Collateral-defined prefrontal-striatal circuits partition behavioral vigor during appetitive goal pursuit
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि भूख संबंधी लक्ष्य प्राप्ति के दौरान व्यवहारिक स्फूर्ति (behavioral vigor) को दो विशिष्ट कोलेटरल-परिभाषित प्रीफ्रंटल-स्ट्रिएटल उप-नेटवर्कों द्वारा चयनात्मक रूप से नियंत्रित किया जाता है, जहाँ DMS/PL न्यूरॉन्स क्रिया की शुरुआत को संचालित करते हैं जबकि DMS/aIC न्यूरॉन्स पुरस्कार के प्रति दृष्टिकोण को सीमित करते हैं।
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प्रेरित व्यवहार जीवन का इंजन है, वह आंतरिक प्रेरणा जो एक जानवर को भोजन खोजने, आश्रय ढूंढने या साथी के पीछे भागने के लिए प्रेरित करती है। फिर भी यह प्रेरणा एक एकल, अटूट बल नहीं है। यह चरणों के एक क्रम के रूप में प्रकट होती है: चलने का निर्णय लेना, चलने की शारीरिक क्रिया, लक्ष्य की ओर बढ़ना और अंत में पुरस्कार का उपभोग करना। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि इन कार्यों की तीव्रता, या "वेग" (vigor), इस बात पर निर्भर करती है कि कोई जानवर किसी चीज़ को कितना चाहता है या वह कितना थका हुआ है। लेकिन एक मौलिक प्रश्न अनुत्तरित रह गया था: क्या मस्तिष्क इस अनुक्रम के हर चरण की गति और ऊर्जा को एक ही स्विच से नियंत्रित करता है, या क्या यह यात्रा के विभिन्न हिस्सों के लिए अलग-अलग नियंत्रणों का उपयोग करता है? इस अंतर को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि मस्तिष्क कैसे जटिल लक्ष्यों को प्रबंधनीय, स्वतंत्र कार्यों में विभाजित करता है, जो एक बदलती दुनिया के अनुकूल होने के लिए एक आवश्यक प्रक्रिया है।
शंघाई जियाओ टोंग विश्वविद्यालय और फुदान विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब यह मानचित्रित किया है कि मस्तिष्क इस जटिलता को कैसे प्रबंधित करता है। उन्होंने खोजा कि मस्तिष्क कार्य की शुरुआत और पुरस्कार की ओर बढ़ने को एक एकल इकाई के रूप में नहीं मानता है। इसके बजाय, यह उन्हें अलग-अलग नियंत्रित करने के लिए दो विशिष्ट, समानांतर सर्किटों का उपयोग करता है। चूहों को मीठे पुरस्कार के लिए काम करते हुए देखकर, वैज्ञानिकों ने पाया कि कार्य शुरू करने में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा, लक्ष्य तक पहुँचने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा से अलग तरह से नियंत्रित होती है। जब चूहे पेट भर गए और कम भूखे थे, तो वे हिलने से पहले ही काफी धीमे हो गए, लेकिन एक बार जब वे भोजन की ओर बढ़ने लगे, तो उनकी गति स्थिर रही। इससे यह संकेत मिला कि मस्तिष्क के पास यह तय करने के लिए एक विशिष्ट तंत्र है कि प्रयास शुरू करना है या नहीं, और प्रयास शुरू होने के बाद उसे बनाए रखने के लिए एक अलग तंत्र है।
इस अलगाव के तंत्रिका आधार (neural basis) को खोजने के लिए, शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क के एक विशिष्ट राजमार्ग पर ध्यान केंद्रित किया: डोर्सोमेडियल प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (एक क्षेत्र जो योजना बनाने और निर्णय लेने में शामिल है) और डोर्सोमेडियल स्ट्रिएटम (एक क्षेत्र जो सीखने और क्रिया के लिए महत्वपूर्ण है) के बीच का संबंध। वे जानते थे कि प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स के न्यूरॉन्स अक्सर कई गंतव्यों तक शाखाएं भेजते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक टेलीफोन लाइन अलग-अलग कार्यालयों को जोड़ने के लिए विभाजित होती है। टीम ने पूछा कि क्या ये शाखाओं वाले न्यूरॉन्स, जो सभी स्ट्रिएटम को संकेत भेजते हैं, क्या वे संकेतों को अन्य स्थानों पर भी भेज रहे होंगे जो उनके विशिष्ट कार्य को परिभाषित करते हैं। उन्नत इमेजिंग और जेनेटिक टैगिंग का उपयोग करते हुए, उन्होंने इस मार्ग के भीतर न्यूरॉन्स के दो अलग-अलग समूहों की पहचान की। एक समूह, जो प्रीलिम्बिक कॉर्टेक्स को भी शाखाएं भेजता था, तब सक्रिय था जब चूहे कार्य शुरू करने का निर्णय ले रहे थे। दूसरा समूह, जो एंटीरियर इंसुलर कॉर्टेक्स को शाखाएं भेजता था, तब सक्रिय था जब चूहे पुरस्कार की ओर बढ़ रहे थे।
शोधकर्ताओं ने प्रकाश का उपयोग करके इन दोनों समूहों को चालू या बंद करके उनके कार्य का परीक्षण किया, जो एक ऐसी तकनीक है जो वैज्ञानिकों को उच्च सटीकता के साथ विशिष्ट कोशिकाओं को नियंत्रित करने की अनुमति देती है। जब उन्होंने "स्टार्ट" (शुरू करने वाले) न्यूरॉन्स को सक्रिय किया, तो चूहों ने अपने कार्य बहुत तेज़ी से शुरू किए। जब उन्होंने इन्हीं न्यूरॉन्स को शांत (silence) किया, तो चूहों ने हिचकिचाहट दिखाई, जिससे उन्हें शुरू करने में अधिक समय लगा। इसके विपरीत, "अप्रोच" (पहुंच/बढ़ने वाले) न्यूरॉन्स में हेरफेर करने का शुरुआत करने की गति पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। इसके बजाय, अप्रोच न्यूरॉन्स को सक्रिय करने से चूहे पुरस्कार की ओर अधिक धीरे-धीरे बढ़े, जबकि उन्हें शांत करने से वे तेजी से आगे बढ़े। इसने एक स्पष्ट श्रम विभाजन को प्रकट किया: एक सर्किट कार्य शुरू करने के लिए 'एक्सीलेटर' (गैस पेडल) के रूप में कार्य करता है, जबकि दूसरा 'अप्रोच' चरण के लिए 'ब्रेक' के रूप में कार्य करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि जानवर अपने लक्ष्य की ओर बहुत लापरवाही से न बढ़े।
अध्ययन ने यह भी दिखाया कि ये दो सर्किट मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों से सूचना प्राप्त करते हैं। "स्टार्ट" न्यूरॉन्स को स्मृति और आंतरिक स्थिति से जुड़े क्षेत्रों से अधिक इनपुट मिलता है, जबकि "अप्रोच" न्यूरॉन्स को थैलेमस (जो संवेदी जानकारी के लिए एक रिले स्टेशन है) से अधिक इनपुट मिलता है। यह वायरिंग बताती है कि कार्य शुरू करने का निर्णय काफी हद तक जानवर की आंतरिक प्रेरणा और हाल के इतिहास से प्रभावित होता है, जबकि लक्ष्य की ओर बढ़ना तत्काल संवेदी संकेतों और वातावरण की भौतिक वास्तविकता के अनुरूप होता है।
यह दिखाते हुए कि मस्तिष्क लक्ष्य प्राप्ति के वेग को अलग-अलग, कोलेटरल-परिभाषित सर्किटों में विभाजित करता है, यह कार्य इस बात की नई समझ प्रदान करता है कि प्रेरणा कैसे व्यवस्थित होती है। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क केवल एक एकल "ड्राइव" सिग्नल की आवाज़ को तेज़ नहीं करता है। इसके बजाय, यह कार्य करने के निर्णय और दृष्टिकोण के निष्पादन को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करने के लिए विशिष्ट मार्गों के एक परिष्कृत नेटवर्क का उपयोग करता है। यह एक जानवर को कार्य शुरू करने के लिए अत्यधिक प्रेरित होने और साथ ही अपने लक्ष्य की ओर बढ़ने के तरीके को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करने, या यात्रा शुरू होने के बाद भी एक स्थिर गति बनाए रखते हुए शुरुआत में हिचकिचाने की अनुमति देता है। यह सूक्ष्म नियंत्रण सुनिश्चित करता है कि व्यवहार लचीला और कुशल बना रहे, जो एक कठोर, एक-आकार-सभी-के-लिए-उपयुक्त स्क्रिप्ट के बजाय क्षण की विशिष्ट मांगों के अनुकूल हो।
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