Artefact-free EEG during temporal interference stimulation reveals phase-specific modulation of the human visual cortex
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि kHz-प्रेरित आर्टिफैक्ट्स को समाप्त करने के लिए एक विशिष्ट फ्रंट-एंड एनालॉग लो-पास फ़िल्टर का उपयोग करना टेम्पोरल इंटरफेरेंस स्टिमुलेशन के दौरान आर्टिफैक्ट-मुक्त EEG रिकॉर्डिंग को सक्षम बनाता है, जिससे यह प्रकट होता है कि डिफरेंस फ्रीक्वेंसी पर इन-फेज स्टिमुलेशन विशेष रूप से विजुअल कॉर्टेक्स एंट्रेनमेंट को बढ़ाता है और व्यवहार संबंधी प्रदर्शन में सुधार करता है।
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मानव मस्तिष्क विद्युत संकेतों का एक विशाल, गूंजता हुआ नेटवर्क है, जो लगातार उन लयबद्ध तालों में सक्रिय रहता है जो यह तय करते हैं कि हम कैसे देखते हैं, सोचते हैं और चलते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक स्कैल्प (खोपड़ी) पर कमजोर विद्युत धाराएं लगाकर इन लय को बाहर से धीरे से प्रभावित करने की कोशिश कर रहे हैं, जिसे ट्रांसक्रानियल इलेक्ट्रिकल स्टिमुलेशन (transcranial electrical stimulation) नामक तकनीक कहा जाता है। इसका लक्ष्य बिना सर्जरी के मस्तिष्क की गहरी संरचनाओं को प्रभावित करना है, जो अवसाद या याददाश्त की कमी जैसी स्थितियों के लिए नए उपचार प्रदान कर सकता है। हालांकि, यह समझने में कि यह वास्तव में कैसे काम करता है, एक बड़ी बाधा खड़ी रही है: जब शोधकर्ता इन धाराओं को भेजते समय मस्तिष्क की विद्युत बातचीत को सुनने की कोशिश करते हैं, तो सुनने वाला उपकरण अभिभूत हो जाता है। उत्तेजना (stimulation) के लिए उपयोग किए जाने वाले शक्तिशाली विद्युत स्पंद मस्तिष्क के सूक्ष्म, प्राकृतिक संकेतों को दबा देते हैं, जिससे शोर की एक ऐसी दीवार बन जाती है जो यह बताना असंभव बना देती है कि क्या मस्तिष्क वास्तव में प्रतिक्रिया दे रहा है या रिकॉर्डिंग केवल उत्तेजना को ही पकड़ रही है।
यह समस्या विशेष रूप से 'टेम्पोरल इंटरफेरेंस स्टिमुलेशन' (temporal interference stimulation) नामक एक नई विधि के साथ काफी जटिल है। एक एकल आवृत्ति (frequency) का उपयोग करने के बजाय, यह तकनीक सिर के भीतर दो उच्च-तीव्रता वाली विद्युत धाराएं भेजती है जो एक-दूसरे से थोड़ी भिन्न होती हैं। जहाँ ये दो धाराएं मस्तिष्क के भीतर आपस में मिलती हैं, वे बहुत कम गति पर एक लयबद्ध स्पंद (pulse) बनाती हैं, जो वह गति है जिसे शोधकर्ता प्रभावित करना चाहते हैं। क्योंकि दोनों मुख्य धाराएं बहुत तेज होती हैं, इसलिए सैद्धांतिक रूप से उन्हें फ़िल्टर किया जाना चाहिए, जिससे केवल धीमी, उपयोगी तरंग शेष रह जाए। लेकिन व्यवहार में, मस्तिष्क की रिकॉर्डिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स अक्सर उन दो तेज धाराओं से भ्रमित हो जाते हैं, और अनजाने में एक नकली संकेत बना देते हैं जो बिल्कुल उसी धीमी तरंग जैसा दिखता है जिसे शोधकर्ता मापने की कोशिश कर रहे हैं। इसने वास्तविक समय में मस्तिष्क की प्रतिक्रिया को देखना लगभग असंभव बना दिया है, जिससे वैज्ञानिकों को उत्तेजना बंद होने के बाद ही यह अनुमान लगाने के लिए मजबूर होना पड़ा कि क्या हुआ था।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस सुनने की समस्या को हल कर लिया है, जिससे उत्तेजना सक्रिय रहने के दौरान भी मस्तिष्क की प्रतिक्रिया को स्पष्ट रूप से सुनना संभव हो गया है। उन्होंने एक विशेष फिल्टर विकसित किया है, जो एक हार्डवेयर का हिस्सा है जिसे सीधे स्कैल्प पर लगे सेंसरों और रिकॉर्डिंग मशीन के बीच रखा जाता है, जो तेज विद्युत धाराओं को इलेक्ट्रॉनिक्स को भ्रमित करने से पहले ही रोक देता है। भ्रम के स्रोत को हटाकर, वे मस्तिष्क की प्राकृतिक लय को बिना किसी नकली शोर के रिकॉर्ड करने में सक्षम हुए। उन्होंने इस नए सेटअप का परीक्षण बाईइस स्वस्थ वयस्कों पर किया, जिसमें उनसे एक सरल दृश्य कार्य (visual task) करने के लिए कहा गया। प्रतिभागियों ने स्क्रीन पर चमकती रोशनी देखी जो विशिष्ट गति से धड़क रही थी, और उन्हें तीर (arrow) दिखने पर जितनी जल्दी हो सके बटन दबाना था।
शोधकर्ताओं ने पाया कि जब उन्होंने विद्युत उत्तेजना का समय चमकती रोशनी की लय के साथ पूरी तरह से मिला दिया, तो प्रतिभागियों ने तेजी से प्रतिक्रिया दी। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वे वास्तविक समय में मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि में इस बदलाव को देख सके। जब उत्तेजना दृश्य लय के साथ संरेखित (aligned) थी, तो चमकती रोशनी के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया मजबूत हो गई, और लोग अधिक तेज़ी से प्रतिक्रिया देने लगे। हालांकि, जब उत्तेजना रोशनी के साथ थोड़ा तालमेल खो चुकी थी, तो गति या मस्तिष्क की गतिविधि में कोई सुधार नहीं हुआ। इस सटीक समय प्रभाव (timing effect) ने यह सिद्ध किया कि उत्तेजना वास्तव में मस्तिष्क की प्राकृतिक प्रक्रिया के साथ संवाद कर रही थी, न कि केवल सतर्कता की सामान्य भावना या विद्युत धारा के किसी दुष्प्रभाव के रूप में।
इस अध्ययन ने यह भी पुष्टि की कि नई विधि ने उन झूठे संकेतों को सफलतापूर्वक समाप्त कर दिया है जिन्होंने पिछले प्रयासों को बाधित किया था। प्रतिभागियों की एक छोटी संख्या में, शोधकर्ताओं ने थोड़े से बचे हुए शोर का पता लगाया, जिसे वे अपने विश्लेषण से बाहर निकालने में सक्षम थे, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि उनके द्वारा रिपोर्ट किए गए परिणाम शुद्ध रूप से मस्तिष्क की गतिविधि से थे। स्पष्टता का यह स्तर एक महत्वपूर्ण प्रगति है। इसका अर्थ है कि वैज्ञानिक अब उत्तेजना के होने के दौरान ही मस्तिष्क की तत्काल प्रतिक्रिया को देख सकते हैं, बजाय इसके कि वे अंत तक प्रतीक्षा करें और अनुमान लगाएं कि क्या हुआ था। यह सिद्ध करके कि वे विशिष्ट समय और आवृत्ति के साथ मस्तिष्क की प्रतिक्रिया को ट्यून कर सकते हैं, शोधकर्ताओं ने अधिक सटीक, व्यक्तिगत उपचारों के द्वार खोल दिए हैं जिन्हें मस्तिष्क की वास्तविक गतिविधियों के आधार पर वास्तविक समय में समायोजित किया जा सकता है।
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