Strategy-dependent causal relationships between large-scale cortical activity and perceptual decisions
चूहों द्वारा निर्णय लेने वाले कार्य को करने के दौरान कॉर्टिकल इमेजिंग और ऑप्टोजेनेटिक इनएक्टिवेशन डेटा का विश्लेषण करके, यह अध्ययन प्रकट करता है कि बड़े पैमाने पर कॉर्टिकल गतिकी और संवेदी विकल्पों में फ्रंटल क्षेत्रों के विशिष्ट योगदान में महत्वपूर्ण भिन्नता होती है, जो इस बात पर निर्भर करती है कि जानवर एक संलग्न, उद्दीपन-संचालित अवस्था में है या एक विलगित, पूर्वाग्रही अवस्था में है।
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हर दिन, एक जानवर को एक सरल लेकिन महत्वपूर्ण प्रश्न का सामना करना पड़ता है: मुझे किस दिशा में जाना चाहिए? इसका उत्तर देने के लिए, उसे अपने आस-पास की दुनिया से सुराग जुटाने चाहिए, उन्हें अपने द्वारा सीखी गई बातों के विरुद्ध तौलना चाहिए और एक चुनाव करना चाहिए। दशकों तक, इन निर्णयों का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों ने अक्सर यह मान लिया कि मस्तिष्क एक एकल, स्थिर मशीन की तरह काम करता है, जो हर बार जानकारी को एक ही तरह से संसाधित करता है। लेकिन वास्तव में, मन कहीं अधिक तरल है। जिस तरह एक व्यक्ति कभी किसी पहेली पर ध्यान केंद्रित कर सकता है और कभी सहज ज्ञान या आदत पर भरोसा कर सकता है, वैसे ही जानवर एक ही समस्या को हल करने के लिए विभिन्न आंतरिक रणनीतियों के बीच स्विच करते हैं। कभी वे साक्ष्यों का सावधानीपूर्वक पालन करते हैं; तो कभी, वे सुरागों की परवाह किए बिना एक तरफ झुकने के पैटर्न में फंस जाते हैं। बड़ा सवाल यह रहा है: क्या मस्तिष्क इन अलग-अलग सोचने के तरीकों को सहारा देने के लिए अपनी वायरिंग बदलता है, और यदि ऐसा है, तो मस्तिष्क के कौन से हिस्से जानवर को सही रास्ते पर रखने के लिए जिम्मेदार हैं?
शोधकर्ताओं की एक टीम ने चूहों के मस्तिष्क में निर्णय लेने के इस छिपे हुए परिदृश्य का मानचित्रण करने का प्रयास किया। उन्होंने एक विशिष्ट कार्य पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ चूहे एक आभासी टी-आकार (T-shaped) के भूलभुलैया में नेविगेट करते हैं। जैसे-जैसे चूहे आगे बढ़ते हैं, वे पथ के बाईं या दाईं ओर दिखाई देने वाले दृश्य टावरों (visual towers) की एक श्रृंखला देखते हैं। लक्ष्य सरल है: याद रखें कि किस तरफ अधिक टावर थे और उसी दिशा में मुड़ें ताकि इनाम मिल सके। शोधकर्ताओं ने दर्जनों चूहों से डेटा एकत्र किया, उन्हें इस कार्य को हजारों प्रयासों (trials) के दौरान करते हुए देखा। यह समझने के लिए कि मस्तिष्क कैसे काम करता है, उन्होंने न केवल चूहों को देखा; बल्कि उन्होंने ऑप्टोजेनेटिक्स (optogenetics) नामक एक तकनीक का भी उपयोग किया। यह विधि वैज्ञानिकों को प्रकाश की एक चमक के साथ मस्तिष्क की विशिष्ट कोशिकाओं के समूहों को अस्थायी रूप से शांत करने की अनुमति देती है, जो प्रभावी रूप से मस्तिष्क में एक स्विच को बंद करने जैसा है ताकि यह देखा जा सके कि क्या होता है जब वह हिस्सा काम करना बंद कर देता है। मस्तिष्क की गतिविधि की रिकॉर्डिंग के साथ इन प्रकाश-आधारित बाधाओं को जोड़कर, टीम यह परीक्षण कर सकी कि विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्र निर्णय लेने की प्रक्रिया में कैसे योगदान देते हैं।
पहला कदम यह पता लगाना था कि चूहे किसी भी क्षण किस प्रकार की सोच का उपयोग कर रहे थे। शोधकर्ताओं ने उन विकल्पों का विश्लेषण किया जो चूहों ने तब चुने जब उन्हें प्रकाश द्वारा बाधित नहीं किया जा रहा था। उन्होंने पाया कि चूहे केवल एक निश्चित रणनीति का उपयोग नहीं कर रहे थे। इसके बजाय, वे तीन अलग-अलग मानसिक अवस्थाओं के बीच डोलते रहे। पहली अवस्था में, चूहे पूरी तरह से व्यस्त थे, टावरों पर ध्यान दे रहे थे और साक्ष्य को अपने चुनाव का मार्गदर्शन करने दे रहे थे। अन्य दो अवस्थाओं में, चूहे विमुख (disengaged) थे। इन क्षणों में, वे काफी हद तक टावरों को अनदेखा कर देते थे और इसके बजाय किसी भी तरफ मुड़ने की एक मजबूत आदत विकसित कर लेते थे, चाहे वे कुछ भी देखें। ये अवस्थाएँ क्षणिक नहीं थीं; एक बार जब चूहा इनमें से किसी एक में प्रवेश कर जाता, तो वह कई दौर तक वहीं रहता था, कभी-कभी तीस से अधिक प्रयासों तक। इस निष्कर्ष ने पुष्टि की कि मस्तिष्क केवल डेटा को संसाधित नहीं करता है; यह समय के साथ बने रहने वाले संचालन के विभिन्न मोड अपनाता है।
इन तीन अवस्थाओं की पहचान के बाद, शोधकर्ताओं ने पूछा कि मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों को शांत करने पर क्या हुआ। उन्होंने मस्तिष्क की ऊपरी सतह, जिसे कॉर्टेक्स (cortex) कहा जाता है, के दर्जनों स्थानों को लक्षित किया और देखा कि चूहों के चुनाव कैसे बदले। परिणाम चौंकाने वाले थे और पूरी तरह से इस बात पर निर्भर थे कि चूहा किस मानसिक अवस्था में था। जब चूहा व्यस्त, साक्ष्य-आधारित अवस्था में था, तो मस्तिष्क के अगले हिस्से को शांत करने से उसका ध्यान भटक गया। चूहे ने टावरों को सुनना बंद कर दिया और अनुमान लगाने लगा, जिससे अक्सर एक तरफ का गहरा झुकाव पैदा हो गया। हालाँकि, जब चूहा पहले से ही एक विमुख, पक्षपाती अवस्था में था, तो मस्तिष्क के उसी अगले हिस्से को शांत करने का विपरीत प्रभाव पड़ा। इसने चूहे के एक तरफ झुकने की पूर्व-मौजूद प्रवृत्ति को वास्तव में कम कर दिया, जिससे पक्षपात कम चरम हो गया। इस विरोधाभासी परिणाम ने दिखाया कि मस्तिष्क का अगला हिस्सा एक नियंत्रण केंद्र के रूप में कार्य करता है जो तब आवश्यक होता है जब जानवर सही काम करने की कोशिश कर रहा हो, लेकिन इसे हटाने से कभी-कभी व्याकुलता की तीव्रता कम हो सकती है, भले ही यह जानवर की साक्ष्य का उपयोग करने की क्षमता को पूरी तरह से बहाल न करे।
शोधकर्ताओं ने इन बाधाओं के समय (timing) को भी देखा। उन्होंने पाया कि मस्तिष्क के अगले हिस्से को शांत करने का सबसे गहरा प्रभाव तब पड़ा जब यह परीक्षण के अंत में, चूहे के मुड़ने से ठीक पहले हुआ। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क के अगले क्षेत्र निर्णय को मन में बनाए रखने और अंतिम विकल्प को निष्पादित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से तब जब जानवर सटीक होने की कोशिश कर रहा हो। इसके विपरीत, जब शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क के पिछले हिस्से को शांत किया, तो प्रभाव अलग थे। ये क्षेत्र तब अधिक भूमिका निभाते थे जब चूहा एक पक्षपाती, विमुख अवस्था में होता था, शायद उन आदतों को बनाए रखने या पिछले पुरस्कारों के इतिहास को संसाधित करने में मदद करते थे।
पूरी तस्वीर देखने के लिए, टीम ने वाइडफील्ड कैमरा का उपयोग करके पूरे मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि को रिकॉर्ड किया। उन्होंने पाया कि जब चूहे व्यस्त अवस्था में थे, तो मस्तिष्क का अगला हिस्सा पक्षपाती अवस्था की तुलना में बहुत अधिक सक्रिय था। इसके अलावा, जब उन्होंने मस्तिष्क की गतिविधि के आधार पर चूहे के चुनाव की भविष्यवाणी करने की कोशिश की, तो व्यस्त अवस्था के दौरान अगले क्षेत्र सबसे अच्छे भविष्यवक्ता थे, जबकि पक्षपाती अवस्था के दौरान पिछले क्षेत्र अधिक सूचनात्मक थे। इसने पुष्टि की कि मस्तिष्क अपनी रणनीति के उपयोग के आधार पर खुद को पुनर्गठित करता है। मस्तिष्क का अगला हिस्सा केंद्रित रहने और वर्तमान साक्ष्य के आधार पर निर्णय लेने के लिए कुंजी है, जबकि अन्य क्षेत्र नेतृत्व करते हैं जब जानवर आदतों पर वापस लौट आता है।
ये निष्कर्ष बताते हैं कि मस्तिष्क एक स्थिर मशीन नहीं है जिसके निश्चित हिस्से निश्चित काम करते हैं। इसके बजाय, यह एक गतिशील प्रणाली है जो किसी समस्या के प्रति दृष्टिकोण तय करने के लिए अपने कनेक्शन और गतिविधि पैटर्न को पुनर्गठित करती है। मस्तिष्क का अगला हिस्सा एक व्यस्त, साक्ष्य-आधारित रणनीति को बनाए रखने के लिए एक महत्वपूर्ण केंद्र के रूप में उभरता है, जो सरल पक्षपातों में गिरने की प्रवृत्ति के विरुद्ध एक रक्षक के रूप में कार्य करता है। जब यह रक्षक अनुपस्थित होता है, तो जानवर अपना रास्ता भटक जाता है, लेकिन दिलचस्प बात यह है कि इसे हटाने से कभी-कभी व्याकुलता की तीव्रता कम हो सकती है, हालांकि यह आवश्यक रूप से इष्टतम प्रदर्शन पर वापस नहीं लाता है। यह कार्य इस बारे में एक स्पष्ट दृष्टिकोण प्रदान करता है कि कैसे बड़े पैमाने पर मस्तिष्क की गतिशीलता सोचने के विभिन्न तरीकों का समर्थन करने के लिए बदलती है, जो यह प्रकट करती है कि निर्णय का मार्ग उतना ही है जितना कि मस्तिष्क की वर्तमान रणनीति और सामने मौजूद साक्ष्य।
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