Multiscale structural MRI differences among collegiate American football players, cross-country runners, and non-athletes

मानव मस्तिष्क एक स्थिर अंग नहीं है; यह हमारे द्वारा जी जाने वाली ज़िंदगी के जवाब में बदलता है। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि गहन शारीरिक प्रशिक्षण मस्तिष्क को नया आकार दे सकता है, ठीक वैसे ही जैसे वजन उठाने से मांसपेशियां बनती हैं। हालांकि, अमेरिकी फुटबॉल जैसे संपर्क खेलों (contact sports) के संबंध में एक विशिष्ट और गंभीर प्रश्न उभरा है। इन खेलों में, खिलाड़ी सिर पर बार-बार झटके झेलते हैं, जिनमें से कुछ इतने गंभीर होते हैं कि कंकशन (concussion) का कारण बन सकते हैं, लेकिन बहुत अधिक झटके छोटे, "सब-कन्कसिव" (sub-concussive) प्रभाव होते हैं जो तत्काल लक्षण उत्पन्न नहीं करते हैं। केंद्रीय रहस्य यह है कि क्या ये नियमित, रोजमर्रा के टकराव मस्तिष्क की संरचना पर एक स्थायी निशान छोड़ते हैं, जो सामान्य एथलेटिक प्रशिक्षण के कारण होने वाले परिवर्तनों से अलग है। इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं को खेल के अपने प्रभावों को एक अत्यधिक प्रशिक्षित एथलीट होने के प्रभावों से अलग करना होगा, जो केवल फुटबॉल खिलाड़ियों की तुलना उन लोगों से करने में कठिन है जो बिल्कुल भी व्यायाम नहीं करते हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने तीन अलग-अलग समूहों के युवा पुरुषों के मस्तिष्क को देखकर इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया: कॉलेज स्तर के अमेरिकी फुटबॉल खिलाड़ी, क्रॉस-कंट्री धावक, और वे छात्र जो संगठित खेलों में भाग नहीं लेते थे। उन्होंने एक शक्तिशाली इमेजिंग तकनीक का उपयोग किया जिसे स्ट्रक्चरल एमआरआई (structural MRI) कहा जाता है, जो मस्तिष्क की शारीरिक रचना के विस्तृत 3D मानचित्र बनाता है। एक एकल "चोट" की तलाश करने के बजाय, उन्होंने मस्तिष्क का तीन अलग-अलग स्तरों के विवरण के साथ परीक्षण किया। सबसे पहले, उन्होंने पूरे मस्तिष्क में ग्रे मैटर (gray matter) के घनत्व को देखा। दूसरा, उन्होंने थैलेमस (thalamus) और ब्रेनस्टेम (brainstem) जैसी गहरी, केंद्रीय संरचनाओं के आकार और सतह के आकार को मापा। तीसरा, उन्होंने मस्तिष्क के मुख्य ऊतकों के कुल आयतन की गणना की: ग्रे मैटर, व्हाइट मैटर (white matter), और मस्तिष्क के चारों ओर मौजूद तरल पदार्थ। धावकों को शामिल करके, जो फुटबॉल खिलाड़ियों की तरह ही कड़ी मेहनत करते हैं लेकिन बिना सिर के टकराव के, टीम यह निर्धारित कर सकती थी कि क्या कोई अंतर केवल फुटबॉल के कारण था या केवल एक प्रतिस्पर्धी एथलीट होने का परिणाम था।

अध्ययन ने बयालीस पुरुषों के डेटा का विश्लेषण किया: सत्रह फुटबॉल खिलाड़ी, सोलह धावक, और नौ गैर-एथलीट। शोधकर्ताओं ने पाया कि मस्तिष्क एक सरल, समान तरीके से नहीं बदलता है। इसके बजाय, अंतर पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करते थे कि किन समूहों की तुलना की जा रही है और मस्तिष्क के किस हिस्से को मापा जा रहा है। सबसे सुसंगत निष्कर्ष ब्रेनस्टेम में दिखाई दिया, जो मस्तिष्क के आधार पर एक महत्वपूर्ण संरचना है जो स्पाइनल कॉर्ड को शेष तंत्रिका तंत्र से जोड़ती है। जब शोधकर्ताओं ने एथलीटों की गैर-एथलीटों से तुलना की, तो उन्होंने पाया कि गैर-एथलीटों के पास दोनों समूहों के एथलीटों की तुलना में ब्रेनस्टेम में थोड़ा अधिक ग्रे मैटर था। हालांकि, जब उन्होंने सीधे फुटबॉल खिलाड़ियों की धावकों से तुलना की, तो फुटबॉल खिलाड़ियों के पास इसी क्षेत्र में अधिक ग्रे मैटर था। दिशा का यह उलटफेर सुझाव देता है कि ब्रेनस्टेम के अंतर केवल फुटबॉल के प्रहारों से होने वाले नुकसान का सरल संकेत नहीं हैं, बल्कि एथलेटिक भागीदारी और शायद प्रत्येक खेल की विशिष्ट मांगों से संबंधित कारकों का एक जटिल मिश्रण हैं।

शोधकर्ताओं ने यह भी खोजा कि गहरी मस्तिष्क संरचनाओं का आकार तब भी बदल सकता है जब उन संरचनाओं का कुल आकार समान रहता है। इन संरचनाओं की सतह का मानचित्र बनाने वाली एक विधि का उपयोग करते हुए, उन्होंने ब्रेनस्टेम, थैलेमस और स्मृति एवं प्रेरणा से जुड़े क्षेत्रों में स्थानीयकृत अंतर पाए। उदाहरण के लिए, फुटबॉल खिलाड़ियों ने धावकों की तुलना में ब्रेनस्टेम में अलग सतह आकार दिखाए। फिर भी, जब उन्होंने उन्हीं संरचनाओं के कुल आयतन को मापा, तो सांख्यिकीय संभावना के सुधार के बाद कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं बचा। यह एक महत्वपूर्ण अंतर है: इसका अर्थ है कि मस्तिष्क की सतह को विशिष्ट स्थानों पर धकेला या खींचा जा सकता है बिना पूरी संरचना के बढ़ने या घटने के। यह एक गुब्बारे की तरह है जिसमें एक स्थान पर छोटा गड्ढा हो सकता है जबकि अंदर हवा की कुल मात्रा अपरिवर्तित रहती है, हालांकि शोधकर्ताओं ने अपने अंतिम पाठ में इस तुलना का उपयोग नहीं किया। मुख्य बात यह है कि मस्तिष्क के किसी भाग के कुल आकार को देखने मात्र से महत्वपूर्ण, स्थानीयकृत परिवर्तनों को अनदेखा किया जा सकता है।

जब टीम ने मस्तिष्क के कुल ऊतकों के आयतन को देखा, तो परिणाम इस बात पर फिर से बदल गए कि उन्होंने सिर के आकार का हिसाब कैसे रखा। एक कच्चे विश्लेषण (raw analysis) में, क्रॉस-कंट्री धावकों के मस्तिष्क के चारों ओर अन्य दो समूहों की तुलना में काफी अधिक तरल पदार्थ था। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने खोपड़ी के आकार के लिए समायोजन किया, तो एक नया पैटर्न उभरा। पाया गया कि धावकों में फुटबॉल खिलाड़ियों और गैर-एथलीटों दोनों की तुलना में कम व्हाइट मैटर था। यह निष्कर्ष केवल सिर के आकार को ध्यान में रखने के बाद ही सामने आया, जो बताता है कि धावकों के मस्तिष्क ऊतक घनत्व के संदर्भ में अलग तरह से व्यवस्थित हैं, न कि केवल छोटे या बड़े होने के कारण। फुटबॉल खिलाड़ियों में यह विशिष्ट व्हाइट मैटर की कमी नहीं देखी गई, जो फिर से दो प्रकार के एथलीटों के बीच के अंतर की ओर इशारा करता है न कि खेलों के सार्वभौमिक प्रभाव की ओर।

अध्ययन स्पष्ट रूप से इस विचार के विरुद्ध तर्क देता है कि फुटबॉल खिलाड़ियों और गैर-एथलीटों के बीच किसी भी अंतर का कारण स्वतः ही सिर के टकराव हैं। चूंकि धावक, जिन्होंने कभी सिर के प्रहार का सामना नहीं किया, उन्होंने भी गैर-एथलीटों की तुलना में महत्वपूर्ण संरचनात्मक अंतर दिखाए, इसलिए शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि प्रतिस्पर्धी एथलीट होना स्वयं मस्तिष्क को बदल देता है। फुटबॉल खिलाड़ियों और धावकों के बीच अद्वितीय अंतर उनके खेलों की विशिष्ट प्रकृति से संबंधित हो सकते हैं, लेकिन अध्ययन यह सिद्ध नहीं कर सकता कि ये अंतर टकरावों के कारण हैं। शोध अपने छोटे नमूना आकार और इस तथ्य से सीमित था कि यह एक समय का चित्रण (snapshot in time) था, जिसका अर्थ है कि शोधकर्ता यह नहीं बता सके कि क्या ये मस्तिष्क संरचनाएं खेलों के कारण बदलीं या ऐसे विशिष्ट मस्तिष्क संरचना वाले लोग इन खेलों को चुनने की अधिक संभावना रखते थे।

अंततः, यह शोध पत्र यह प्रकट करता है कि खेल के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया चोट या अनुकूलन की एक एकल कहानी नहीं है। ब्रेनस्टेम और अन्य क्षेत्रों में पाए गए संरचनात्मक भिन्नताएं इस बात पर निर्भर करती हैं कि किसकी तुलना की जा रही है और डेटा को कैसे मापा जा रहा है। निष्कर्ष बताते हैं कि एक फुटबॉल खिलाड़ी का मस्तिष्क केवल एक गैर-एथलीट के मस्तिष्क का "क्षतिग्रस्त" संस्करण नहीं है, और न ही यह एक धावक के समान है। इसके बजाय, मस्तिष्क भिन्नता का एक जटिल पैटर्न दिखाता है जो एथलेटिक प्रशिक्षण, खेल की विशिष्ट मांगों और शायद पूर्व-मौजूद व्यक्तिगत अंतरों के संयोजन को दर्शाता है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि ये संबंध हैं, कारण और प्रभाव का प्रमाण नहीं, और भविष्य के अध्ययनों को समय के साथ एथलीटों का पता लगाने की आवश्यकता होगी ताकि यह समझा जा सके कि इन संरचनात्मक परिवर्तनों का मस्तिष्क स्वास्थ्य और कार्य के लिए वास्तव में क्या अर्थ है।