Repetitive suprathreshold paired-pulse transcranial magnetic stimulation alters corticospinal excitability

मानव मस्तिष्क एक स्थिर मशीन नहीं है; यह एक जीवित, परिवर्तनशील परिदृश्य है जहाँ तंत्रिका कोशिकाओं के बीच के संबंध गतिविधि के आधार पर मजबूत या कमजोर हो सकते हैं। परिवर्तन की यह क्षमता, जिसे न्यूरोप्लास्टिसिटी (neuroplasticity) कहा जाता है, सीखने और स्मृति का आधार है। वैज्ञानिक लंबे समय से इन संबंधों को धीरे से प्रेरित करने के तरीके खोज रहे हैं, इस उम्मीद में कि वे समझ सकें कि मस्तिष्क कैसे अनुकूलित होता है या चोट से उबरने में इसकी मदद कैसे कर सकते हैं। इस अन्वेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले एक उपकरण के रूप में 'ट्रांसक्रानियल मैग्नेटिक स्टिमुलेशन' (transcranial magnetic stimulation) नामक तकनीक का उपयोग किया जाता है, जो स्कैल्प (खोपड़ी) के विरुद्ध रखी गई एक चुंबकीय कुंडली का उपयोग करके मस्तिष्क में ऊर्जा का एक संक्षिप्त, दर्द रहित स्पंदन (pulse) भेजती है। जब यह स्पंदन मोटर कॉर्टेक्स—वह क्षेत्र जो गति को नियंत्रित करता है—से टकराता है, तो यह हाथ में एक सूक्ष्म मांसपेशी संकुचन (twitch) पैदा कर सकता है, जिसे शोधकर्ता यह देखने के लिए मापते हैं कि उस क्षण मस्तिष्क के मार्ग कितने "उत्तेजक" (excitable) हैं। विशिष्ट पैटर्न में इन स्पंदनों को भेजकर, जैसे कि दो स्पंदनों के बीच एक बहुत छोटा अंतराल रखकर, वैज्ञानिक मस्तिष्क के भीतर विभिन्न आंतरिक सर्किटों को लक्षित कर सकते हैं। इनमें से कुछ सर्किट 'ब्रेक' की तरह कार्य करते हैं, जो गतिविधि को धीमा कर देते हैं, जबकि अन्य 'एक्सेलेरेटर' (त्वरक) की तरह कार्य करते हैं, जो इसे बढ़ाते हैं। बड़ा प्रश्न यह था कि क्या इन उत्तेजनाओं के छोटे झटके केवल मस्तिष्क की वर्तमान स्थिति को मापने के अलावा कुछ और भी कर सकते हैं; क्या वे वास्तव में इसे पुनर्गठित (rewire) कर सकते हैं, जिससे एक स्थायी परिवर्तन आए जो मशीन बंद होने के बहुत बाद भी बना रहे?

शोधकर्ताओं की एक टीम स्वस्थ स्वयंसेवकों के मोटर कॉर्टक पर एक विशिष्ट प्रकार के 'पेयर्ड-पल्स स्टिमुलेशन' (paired-pulse stimulation) को लागू करके इसका परीक्षण करने के लिए आगे बढ़ी। उन्होंने तीन अलग-अलग परिदृश्य तैयार किए ताकि यह देखा जा सके कि मस्तिष्क कैसे प्रतिक्रिया देता है। एक परिदृश्य में, उन्होंने बहुत कम अंतराल के साथ स्पंदनों के जोड़े भेजे, एक ऐसा समय अंतराल जिसे मस्तिष्क के "एक्सेलेरेटर" सर्किटों को लक्षित करने और उत्तेजना को बढ़ावा देने के लिए जाना जाता है। दूसरे परिदृश्य में, उन्होंने जोड़ों के बीच एक लंबा अंतराल रखा, एक ऐसा समय अंतराल जिसे मस्तिष्क के "ब्रेक" या निरोधात्मक (inhibitory) सर्किटों को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। तीसरा परिदृश्य एक नियंत्रण (control) के रूप में था, जिसमें जोड़ों के बजाय एकल स्पंदनों का उपयोग किया गया था। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या उत्तेजना के दौरान मस्तिष्क अधिक उत्तेजक बनेगा और, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि क्या वे परिवर्तन मिनटों या घंटों तक बने रहेंगे। उन्हें उम्मीद थी कि एक्सेलरटर सर्किटों को उत्तेजित करने से मस्तिष्क की गतिविधि में एक स्थायी उछाल आएगा, ठीक वैसे ही जैसे व्यायाम एक मांसपेशी को मजबूत करता है।

हालाँकि, परिणामों ने शोधकर्ताओं की भविष्यवाणी से अलग कहानी बताई। जब उन्होंने छोटे अंतराल के साथ एक्सेलेरेटर सर्किटों को उत्तेजित किया, तो मस्तिष्क में अपेक्षित स्थायी गतिविधि नहीं देखी गई। वास्तव में, इन उत्तेजक सर्किटों की उत्तेजना ने सत्र के बाद कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन उत्पन्न नहीं किया। एकल स्पंदन प्राप्त करने वाले नियंत्रण समूह ने भी कोई स्थायी प्रभाव नहीं दिखाया। आश्चर्य तीसरे समूह से आया, जिसने स्पंदनों के बीच लंबा अंतराल रखा था। बिना किसी प्रभाव के रहने के बजाय, इस उत्तेजना ने, जिसे मस्तिष्क के निरोधात्मक "ब्रेक" को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, वास्तव में मस्तिष्क की उत्तेजना में महत्वपूर्ण और स्थायी कमी पैदा की। सत्र के बाद मापी गई मांसपेशी प्रतिक्रियाएं पहले की तुलना में छोटी थीं, और यह मंद प्रभाव चालीस मिनट तक बना रहा। यह तब हुआ, भले ही उत्तेजना सत्र स्वयं काफी संक्षिप्त था, जिसमें केवल कुछ मिनटों में चालीस जोड़े स्पंदन दिए गए थे।

अध्ययन ने यह भी देखा कि जब उत्तेजना वास्तव में दी जा रही थी तब क्या हुआ। शोधकर्ताओं ने पाया कि सत्र के दौरान मस्तिष्क की प्रतिक्रिया वास्तविक समय में बदल गई, लेकिन इन तत्काल परिवर्तनों ने यह भविष्यवाणी नहीं की कि बाद में क्या होगा। लंबे अंतराल वाले समूह के लिए, सत्र के दौरान मस्तिष्क की प्रतिक्रिया वास्तव में कमजोर होती गई, और यह कमजोरी सत्र समाप्त होने के बाद लंबे समय तक जारी रही। अन्य समूहों के लिए, सत्र के दौरान तत्काल परिवर्तन स्थायी प्रभाव में परिवर्तित नहीं हुए। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क की बदलने की क्षमता केवल उत्साह के वॉल्यूम को बढ़ाने का सरल मामला नहीं है; यह एक जटिल प्रक्रिया है जहाँ अलग-अलग समय अंतराल अलग-अलग तंत्रों को सक्रिय करते हैं। यह तथ्य कि निरोधात्मक सर्किटों को लक्षित करने वाले उत्तेजना के एक छोटे झटके ने इतना टिकाऊ प्रभाव पैदा किया, यह बताता है कि मस्तिष्क के "ब्रेक" को इन विशिष्ट स्थितियों में उसके "एक्सेलेरेटर" की तुलना में स्थायी परिवर्तन के लिए संलग्न करना आसान हो सकता है।

ये निष्कर्ष इस विचार को चुनौती देते हैं कि केवल मस्तिष्क के उत्तेजक मार्गों को उत्तेजित करना स्थायी प्लास्टिसिटी उत्पन्न करने का सबसे विश्वसनीय तरीका है। इसके बजाय, अध्ययन दिखाता है कि एक विशिष्ट समय अंतराल के साथ निरोधात्मक मार्गों को लक्षित करना प्रभावी रूप से और तेजी से मस्तिष्क की उत्तेजना को कम कर सकता है। इसका मतलब यह नहीं है कि मस्तिष्क टूटा हुआ है या पिछले विचार गलत थे, बल्कि यह कि मस्तिष्क को बदलने के नियम पहले की तुलना में अधिक सूक्ष्म हैं। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि व्यक्तियों ने अलग-अलग प्रतिक्रिया दी, जिसमें एक ही समूह के भीतर भी कुछ लोगों में गतिविधि में कमी और कुछ में वृद्धि देखी गई। यह परिवर्तनशीलता इस बात को उजागर करती है कि मस्तिष्क अत्यधिक व्यक्तिगत है, और जो एक व्यक्ति के लिए काम करता है वह दूसरे के लिए काम नहीं कर सकता है। अंततः, यह अध्ययन मोटर कॉर्टेक्स को अस्थायी रूप से शांत करने का एक नया, कुशल तरीका प्रदान करता है, जो मस्तिष्क की गतिविधि को नियंत्रित करने के भविष्य के शोध में उपयोगी हो सकता है, हालांकि शोधकर्ता आगाह करते हैं कि इन परिवर्तनों को ठीक से समझने के लिए और अधिक काम करने की आवश्यकता है।