Distinct medial septal GABAergic pathways differentially regulate spatial memory and network activity

दुनिया में आवाजाही करने के लिए, मस्तिष्क को अपने परिवेश का एक विश्वसनीय मानचित्र बनाना चाहिए और चलते समय उसे क्षण-क्षण में अपडेट करना चाहिए। यह क्षमता, जिसे स्थानिक स्मृति (spatial memory) कहा जाता है, मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों के बीच एक जटिल संवाद पर निर्भर करती है। इस प्रणाली के केंद्र में हिप्पोकैम्पस (hippocampus) स्थित है, जो मस्तिष्क के भीतर एक गहरी संरचना है और स्थान एवं संदर्भ के केंद्रीय केंद्र के रूप में कार्य करता है। यह अकेला काम नहीं करता; इसे एंटोरहिनल कॉर्टेक्स (entorhinal cortex) से निरंतर इनपुट प्राप्त होता है, जो सूचनाओं को आगे भेजने से पहले संवेदी जानकारी को फिल्टर करने वाला एक द्वार है। इस नेटवर्क को सिंक्रोनाइज़ और सुचारू रूप से कार्यशील रखने के लिए, मेडियल सेप्टम (medial septum) में कोशिकाओं का एक छोटा समूह मेडियल सेप्टम से हिप्पोकैम्पस और एंटोरहिनल कॉर्टेक्स तक लयबद्ध संकेत भेजता है। ये संकेत एक कंडक्टर की तरह कार्य करते हैं, जो यह सुनिश्चित करते हैं कि दूर स्थित मस्तिष्क कोशिकाओं की विद्युत गतिविधि एक-दूसरे के साथ तालमेल बिठाकर चले। इस समन्वय के बिना, मस्तिष्क यह याद रखने में संघर्ष करता है कि चीजें कहाँ हैं या उन्हें फिर से कैसे ढूँढा जाए।

वर्षों तक, वैज्ञानिक जानते थे कि इस प्रक्रिया के लिए मेडियल सेप्टम आवश्यक है, लेकिन वे पूरी तरह से नहीं समझ पाए थे कि इसके विभिन्न भाग विशिष्ट प्रकार की स्मृति में कैसे योगदान देते हैं। इस क्षेत्र की कोशिकाएं सभी एक जैसी नहीं होतीं; कुछ 'पार्वाल्बूमिन' (parvalbumin) नामक प्रोटीन द्वारा चिह्नित होती हैं, जबकि अन्य 'कैलबिंडिन' (calbindin) नामक प्रोटीन को धारण करती हैं। शोधकर्ताओं को संदेह था कि ये दो समूह अलग-अलग कार्य कर सकते हैं, शायद एक किसी स्थान के दीर्घकालिक लेआउट को संभालता हो और दूसरा यात्रा के तात्कालिक विवरणों को प्रबंधित करता हो। हालाँकि, क्योंकि ये कोशिकाएं एक साथ कई गंतव्यों तक शाखाएं भेजती हैं, यह बताना असंभव था कि स्मृति की विफलता मूल कोशिकाओं में समस्या के कारण हुई थी या उस विशिष्ट पथ के कारण जो वे अपने गंतव्य तक पहुँचने के लिए लेती हैं।

हाइडेलबर्ग यूनिवर्सिटी और जर्मन कैंसर रिसर्च सेंटर के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन कोशिकाओं द्वारा लिए जाने वाले सटीक मार्गों का पता लगाकर इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। उन्होंने तीन विशिष्ट लक्ष्यों पर ध्यान केंद्रित किया: डोर्सल हिप्पोकैम्पस (dorsal hippocampus), जो सामान्य स्थानिक स्मृति के लिए महत्वपूर्ण है, और एंटोरहिनल कॉर्टेक्स के दो खंड जिन्हें मेडियल और लेटरल क्षेत्र के रूप में जाना जाता है। एक सटीक तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने या तो पार्वाल्बूमिन कोशिकाओं या कैलबिंडिन कोशिकाओं के संचार लाइनों को उनके विशिष्ट लक्ष्यों पर पहुँचते ही चुनिंदा रूप से शांत (silence) कर दिया। इसके बाद, उन्होंने चूहों का परीक्षण आठ-भुजाओं वाले रेडियल मेज (eight-arm radial maze) पर किया, जो एक क्लासिक पहेली है जहाँ जानवरों को याद रखना होता है कि कौन सी भुजाओं में हमेशा भोजन रहता है और किनमें कभी नहीं। इस कार्य ने वैज्ञानिकों को दो अलग-अलग स्मृति कौशलों को अलग करने की अनुमति दी: 'रेफरेंस मेमोरी' (reference memory), जो स्थायी नियमों का ज्ञान है (जैसे "इस भुजा में हमेशा भोजन होता है"), और 'वर्किंग मेमोरी' (working memory), जो एक एकल यात्रा के दौरान अभी-अभी क्या हुआ है उसे ट्रैक करने की क्षमता है (जैसे "मैंने इस भुजा से अभी खाया है")।

परिणामों ने एक स्पष्ट श्रम विभाजन को प्रकट किया जो पूरी तरह से संकेत के गंतव्य पर निर्भर करता है। जब शोधकर्ताओं ने डोर्सल हिप्पोकैम्पस या मेडियल एंटोरहिनल कॉर्टेक्स में प्रवेश करते समय पार्वाल्बूमिन कोशिकाओं को शांत किया, तो चूहों ने मेज के स्थायी नियमों को याद रखने में काफी अधिक गलतियाँ कीं। वे उन भुजाओं में भटक गए जहाँ कभी भोजन नहीं था, जो रेफरेंस मेमोरी के नुकसान को दर्शाता है। हालाँकि, एक एकल प्रयास के भीतर अपनी हालिया गतिविधियों को ट्रैक करने की उनकी क्षमता बरकरार रही। इसके विपरीत, जब कैलबिंडिन कोशिकाओं को मेडियल एंटोरहिनल कॉर्टेक्स में प्रवेश करते समय शांत किया गया, तो चूहे दोनों प्रकार की स्मृति के साथ संघर्ष करने लगे। वे स्थायी नियमों को भूल गए और यह भी भूल गए कि उन्होंने अभी-अभी किन भुजाओं का दौरा किया था, जो वर्किंग मेमोरी में व्यवधान को दर्शाता है। दिलचस्प बात यह है कि लेटरल एंटोरहिनल कॉर्टेक्स में प्रवेश करते समय दोनों प्रकार की कोशिकाओं को शांत करने का चूहों के प्रदर्शन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा, जिससे पता चलता है कि यह विशिष्ट मार्ग इस प्रकार के स्थानिक कार्य के लिए महत्वपूर्ण नहीं है।

अध्ययन ने उन विद्युत लय (electrical rhythms) का भी अवलोकन किया जो इन स्मृतियों के साथ चलती हैं। शोधकर्ताओं ने मेडियल एंटोरहिनल कॉर्टेक्स में मस्तिष्क तरंगों को रिकॉर्ड किया और पाया कि पार्वाल्बूमिन कोशिकाओं को शांत करने से मस्तिष्क के 'थीटा रिदम' (theta rhythm) की शक्ति में गिरावट आई, जो एक स्थिर दोलन (oscillation) है जो तंत्रिका गतिविधि को व्यवस्थित करने में मदद करता है। हालाँकि, कैलबिंडिन कोशिकाओं को शांत करने से इस लय में कोई बदलाव नहीं आया। यह निष्कर्ष बताता है कि जबकि दोनों कोशिका प्रकार स्मृति के लिए आवश्यक हैं, वे अलग-अलग तंत्रों के माध्यम से इसे प्राप्त करते हैं। पार्वाल्बूमिन कोशिकाएं एक मास्टर क्लॉक की तरह कार्य करती प्रतीत होती हैं, जो उन लयबद्ध तरंगों को उत्पन्न करती हैं जो नेटवर्क को सिंक्रोनाइज़ रखती हैं। दूसरी ओर, कैलबिंडिन कोशिकाएं एक अलग प्रक्रिया के माध्यम से स्मृति का समर्थन करती हैं जो इन विशिष्ट मस्तिष्क तरंगों को उत्पन्न करने पर निर्भर नहीं करती है।

ये खोजें इस समझ को परिष्कृत करती हैं कि मस्तिष्क स्मृति का निर्माण कैसे करता है। यह एक एकल, समान प्रणाली नहीं है जहाँ सभी संकेतों के साथ एक जैसा व्यवहार किया जाता है। इसके बजाय, मस्तिष्क स्थानिक नेविगेशन के विभिन्न पहलुओं को संभालने के लिए अलग-अलग पथों का उपयोग करता है। हिप्पोकैम्पस और मेडियल एंटोरहिनल कॉर्टेक्स को जाने वाला पार्वाल्बूमिन पथ परिवेश के लयबद्ध ढांचे और दीर्घकालिक नियमों को प्रदान करता है। मेडियल एंटोरहिनल कॉर्टेक्स को जाने वाला कैलबिंडिन पथ तात्कालिक, लचीले ट्रैकिंग की एक परत जोड़ता है जो एक जानवर को वास्तविक समय में अपनी स्थिति को अपडेट करने की अनुमति देता है। यह दिखाकर कि ये दो प्रणालियाँ स्वतंत्र रूप से कार्य करती हैं और विभिन्न स्मृति कार्यों को लक्षित करती हैं, यह शोध इस बात पर प्रकाश डालता है कि मस्तिष्क को दुनिया के माध्यम से मार्गदर्शन करने के लिए कितनी जटिल विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है। यह सुझाव देता है कि स्मृति केवल एक मानचित्र होने के बारे में नहीं है, बल्कि इस बारे में है कि आपके पास उस मानचित्र को पढ़ने के लिए अलग-अलग उपकरण हों, चाहे आप किसी स्थायी मील के पत्थर को देख रहे हों या अपने पिछले कदम को ट्रैक कर रहे हों।