Neural Dissociation of Cognitive Maps and Graphs in the Human Brain
fMRI और स्थानिक एवं अनुभवात्मक दूरियों के ऑर्थोगोनल हेरफेर का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि मानव मस्तिष्क संज्ञानात्मक मानचित्रों (कॉग्निटिव मैप्स) और ग्राफों को अलग करता है, जिसमें यूक्लिडियन स्थानिक निकटता को इंट्रापैरिएटल सल्कस में और लघुतम-पथ अनुभवात्मक निरंतरता (शॉर्टेस्ट-पाथ एक्सपीरियेंशियल कॉन्टिग्युइटी) को हिप्पोकैम्पल/पैरैहिप्पोकैम्पल क्षेत्र और सीन-सिलेक्टिव कॉर्टिकल क्षेत्रों में प्रस्तुत किया जाता है।
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मानव मस्तिष्क में सूचना को व्यवस्थित करने की एक अद्भुत क्षमता होती है, जो एक अराजक दुनिया को एक संरचित मानसिक परिदृश्य में बदल देती है। हम इस कार्य को करने के दो सबसे मौलिक तरीके मानचित्रों (maps) और ग्राफ़ (graphs) के माध्यम से अपनाते हैं। एक संज्ञानात्मक मानचित्र (cognitive map) किसी स्थान का एक मानसिक स्नैपशॉट की तरह होता है, जो वस्तुओं को उनके स्थान के आधार पर व्यवस्थित करता है, जहाँ दो वस्तुओं के बीच की दूरी एक सीधी रेखा द्वारा मापी जाती है। इसके विपरीत, एक संज्ञात्मक ग्राफ़ (cognitive graph) संबंधों का एक मानसिक जाल है, जो वस्तुओं को इस आधार पर जोड़ता है कि हम एक से दूसरे तक पहुँचने के अनुभव को कैसे देखते हैं, जहाँ दूरी उस पथ द्वारा परिभाषित होती है जिसे तय करके वहाँ पहुँचा जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक इस बात पर बहस कर रहे हैं कि मस्तिष्क इस प्रकार के दो अलग-अलग ज्ञान रूपों को कैसे संभालता है। चूँकि हमारे दैनिक अनुभव अक्सर इन दोनों का मिश्रण होते हैं—जैसे कि वे स्थान जो स्थान के संदर्भ में पास हैं, वे आमतौर पर उन रास्तों में भी पास होते हैं जिन पर हम चलते हैं—शोधकर्ताओं को यह सुलझाने में कठिनाई हुई कि क्या मस्तिष्क दोनों के लिए एक ही प्रणाली का उपयोग करता है या प्रत्येक के लिए अलग-अलग प्रणालियों का। इस अंतर को समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह मानव स्मृति की बुनियादी संरचना और यह भी प्रकट करता है कि हम न केवल भौतिक स्थानों, बल्कि जटिल विचारों और सामाजिक संबंधों के माध्यम से भी कैसे नेविगेट करते हैं।
मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर ह्यूमन कॉग्निटिव एंड ब्रेन साइंसेज और यूनिवर्सिटी ऑफ ट्रेंटो की शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रकार के दो अलग-अलग दूरियों को अलग करने वाला एक चतुर प्रयोग डिजाइन करके इस प्रश्न का एक स्पष्ट उत्तर दिया है। उन्होंने आठ अद्वितीय स्मारकों वाले एक आभासी संसार (virtual world) का निर्माण किया जो पथों के एक विशिष्ट नेटवर्क से जुड़े हुए थे। इस वातावरण में, उन्होंने एक ऐसी स्थिति तैयार की जहाँ दो स्थान सीधी रेखा में एक-दूसरे के भौतिक रूप से करीब हो सकते थे, फिर भी एक से दूसरे तक पहुँचने के लिए आवश्यक यात्रा के मामले में दूर हो सकते थे, क्योंकि जोड़ने वाले पथ मौजूद नहीं थे। इसके विपरीत, दो स्थान सीधी रेखा में दूर हो सकते थे लेकिन एक छोटे, सीधे पथ के माध्यम से आसानी से सुलभ हो सकते थे। इस सेटअप ने उन्हें यह परीक्षण करने की अनुमति दी कि क्या मस्तिष्क सीधी रेखा की दूरी और यात्रा की दूरी को अलग-अलग सूचनाओं के रूप में मानता है।
बासठ स्वयंसेवकों ने एक दिन इस आभासी वातावरण को सीखने में बिताया। उन्होंने प्रथम-पुरुष परिप्रेक्ष्य (first-person perspective) से इस वातावरण में नेविगेट किया, पथों पर चलते हुए और स्मारकों को देखते हुए, जबकि वे अपने आस-पास के खुले स्थान को भी देख सकते थे। यह सुनिश्चित करने के लिए कि उन्होंने वास्तव में स्थान के लेआउट और पथों के कनेक्शन दोनों को सीख लिया है, प्रतिभागियों ने ऐसे परीक्षण किए जहाँ उन्हें दूरियों का अनुमान लगाना था और सबसे छोटे मार्गों को चुनना था। एक बार जब उन्होंने वातावरण को समझ लिया, तो वे एमआरआई (MRI) स्कैनर में प्रवेश कर गए। मशीन के भीतर, उन्हें स्मारकों की छवियां दिखाई गईं और उनसे प्रत्येक के स्थान और कनेक्शन को याद करने के लिए कहा गया। जब वे यह कर रहे थे, तब शोधकर्ताओं ने पैटर्न को देखने के लिए 'रिप्रजेंटेशनल सिमिलैरिटी एनालिसिस' (representational similarity analysis) नामक तकनीक का उपयोग किया। यह विधि यह जाँचती है कि क्या दो अलग-अलग स्मारकों के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया अधिक समान होती है जब वे मानचित्र में एक साथ पास होते हैं या जब वे पथ नेटवर्क में एक साथ पास होते हैं।
परिणामों ने मस्तिष्क में श्रम के एक आश्चर्यजनक विभाजन को प्रकट किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि सीधी रेखा वाली, मानचित्र जैसी दूरियों को मस्तिष्क के पीछे के एक विशिष्ट क्षेत्र में दर्शाया गया था जिसे 'इंट्रापैरिएटल सल्क्स' (intraparietal sulcus) कहा जाता है। यह क्षेत्र स्थानिक जानकारी को संसाधित करने और लेआउट को विज़ुअलाइज़ करने के लिए जाना जाता है। इसके विपरीत, यात्रा-आधारित, ग्राफ़ जैसी दूरियों को हिप्पोकैम्पस (hippocampus) और आसपास के क्षेत्रों सहित मस्तिष्क के एक अलग सेट में दर्शाया गया था, जो आमतौर पर तब सक्रिय होते हैं जब हम दृश्यों को देखते हैं या मार्गों पर नेविगेट करते हैं। हिप्पोकैम्पस, मस्तिष्क की एक गहरी संरचना जो अक्सर स्मृति से जुड़ी होती है, ने उन गतिविधि पैटर्न को दिखाया जो स्थानों के बीच के सबसे छोटे पथ को ट्रैक करते थे, लेकिन इसने सीधी रेखा की दूरी को ट्रैक नहीं किया। यह सुझाव देता है कि हिप्पोकैम्पस अनुभवों को इस आधार पर व्यवस्थित करने के लिए विशिष्ट है कि हम उनके माध्यम से कैसे चलते हैं, न कि इस आधार पर कि चीजें एक स्थिर स्थान में कहाँ स्थित हैं।
अध्ययन ने दृश्यों को पहचानने में शामिल मस्तिष्क के अन्य हिस्सों का भी अध्ययन किया, जैसे कि 'पैराहिपोकैम्पल प्लेस एरिया' (parahippocampal place area)। ये क्षेत्र, जो आमतौर पर हमें किसी कमरे या परिदृश्य के लेआउट को पहचानने में मदद करते हैं, वे भी स्थानों के बीच पथ-आधारित कनेक्शनों से जुड़े गतिविधि पैटर्न दिखाते थे। यह निष्कर्ष बताता है कि मस्तिष्क का दृश्य-प्रसंस्करण तंत्र (scene-processing system) हमारे अनुभवों का एक ग्राफ़ बनाने के लिए स्मृति प्रणाली के साथ मिलकर काम करता है। इस बीच, मानचित्र जैसी प्रस्तुति के लिए जिम्मेदार क्षेत्र अलग बना रहा, जिसने पथ कनेक्शन को ट्रैक करने के कोई संकेत नहीं दिखाए। शोधकर्ता इस संभावना को खारिज करने में सावधानी बरत रहे थे कि ये परिणाम केवल स्मारकों के आकार या अन्य दृश्य विशेषताओं के कारण थे, जिससे यह पुष्टि हुई कि मस्तिष्क वास्तव में स्थानिक दूरी और यात्रा की दूरी की अमूर्त अवधारणाओं को अलग-अलग संसाधित कर रहा था।
ये निष्कर्ष न्यूरोसाइंस में हिप्पोकैम्पस के कार्य के संबंध में एक लंबे समय से चल रहे विवाद पर एक नया दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। जबकि पहले के सिद्धांतों ने सुझाव दिया था कि हिप्पोकैम्पस स्थान के एक सार्वभौमिक मानचित्र के रूप में कार्य करता है, यह अध्ययन सुझाव देता है कि इसे हमारे अनुभवों के क्रम को व्यवस्थित करने वाली एक प्रणाली के रूप में अधिक सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है। मस्तिष्क दो समानांतर तरीकों को बनाए रखता है: पैरिएटल कॉर्टेक्स (parietal cortex) में एक मानचित्र जो दुनिया के संपूर्ण लेआउट को धारण करता है, और हिप्पोकैम्पस एवं दृश्य-प्रसंस्करण क्षेत्रों में एक ग्राफ़ जो यात्रा और घटनाओं के बीच के कनेक्शन को रिकॉर्ड करता है। यह अलगाव हमें अपने पर्यावरण को एक निश्चित स्थान और उन कहानियों की एक श्रृंखला, दोनों के रूप में समझने की अनुमति देता है जिन्हें हमने जिया है, जो मानव विचार और स्मृति के लिए एक समृद्ध और अधिक लचीला आधार प्रदान करता है।
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