Automatic orofacial behaviors remap within cortical substrates for voluntary motor control in freely moving primates
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि स्वतंत्र रूप से घूमते हुए मकाक (macaques) में, स्वैच्छिक मोटर नियंत्रण से जुड़ी कॉर्टिकल सर्किट सक्रिय रूप से जम्हाई लेने जैसे स्वचालित ओरोफेशियल (orofacial) व्यवहारों को नियंत्रित और आकार देने के लिए नियोजित की जाती हैं, जो एक साझा तंत्रिका आधार (neural substrate) को प्रकट करता है जहाँ विशिष्ट जनसंख्या गतिशीलता (population dynamics) दोनों स्वचालित और स्वैच्छिक चेहरे की क्रियाओं को संचालित करती है।
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सदियों से, वैज्ञानिकों ने दो प्रकार की गतिविधियों के बीच एक स्पष्ट रेखा खींची है। एक ओर वे स्वचालित, सहज क्रियाएं हैं जो बिना सोचे-समझे होती प्रतीत होती हैं, जैसे कि अचानक जम्हाई लेना या गुस्से का एक क्षण जिससे जबड़ा खिंच जाता है। माना जाता है कि ये मस्तिष्क के भीतर गहराई में, उन प्राचीन सर्किटों में हार्डवायर्ड (hardwired) हैं जो हमारी सचेत इच्छा के स्वतंत्र रूप से संचालित होते हैं। दूसरी ओर स्वैच्छिक क्रियाएं हैं, जैसे पानी का घूंट लेने या सेब का एक टुकड़ा काटने का निर्णय लेना, जो मस्तिष्क की बाहरी परतों पर सटीक आदेशों की योजना बनाने और उन्हें निष्पादित करने के लिए निर्भर करती हैं। लंबे समय से चली आ रही धारणा यह थी कि ये दोनों प्रणालियाँ अलग-अलग रास्तों पर चलती थीं: गहरा मस्तिष्क प्रतिवर्तों (reflexes) को संभालता था, जबकि ऊपरी कॉर्टेक्स (cortex) विकल्पों को संभालता था। लेकिन यह अलगाव एक रहस्य छोड़ देता है। यदि एक बंदर स्वचालित रूप से जम्हाई ले सकता है, तो वह जम्हाई लेते समय अपने दांत छिपाने या जम्हाई के साथ एक विशिष्ट ध्वनि निकालने का विकल्प क्यों चुन सकता है? यह सुझाव देता है कि सचेत मस्तिष्क इन स्वचालित पैटर्न को बदलने के लिए नीचे तक पहुँच सकता है, फिर भी कोई नहीं जानता था कि यह संबंध कैसे और कहाँ काम करता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक बंदर के स्वतंत्र रूप से चलते समय उसके मस्तिष्क को सुनकर इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। उन्होंने वेंट्रल मोटर और प्रीमोटर कॉर्टेक्स पर ध्यान केंद्रित किया, जो मस्तिष्क के उस सतही हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं जो गति को नियंत्रित करते हैं। जानवरों को लैब की कुर्सी में बांधने के बजाय, जो उनके स्वाभाविक व्यवहार को सीमित करता है, वैज्ञानिकों ने दो मकाक बंदरों (macaques) में वायरलेस रिकॉर्डिंग उपकरण लगाए। इन उपकरणों ने वैज्ञानिकों को बंदरों के पिंजरों में घूमने और एक विशेष अवलोकन कक्ष में जाने के दौरान मस्तिष्क के 640 अलग-अलग स्थानों की विद्युत गतिविधि की निगरानी करने की अनुमति दी। शोधकर्ताओं ने चार विशिष्ट व्यवहारों की निगरानी की: जम्हाई लेना और खतरे का प्रदर्शन (threat displays), जो काफी हद तक स्वचालित हैं, और काटना और पीना, जो स्वैच्छिक हैं। वे यह देखना चाहते थे कि क्या वही मस्तिष्क कोशिकाएं जो बंदर को रस पीने में मदद करती हैं, जम्हाई लेते समय भी सक्रिय होती हैं, और यदि ऐसा है, तो वे अपने व्यवहार को कैसे बदलती हैं।
परिणामों ने एक आश्चर्यजनक स्तर का ओवरलैप (overlap) प्रकट किया। जब बंदरों ने जम्हाई ली, तो शोधकर्ताओं ने पाया कि मस्तिष्क के 169 विशिष्ट स्थानों ने विद्युत गतिविधि का एक विशिष्ट पैटर्न दिखाया, जिसमें एक फ्रीक्वेंसी बैंड की शांति के बाद दूसरे में उछाल देखा गया। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्होंने 401 व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं (nerve cells) को अलग किया और पाया कि 95 कोशिकाएं जम्हाई के दौरान सक्रिय हुईं। ये यादृच्छिक कोशिकाएं नहीं थीं; वे मुख्य रूप से मध्यम आकार की पाइरेमिडल कोशिकाएं (pyramidal cells) थीं, जो मांसपेशियों को संकेत भेजने के लिए जानी जाती हैं। महत्वपूर्ण रूप से, ये कोशिकाएं तब भी सक्रिय थीं जब बंदर स्वेच्छा से काट रहा था या पी रहा था। इसका अर्थ है कि मस्तिष्क ने जम्हाई के लिए अलग, समर्पित कोशिकाओं की टीम का उपयोग नहीं किया। इसके बजाय, इसने उन्हीं कोशिकाओं को काम पर लगाया जिनका उपयोग वह स्वैच्छिक कार्यों के लिए करता है।
हालाँकि, इन कोशिकाओं के व्यवहार का तरीका कार्य के आधार पर बदल गया। जब एक बंदर ने जम्हाई ली, तो शोधकर्ताओं ने पाया कि जो कोशिकाएं आमतौर पर स्वैच्छिक रूप से काटने के दौरान मुंह बंद करने के लिए सक्रिय होती थीं, वे कभी-कभी जम्हाई के दौरान मुंह खोलने के लिए सक्रिय हुईं, जिससे स्वचालित पैटर्न के विरुद्ध दबाव डाला गया। अन्य कोशिकाएं स्वचालित गति के साथ तालमेल बिठाकर सक्रिय हुईं, जिससे उसे मजबूती मिली। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क केवल स्वचालित जम्हाई होने का अवलोकन ही नहीं कर रहा है; बल्कि यह सक्रिय रूप से इसे आकार दे रहा है, स्वैच्छिक संकेतों का उपयोग करके स्वचालित गति को तेज करने, धीमा करने या उसका स्वरूप बदलने का प्रयास कर रहा है। शोधकर्ताओं ने इन विशिष्ट मस्तिष्क स्थानों को सूक्ष्म विद्युत धाराओं के साथ उत्तेजित करके इस कारणत्मक संबंध (causal link) की पुष्टि की। जब उन्होंने जम्हाई के दौरान सक्रिय होने वाले स्थानों को उत्तेजित किया, तो बंदर का मुंह और चेहरा हिला, जिससे सिद्ध हुआ कि इन कोशिकाओं में सीधे मांसपेशियों को नियंत्रित करने की शक्ति है।
इसके विपरीत, खतरे के प्रदर्शन (threat display) के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया अलग थी। हालांकि कुछ कोशिकाएं खतरे के दौरान सक्रिय हुईं, लेकिन वे जम्हाई में शामिल कोशिकाओं की तुलना में संख्या में बहुत कम थीं। इसके अलावा, इन कोशिकाओं ने अपना मूल कार्य बनाए रखा: यदि एक कोशिका स्वैच्छिक रूप से काटने के दौरान मुंह खोलने के लिए सक्रिय होती थी, तो वह खतरे के दौरान भी मुंह खोलने के लिए ही सक्रिय हुई। उन्होंने अपनी भूमिका नहीं बदली या गति का विरोध नहीं किया। यह दर्शाता है कि जबकि मस्तिष्क एक जम्हाई को लचीले ढंग से नया आकार दे सकता है, वह तीव्र, स्वचालित खतरे के प्रदर्शन को लगभग अछूता छोड़ देता है, शायद इसलिए क्योंकि यह सचेत विचार द्वारा संशोधित होने के लिए बहुत तेज़ होता है।
अध्ययन ने इस बात पर भी गौर किया कि ये मस्तिष्क कोशिकाएं एक समूह के रूप में मिलकर कैसे काम करती हैं। सभी कोशिकाओं की गतिविधि का मानचित्रण करके, शोधकर्ताओं ने देखा कि काटने और पीने जैसी स्वैच्छिक क्रियाएं मस्तिष्क की गतिविधि स्थान में लंबे, स्पष्ट पथों का अनुसरण करती हैं। जम्हाई और खतरे के प्रदर्शन जैसी स्वचालित क्रियाएं छोटे, सघन पथों का अनुसरण करती हैं जो एक-दूसरे के करीब हैं लेकिन स्वैच्छिक क्रियाओं से अलग हैं। भले ही स्वचालित व्यवहारों ने एक छोटे, साझा समूह की कोशिकाओं का उपयोग किया, फिर भी मस्तिष्क उन्हें एक-दूसरे से और स्वैच्छिक कार्यों से अलग पहचानने में सक्षम था। इसका अर्थ है कि मस्तिष्क के पास एक लचीली प्रणाली है जहाँ वह विभिन्न चीजें बनाने के लिए अपने टूलबॉक्स से एक ही औजार निकाल सकता है। यह स्वैच्छिक नियंत्रण केंद्रों का उपयोग करके एक स्वचालित जम्हाई को धीरे से निर्देशित कर सकता है, जिससे जानवर को अपनी गहरी सहज प्रवृत्ति को वर्तमान सामाजिक स्थिति के अनुकूल बनाने की अनुमति मिलती है, जबकि प्रत्येक व्यवहार की विशिष्ट पहचान बरकरार रहती है।
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