपकरण की आवश्यकता होती है। इन मापों को सटीक बनाने के लिए, वैज्ञानिकों को इसे "गोल्ड स्टैंडर्ड" के विरुद्ध परीक्षण करने की आवश्यकता होती है, जो कि किसी व्यक्ति के निधन के बाद सीधे मस्तिष्क के ऊतकों को देखना है।

मैकगिल विश्वविद्यालय और डगलस मेंटल हेल्थ यूनिवर्सिटी इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस क्षेत्र में एक व्यावहारिक समस्या को हल करने का लक्ष्य रखा। वे यह जानना चाहते थे कि क्या एक व्यापक रूप से उपलब्ध एमआरआई अनुक्रम (sequence), जिसे टर्बो स्पिन इको कहा जाता है, एक अधिक विशिष्ट और तेज़ अनुक्रम, जिसे ग्रेडिएंट-एंड-स्पिन-इको कहा जाता है, के समान ही माइलिन को माप सकता है, जो हर अनुसंधान केंद्र के लिए सुलभ नहीं होता है। इसे करने के लिए, उन्होंने जीवित लोगों का स्कैन नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने चालीस मानव मस्तिष्क गोलार्द्धों (hemispheres) के साथ काम किया जिन्हें मृत्यु के बाद फॉर्मलाडेहाइड घोल में संरक्षित किया गया था। ये मस्तिष्क विभिन्न न्यूरोलॉजिकल स्थितियों वाले व्यक्तियों और बिना किसी ज्ञात विकार वाले व्यक्तियों के थे। शोधकर्ताओं ने इन संरक्षित मस्तिष्कों को एक शक्तिशाली एमआरआई स्कैनर में रखा और प्रत्येक पर दो अलग-अलग प्रकार के स्कैन चलाए। एक स्कैन ने विशिष्ट ग्रेडिएंट-एंड-स्पिन-इको पद्धति का उपयोग किया, जिसमें लगभग सात मिनट लगते हैं और यह संकेतों की एक लंबी श्रृंखला कैप्चर करता है। दूसरे ने अधिक सामान्य टर्बो स्पिन इको पद्धति का उपयोग किया, जिसमें लगभग दस मिनट लगते हैं और यह संकेतों की एक छोटी श्रृंखला कैप्चर करता है। लक्ष्य यह देखना था कि क्या छोटा, अधिक सामान्य स्कैन, विशिष्ट वाले के समान परिणाम दे सकता है, और क्या विशिष्ट स्कैन को वास्तव में इतना लंबा होने की आवश्यकता थी।

शोधकर्ताओं ने पहले यह जांचा कि क्या वे महत्वपूर्ण जानकारी खोए बिना विशिष्ट स्कैन को छोटा कर सकते हैं। उन्होंने विशिष्ट स्कैन से प्राप्त पूर्ण डेटा लिया, जिसमें बत्तीस अलग-अलग सिग्नल माप शामिल थे, और केवल पहले चौदह मापों का उपयोग करके गणितीय रूप से मानचित्र को फिर से बनाया। उन्होंने पाया कि परिणाम लगभग समान थे। माइलिन वॉटर के मानचित्र एक जैसे दिख रहे थे, और संख्याएं लगभग अविभेद्य थीं। इससे पता चलता है कि संरक्षित मस्तिष्क ऊतक के लिए, बहुत लंबा स्कैन अनिवार्य नहीं था; एक छोटा संस्करण भी समान मुख्य जानकारी प्रदान कर सकता था। यह एक महत्वपूर्ण खोज है क्योंकि इसका अर्थ है कि शोधकर्ता संभावित रूप से समय बचा सकते हैं या उस बचे हुए समय का उपयोग स्कैन के अन्य हिस्सों को बेहतर बनाने के लिए कर सकते हैं।

इसके बाद, टीम ने विशिष्ट स्कैन के परिणामों की तुलना सामान्य टर्बो स्पिन इको स्कैन के परिणामों से की। उन्होंने पाया कि दोनों विधियों ने ऐसे मानचित्र तैयार किए जो समग्र पैटर्न में बहुत समान दिखते थे। उच्च माइलिन सामग्री वाले क्षेत्र दोनों स्कैन में उच्च दिखाई दिए, और कम माइलिन सामग्री वाले क्षेत्र दोनों में कम दिखाई दिए। हालांकि, संख्याएं बिल्कुल समान नहीं थीं। विशिष्ट स्कैन ने लगातार सामान्य स्कैन की तुलना में माइलिन वॉटर की अधिक मात्रा दर्ज की। वास्तव में, सामान्य स्कैन ने कम माइलिन वॉटर और कोशिकाओं के बीच पाए जाने वाले अधिक पानी की रिपोर्ट की। शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि दोनों मशीनें न केवल अलग-अलग चीजें माप रही थीं, बल्कि वे एक ही सिग्नल को अलग-अलग श्रेणियों में थोड़े अलग तरीके से वर्गीकृत कर रही थीं। विशिष्ट मशीन माइलिन में फंसे पानी को उसके आसपास के पानी से अलग करने में बेहतर थी, जबकि सामान्य मशीन उस अलगाव में थोड़ी कम सटीक थी।

इन सटीक संख्याओं में अंतर के बावजूद, दोनों विधियां आपस में मजबूती से जुड़ी हुई थीं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि उन्हें सामान्य स्कैन का परिणाम पता हो, तो वे उच्च सटीकता के साथ यह अनुमान लगा सकते हैं कि विशिष्ट स्कैन ने क्या पाया होगा। उन्होंने एक कंप्यूटर मॉडल बनाया जो केवल माइलिन संख्या पर ही नहीं, बल्कि सामान्य स्कैन के पूर्ण पैटर्न को देखता था, और इसका उपयोग विशिष्ट परिणाम का अनुमान लगाने के लिए किया। यह मॉडल बहुत अच्छा काम कर गया, जिसने सामान्य स्कैन के डेटा का उपयोग करके विशिष्ट स्कैन के विस्तृत मानचित्रों को सफलतापूर्वक पुन: निर्मित किया। इसका मतलब है कि भले ही दोनों मशीनें अलग-अलग कच्चे नंबर देती हैं, लेकिन उनमें मौजूद जानकारी गहराई से संबंधित है। एक शोधकर्ता जो सामान्य मशीन का उपयोग कर रहा है, वह अभी भी माइलिन स्वास्थ्य की एक बहुत अच्छी तस्वीर प्राप्त कर सकता है, बशर्ते कि वे परिणामों को अनुवादित करने के लिए सही गणितीय उपकरणों का उपयोग करें।

अध्ययन ने यह भी देखा कि प्रिजर्वेटिव फ्लूइड (संरक्षक तरल) में मस्तिष्क ने कितना समय बिताया, इससे मापों पर क्या प्रभाव पड़ा। उन्होंने पाया कि मस्तिष्क जितना लंबे समय तक तरल में रहा, माप उतने ही बदलते गए। दोनों स्कैनिंग विधियों ने दिखाया कि जैसे-जैसे संरक्षण का समय बढ़ता गया, गणना किए गए माइलिन वॉटर में वृद्धि हुई। इसका मतलब यह नहीं है कि मस्तिष्क में माइलिन बढ़ रहा था; बल्कि, संरक्षक द्वारा उत्पन्न रासायनिक परिवर्तनों ने पानी के व्यवहार को बदल दिया, जिससे ऐसा लगा जैसे वहां अधिक माइलिन वॉटर मौजूद है। विशिष्ट स्कैन इस परिवर्तन के प्रति सामान्य स्कैन की तुलना में थोड़ा अधिक संवेदनशील था, लेकिन दोनों ने एक ही प्रवृत्ति दिखाई। यह इस बात पर प्रकाश डालता है कि संरक्षित मस्तिष्क का अध्ययन करते समय, मृत्यु के बाद का समय और संरक्षक में बिताया गया समय महत्वपूर्ण कारक हैं, क्योंकि वे संख्याओं को एक अनुमानित तरीके से बदल सकते हैं।

अंततः, यह कार्य मृत्यु के बाद मस्तिष्क के इन्सुलेशन का अध्ययन करने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है। यह दिखाता है कि विशिष्ट, कठिन-से-प्राप्त स्कैन ही माइलिन की अच्छी दृष्टि पाने का एकमात्र तरीका नहीं है। अधिक सामान्य, व्यापक रूप से उपलब्ध स्कैन आवश्यक पैटर्न को कैप्चर कर सकता है और, आधुनिक कंप्यूटर मॉडल की मदद से, इसे विशिष्ट परिणामों से मेल खाने के लिए अनुवादित किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि दोनों विधियां बिना समायोजन के एक-दूसरे के स्थान पर उपयोग योग्य नहीं हैं, लेकिन वे गहराई से जुड़ी हुई हैं। सामान्य स्कैन के पास विशिष्ट स्कैन की कुंजी है, जो वैज्ञानिकों को दुर्लभ और महंगे उपकरणों की आवश्यकता के बिना, मस्तिष्क की संरचना का विस्तृत अध्ययन करने के लिए अधिक सुलभ उपकरणों का उपयोग करने की अनुमति देता है। यह अधिक प्रयोगशालाओं के लिए मस्तिष्क रोगों की हमारी समझ में योगदान करने का द्वार खोलता है, जिससे विभिन्न अध्ययनों में सुसंगत और तुलनीय डेटा का उपयोग किया जा सके।