Visual capture of the head-direction signal in a rat model of Fragile X Syndrome

दुनिया में रास्ता खोजने के लिए, मस्तिष्क को लगातार एक कठिन पहेली को हल करना होता है: मैं कहाँ हूँ, और मेरा मुख किस दिशा में है? यह कार्य सूचना के दो अलग-अलग प्रवाहों पर निर्भर करता है। एक प्रवाह आँखों से आता है, जो पर्यावरण में स्थिर वस्तुओं, जैसे कि एक पेड़ या इमारत, पर अपनी दृष्टि टिकाकर एक स्थिर संदर्भ बिंदु स्थापित करता है। दूसरा प्रवाह स्वयं शरीर से आता है, जिसे गति का एक बोध 'इडिओथेटिक' (idiothetic) जानकारी के रूप में जाना जाता है, जो कान के आंतरिक संकेतों और मांसपेशियों के आधार पर यह ट्रैक करता है कि सिर कितनी दूर और किस दिशा में घूमा है। एक स्वस्थ मस्तिष्क में, ये दोनों प्रवाह आपस में प्रतिस्पर्धा नहीं करते; वे आपस में मिल जाते हैं। जब दृश्य जगत और गति का अहसास आपस में असहमत होते हैं, तो मस्तिष्क आमतौर पर एक बीच का रास्ता निकाल लेता है, और दिशा का एक स्थिर बोध बनाए रखने के लिए प्रत्येक स्रोत की विश्वसनीयता को तौलता है। स्थानिक जागरूकता के लिए यह नाजुक संतुलन अत्यंत महत्वपूर्ण है, और जब यह बिगड़ जाता है, तो इससे भ्रम और दिशाहीनता हो सकती है, जैसा कि अक्सर ऑटिज्म स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर और बौद्धिक अक्षमता जैसी स्थितियों में देखा जाता है।

वैज्ञानिक लंबे समय से संदेह करते रहे हैं कि इस एकीकरण के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क सर्किट इन स्थितियों वाले लोगों में अलग तरह से कार्य कर सकते हैं, लेकिन विशिष्ट तंत्र छिपे हुए रहे हैं। फ्रैजाइल एक्स सिंड्रोम (Fragile X syndrome)—जो ऑटिज्म और बौद्धिक अक्षमता का एक सामान्य आनुवंशिक कारण है—के एक चूहे मॉडल का उपयोग करने वाले एक नए अध्ययन ने अब इस प्रक्रिया से पर्दा उठा दिया है। पोस्टसबिकुलम (postsubiculum) नामक मस्तिष्क के एक विशिष्ट भाग में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की गतिविधि को रिकॉर्ड करके, जो मस्तिष्क के आंतरिक दिशा-सूचक (internal compass) के रूप में एक केंद्रीय केंद्र के रूप में कार्य करता है, शोधकर्ताओं ने देखा कि ये जानवर संघर्षपूर्ण संवेदी जानकारी को कैसे संभालते हैं। निष्कर्ष यह प्रकट करते हैं कि मस्तिष्क दृश्य संकेतों और स्वयं की गति के बोध के बीच भार (weighting) को कैसे संतुलित करता है, जिसमें एक मौलिक बदलाव आया है, जो उन सर्किट-स्तरीय अंतरों की एक स्पष्ट खिड़की खोलता है जो मनुष्यों में संवेदी प्रसंस्करण चुनौतियों के मूल में हो सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने चूहों को खुद को उन्मुख (orient) करने के लिए परीक्षण करने हेतु एक नियंत्रित वातावरण तैयार किया। उन्होंने वयस्क चूहों को, जिनमें से कुछ में फ्रैजाइल एक्स के लिए आनुवंशिक उत्परिवर्तन था और कुछ में नहीं, एक अंधेरे कमरे के भीतर एक ऊंचे मंच पर रखा। प्रकाश और दृश्य जानकारी का एकमात्र स्रोत मंच के चारों ओर एक स्क्रीन पर प्रदर्शित एक एकल, चमकीला पैटर्न था। यह पैटर्न चूहे के लिए एकमात्र लैंडमार्क (landmark) के रूप में कार्य करता था। प्रयोग की शुरुआत में लैंडमार्क एक स्थिति में स्थिर था जबकि चूहे स्वतंत्र रूप से घूम रहे थे, जिससे उनके मस्तिष्क को अपनी दिशा के आंतरिक बोध और इस दृश्य संकेत के बीच एक संबंध स्थापित करने का अवसर मिला। फिर, जब चूहे अभी भी घूम रहे थे, शोधकर्ताओं ने अचानक प्रकाश पैटर्न की स्थिति को 45 या 90 डिग्री से बदल दिया। इसने एक संघर्ष पैदा किया: चूहे के शरीर को लगा कि वह अभी भी मूल दिशा में है, लेकिन उसकी आँखों ने लैंडमार्क को एक नई जगह पर देखा।

बिना आनुवंशिक उत्परिवर्तन वाले चूहों में, मस्तिष्क ने इस संघर्ष के प्रति एक परिष्कृत समझौते के साथ प्रतिक्रिया दी। जब लैंडमार्क हिला, तो आंतरिक दिशा-सूचक तुरंत नई स्थिति की ओर नहीं झपटा। इसके बजाय, यह आंशिक रूप से स्थानांतरित हुआ, और उस कोण पर स्थिर हो गया जो शरीर द्वारा महसूस की गई दिशा और आँखों द्वारा देखे गए लैंडमार्क के बीच था। यह व्यवहार एक स्वस्थ मस्तिष्क का सुझाव देता है जो दोनों स्रोतों को तौलता है, और पूर्ण दृश्य प्रभुत्व का विरोध करने के लिए गति के अहसास पर पर्याप्त भरोसा करता है। इसके अलावा, जैसे-जैसे प्रयोग में इन बदलावों को बार-बार दोहराया गया, बिना उत्परिवर्तन वाले चूहे दृश्य लैंडमार्क पर कम निर्भर होने लगे। प्रत्येक पुनरावृत्ति के साथ, उनका आंतरिक दिशा-सूचक अधिक स्थिर होता गया, जिससे पता चला कि वे दृश्य संकेत की तुलना में अपने स्वयं के गति के बोध पर अधिक भरोसा करना सीख रहे थे।

हालाँकि, फ्रैजाइल एक्स उत्परिवर्तन वाले चूहों ने पूरी तरह से अलग तरह से प्रतिक्रिया की। जब लैंडमार्क हिला, तो उनके आंतरिक दिशा-सूचक ने कोई समझौता नहीं किया। इसके बजाय, उनके मस्तिष्क का संकेत तुरंत और पूरी तरह से प्रकाश की नई स्थिति की ओर झपट गया, जैसे कि दृश्य संकेत का पूर्ण नियंत्रण हो और गति के बोध का कोई प्रभाव न हो। अपने समकक्षों के विपरीत, इन चूहों ने समय के साथ सीखने या अनुकूलन करने का कोई संकेत नहीं दिखाया। बार-बार होने वाले संघर्षों के बाद भी, उनके मस्तिष्क ने दृश्य लैंडमार्क को अपनी दिशा निर्धारित करने के लिए पूरी तरह से छोड़ दिया, जिससे वे गति के बोध और दृश्य संकेत के बीच संतुलन बनाने में विफल रहे। यह "विजुअल कैप्चर" (visual capture) इंगित करता है कि इन दो धाराओं को एकीकृत करने वाला मस्तिष्क सर्किट मौलिक रूप से परिवर्तित है, जो स्वयं की गति के आंतरिक संकेतों को अनदेखा करते हुए बाहरी दृश्य इनपुट को अत्यधिक प्राथमिकता देता है।

यह समझने के लिए कि ऐसा क्यों हुआ, शोधकर्ताओं ने स्वयं न्यूरॉन्स की गतिविधि में गहराई से देखा। उन्होंने इस बात पर ध्यान केंद्रित किया कि कोशिकाएं चूहे के सिर घूमने की गति और दिशा, जिसे कोणीय सिर वेग (angular head velocity) के रूप में जाना जाता है, के प्रति कितनी अच्छी तरह प्रतिक्रिया करती हैं। स्वस्थ चूहों में, पोस्टसबिकुलम के न्यूरॉन्स चूहे के वास्तविक मुड़ने की गति का बारीकी से अनुसरण करते हुए फायर (fire) करते थे, जो स्वयं की गति का एक मजबूत संकेत प्रदान करता था। फ्रैजाइल एक्स वाले चूहों में, यह संकेत काफी कमजोर था। न्यूरॉन्स इस बात के प्रति कम संवेदनशील थे कि सिर कितनी तेजी से या किस दिशा में घूम रहा है। स्वयं की गति के इस प्रतिनिधित्व में कमी यह स्पष्ट करती है कि दृश्य संकेत ने इतनी पूर्णता से कब्जा क्यों कर लिया; बिना एक मजबूत आंतरिक संकेत के जो दृश्य संकेत को संतुलित कर सके, मस्तिष्क के पास आँखों का अनुसरण करने के अलावा कोई विकल्प नहीं बचा।

अध्ययन ने यह भी जांचा कि क्या यह समस्या मस्तिष्क की एक विशिष्ट प्रकार की कोशिका तक ही सीमित थी। उन्होंने पाया कि मुख्य उत्तेजक कोशिकाओं (excitatory cells) और फास्ट-स्पाइकिंग निरोधात्मक कोशिकाओं (inhibitory cells) दोनों में सिर की गति के प्रति यह कमजोर प्रतिक्रिया देखी गई, जो यह सुझाव देती है कि यह सर्किट स्वयं की गति की जानकारी को संसाधित करने के तरीके में एक व्यापक व्यवधान है। परिणाम सुसंगत और स्पष्ट थे: आनुवंशिक उत्परिवर्तन ने दिशा के बोध को स्थिर करने के लिए स्वयं की गति का उपयोग करने की मस्तिष्क की क्षमता में एक विशिष्ट कमी पैदा की। इसका मतलब यह नहीं है कि चूहे अंधे थे या हिलने-डुलने में असमर्थ थे; बल्कि, उनके मस्तिष्क स्वयं की गति को महसूस करने और जो वे देख रहे थे, उसे सही ढंग से संयोजित करने में असमर्थ थे।

ये निष्कर्ष एक ठोस उदाहरण प्रदान करते हैं कि कैसे एक एकल आनुवंशिक परिवर्तन मस्तिष्क के संवेदी प्रसंस्करण के तरीके को बदल सकता है। यह दिखाकर कि फ्रैजाइल एक्स चूहों में आंतरिक दिशा-सूचक दृश्यता के कारण हावी है क्योंकि स्वयं की गति का बोध इतना कमजोर है कि वह अपना स्थान बनाए नहीं रख सकता, यह अध्ययन एक विशिष्ट सर्किट तंत्र की पहचान करता है जिसे भविष्य में लक्षित किया जा सकता है। यह सुझाव देता है कि ऑटिज्म और बौद्धिक अक्षमता में देखी जाने वाली संवेदी एकीकरण की समस्याएं केवल बहुत अधिक जानकारी से अभिभूत होने का मामला नहीं हैं, बल्कि विभिन्न प्रकार की सूचनाओं को भार देने और संयोजित करने के बीच एक विशिष्ट असंतुलन का मामला हैं। इन मामलों में मस्तिष्क सामान्य अर्थों में टूटा हुआ नहीं है, बल्कि यह बाहरी दुनिया पर बहुत अधिक निर्भर रहने के लिए ट्यून (tune) हो गया है, जिससे वह आंतरिक आधार खो दिया है जो दुनिया के बदलने पर हमें उन्मुख रखता है।