Sequential maturation of supramammillary glutamatergic/GABAergic co-transmission onto adult-born dentate granule cells

मस्तिष्क एक स्थिर अंग नहीं है; यह एक ऐसा परिदृश्य है जो बचपन के बहुत बाद भी बढ़ता और बदलता रहता है। हिप्पोकैम्पस नामक एक छोटे लेकिन महत्वपूर्ण क्षेत्र में, जो यादें बनाने के लिए आवश्यक है, व्यक्ति के पूरे जीवन के दौरान नई तंत्रिका कोशिकाएं जन्म लेती हैं। इन नई कोशिकाओं को मस्तिष्क के नेटवर्क के उपयोगी सदस्य बनने के लिए एक लंबा रास्ता तय करना पड़ता है। वे सरल, अलग-थलग इकाइयों के रूप में शुरू होती हैं और उन्हें धीरे-धीरे मौजूदा सर्किटों के साथ जुड़ना होता है, और अपने पुराने पड़ोसियों की तरह संकेत प्राप्त करना और भेजना सीखना होता है। एकीकरण की यह प्रक्रिया नाजुक और सटीक है। यदि कोई नई कोशिका बहुत जल्दी या गलत संकेतों के साथ जुड़ जाती है, तो वह ठीक से कार्य नहीं कर पाती है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ये नई कोशिकाएं पहले एक विशिष्ट प्रकार का रासायनिक संकेत प्राप्त करती हैं जो उन्हें बढ़ने में मदद करता है, और बाद में एक अलग प्रकार का संकेत मिलता है जो उन्हें शेष मस्तिष्क के साथ संवाद करने की अनुमति देता है। हालाँकि, ये कनेक्शन कैसे बनते हैं, और एक प्रकार के संकेत से दूसरे प्रकार के संकेत में बदलाव को क्या ट्रिगर करता है, इसके सटीक चरण एक रहस्य बने हुए थे।

शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक विशिष्ट मार्ग पर ध्यान केंद्रित किया जो मस्तिष्क के एक गहरे हिस्से, जिसे सुप्रामैमिलरी न्यूक्लियस (supramammillary nucleus) कहा जाता है, को हिप्पोकैम्पस में इन नई कोशिकाओं से जोड़ता है। यह संबंध अद्वितीय है क्योंकि सुप्रामैमिलरी न्यूक्लियस की तंत्रिका कोशिकाएं ज्ञात रूप से एक ही समय में दो अलग-अलग रासायनिक संदेशवाहक छोड़ती हैं: एक जो प्राप्त करने वाली कोशिका को उत्तेजित (excite) करता है और दूसरा जो उसे बाधित (inhibit) करता है। जबकि यह दोहरी-रिलीज़ प्रणाली पूरी तरह से परिपक्व मस्तिष्क कोशिकाओं में अच्छी तरह से समझी जाती है, कोई नहीं जानता था कि यह नई कोशिकाओं में कैसे विकसित होती है। यह जानने के लिए, वैज्ञानिकों की एक टीम ने चूहों के मस्तिष्क का अध्ययन किया, जिसमें कुछ सप्ताह पुरानी नई तंत्रिका कोशिकाओं पर ध्यान केंद्रित किया गया। उन्होंने सुप्रामैملरी न्यूक्लियस से आने वाले विशिष्ट तंत्रिका तंतुओं को उत्तेजित करने के लिए प्रकाश और आनुवंशिक उपकरणों के संयोजन का उपयोग किया और देखा कि नई कोशिकाएं कैसे प्रतिक्रिया देती हैं।

टीम ने खोजा कि इन कनेक्शनों का विकास एक सख्त, चरण-दर-चरण समयरेखा का पालन करता है। शुरुआती चरणों में, जब नई कोशिकाएं केवल एक या दो सप्ताह की होती हैं, तो सुप्रामैमिलरी न्यूक्लियस से आने वाले संकेत केवल एक अवरोधक (inhibitor) के रूप में कार्य करते हैं। कोशिकाएं उस रासायनिक संदेश के प्रति प्रतिक्रिया करती हैं जो उन्हें शांत करता है, लेकिन वे उत्तेजक संकेत प्राप्त करने का कोई संकेत नहीं दिखाती हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये शुरुआती चरण की कोशिकाएं अपने अधिक परिपक्व समकक्षों की तुलना में शारीरिक रूप रूप से छोटी थीं और उनकी शाखा संरचना सरल थी। जैसे-जैसे नई कोशिकाएं बढ़ीं, लगभग तीन से चार सप्ताह की आयु तक पहुँचते ही स्थिति बदल गई। इन पुरानी नई कोशिकाओं के एक महत्वपूर्ण हिस्से ने एक साथ अवरोधक और उत्तेजक दोनों संकेतों को प्राप्त करना शुरू कर दिया। ये कोशिकाएं शारीरिक रूप से अधिक जटिल थीं, जिनमें लंबे और अधिक शाखित डेंड्राइट्स (dendrites) थे, और उन्होंने अधिक विद्युत रूप से सक्रिय होने के संकेत दिखाए।

यह समझने के लिए कि यह परिवर्तन क्यों हुआ, वैज्ञानिकों ने कनेक्शनों की भौतिक संरचना का बारीकी से अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि सुप्रामैमिलरी न्यूक्लियस से निकलने वाले तंत्रिका छोर पहले से ही दोनों रासायनिक संदेशवाहकों को छोड़ने की मशीनरी से लैस थे, भले ही वे बहुत कम उम्र की, अपरिपक्व कोशिकाओं को छू रहे थे। समस्या भेजने वाले पक्ष पर नहीं थी। इसके बजाय, कनेक्शन का प्राप्त करने वाला सिरा अधूरा था। युवा कोशिकाओं में उत्तेजक संकेत का पता लगाने के लिए आवश्यक रिसेप्टर्स (receptors) की कमी थी, भले ही संकेत भेजा जा रहा था। यह बिल्कुल वैसा ही था जैसे किसी घर में फोन कॉल किया जा रहा हो जहाँ फोन लाइन तो जुड़ी हुई है, लेकिन रिसीवर अभी तक स्थापित नहीं किया गया है। केवल तभी जब नई कोशिका परिपक्व हुई, ये रिसेप्टर्स दिखाई दिए, जिससे कोशिका संदेश के उत्तेजक भाग को सुनने में सक्षम हुई।

अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि अनुभव इस प्रक्रिया को तेज करने में एक शक्तिशाली भूमिका निभाता है। जब शोधकर्ताओं ने चूहों को खिलौनों, सुरंगों और रनिंग व्हील्स से भरे एक समृद्ध वातावरण में रखा, तो नई कोशिकाएं तेजी से परिपक्व हुईं। मानक पिंजरों में रखे गए चूहों की तुलना में, इन चूहों की बहुत अधिक प्रतिशत कोशिकाओं ने दोनों संकेतों को प्राप्त करने की क्षमता विकसित की। वैज्ञानिकों ने पुष्टि की कि यह केवल इसलिए नहीं था क्योंकि कोशिकाएं सामान्य अर्थ में अधिक बढ़ी हुई दिख रही थीं; सुप्रामैमिलरी न्यूक्लियस के विशिष्ट कनेक्शन समय से पहले परिपक्व हो रहे थे। उन्होंने एक रासायनिक विधि का उपयोग करके इस गतिविधि को कृत्रिम रूप से बढ़ाकर आगे परीक्षण किया कि सुप्रामैमिलरी न्यूरॉन्स की गतिविधि बढ़ाई गई। इस कृत्रिम बढ़त ने समान परिणाम दिए: अधिक नई कोशिकाओं ने तेजी से दोहरे संकेतों को प्राप्त करने की क्षमता हासिल की। इसके विपरीत, जब उन्होंने इन न्यूरॉन्स की गतिविधि को कम किया, तो प्रक्रिया धीमी नहीं हुई, जिससे पता चलता है कि हालांकि अतिरिक्त गतिविधि मदद करती है, लेकिन बुनियादी प्रक्रिया अपने आप भी हो सकती है।

ये निष्कर्ष बताते हैं कि मस्तिष्क जटिल, दोहरे उद्देश्य वाले कनेक्शन एक विशिष्ट क्रम में बनाता है। यह एक सरल, निरोधात्मक (inhibitory) लिंक के साथ शुरू होता है जो नई कोशिका को जीवित रहने और बढ़ने में मदद करता है। एक बार जब कोशिका ने पर्याप्त भौतिक संरचना और सही रिसेप्टर्स विकसित कर लिए, तो उत्तेजक लिंक चालू हो जाता है, जिससे कोशिका मस्तिष्क के सर्किट में पूरी तरह से भाग लेने में सक्षम होती है। यह संक्रमण स्वचालित नहीं है; यह मस्तिष्क की अपनी गतिविधि द्वारा संचालित होता है। अनुभव या तंत्रिका गतिविधि के माध्यम से मस्तिष्क जितना अधिक व्यस्त रहता है, उतनी ही तेजी से नई कोशिकाएं उन संकेतों की पूरी श्रृंखला को सुनना सीखती हैं जिनकी उन्हें कार्य करने के लिए आवश्यकता होती है। यह शोध बताता है कि कैसे मस्तिष्क नए हिस्सों को अपने मौजूदा नेटवर्क में एकीकृत करता है, यह दिखाते हुए कि इन कनेक्शनों का समय स्मृति और सीखने के स्वस्थ विकास के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।