Computational aberration-corrected volumetric imaging of single retinal cell dynamics in the living eye
यह शोध पत्र प्लिनोप्टिक इल्यूमिनेशन स्कैनिंग लेजर ऑप्थैल्मोस्कोपी (PI-SLO) को प्रस्तुत करता है, जो एक उच्च-गति, वाइडफील्ड 3D इमेजिंग पद्धति है जो जीवित आंखों में रेटिनल डायनेमिक्स के गैर-आक्रामक, सिंगल-सेल रिज़ॉल्यूशन वॉल्यूमेट्रिक इमेजिंग को सक्षम करने के लिए नेत्र संबंधी विपथन (ocular aberrations) पर विजय प्राप्त करती है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। यह एक ऐसे प्रीप्रिंट की AI से तैयार की गई व्याख्या है जिसकी अभी सहकर्मी समीक्षा नहीं हुई है। यह चिकित्सकीय सलाह नहीं है। इस सामग्री के आधार पर स्वास्थ्य संबंधी फैसले न लें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
मानव आँख केवल दुनिया को देखने के लिए एक खिड़की मात्र नहीं है; यह केंद्रीय तंत्रिका तंत्र का एकमात्र ऐसा हिस्सा है जिसे डॉक्टर बिना सर्जरी के सीधे देख सकते हैं। इस नन्हे, पारदर्शी गोले के भीतर रेटिना होता है, जो ऊतक की एक पतली परत है जिसमें न्यूरॉन्स, रक्त वाहिकाएं और प्रतिरक्षा कोशिकाएं (इम्यून सेल्स) भरी होती हैं जो प्रकाश को संसाधित करने के लिए मिलकर काम करती हैं। चूंकि ये कोशिकाएं बहुत छोटी होती हैं और बहुत सघन रूप से पैक होती हैं, इसलिए जीवित जानवर में यह देखना कि वे कैसे चलती हैं और एक-दूसरे से संवाद करती हैं, अविश्वसनीय रूप से कठिन रहा है। पारंपरिक कैमरे आंख के भीतर गहराई तक देखने में संघर्ष करते हैं क्योंकि आंख का अपना लेंस दोषपूर्ण होता है, जो छवि को धुंधला कर देता है, जबकि शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी जो व्यक्तिगत कोशिकाओं को देख सकते हैं, अक्सर आक्रामक सर्जरी की मांग करते हैं या इतने धीमे होते हैं कि वे तेज़ जैविक घटनाओं को चूक जाते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसा तरीका चाहते थे जिससे वे इन सूक्ष्म कोशिकीय संवादों को बिना नाजुक ऊतकों को नुकसान पहुँचाए, वास्तविक समय में, एक विस्तृत क्षेत्र में देख सकें।
जॉन हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने ठीक यही करने का एक नया तरीका विकसित किया है। उन्होंने एक विशेष इमेजिंग सिस्टम बनाया है जो जीवित आंख के लिए एक उच्च-गति वाले, त्रि-आयामी (थ्री-डायमेंशनल) कैमरे की तरह कार्य करता है। आंख की धुंधली दृष्टि को भौतिक रूप से ठीक करने के लिए जटिल हार्डवेयर पर निर्भर रहने के बजाय, उनका सिस्टम प्रकाश और कंप्यूटर प्रोसेसिंग के एक चतुर तरीके का उपयोग करता है। यह उपकरण तेजी से कई थोड़े अलग कोणों से आंख में प्रकाश डालता है। जैसे ही प्रकाश रेटिना से टकराता है, यह चमकती कोशिकाओं को उत्तेजित करता है, और एक सेंसर वापस आने वाले प्रकाश को एकत्र करता है। क्योंकि प्रकाश विभिन्न दिशाओं से प्रवेश करता है, इसलिए प्रत्येक चमकती कोशिका की स्थिति कैप्चर की गई छवियों में थोड़ा बदल जाती है, ठीक वैसे ही जैसे जब आप किसी पेड़ के पास से गुजरते हैं तो वह चलता हुआ प्रतीत होता है। दर्जनों कोणों से इन बदलावों को एक सेकंड से भी कम समय में कैप्चर करके, शोधकर्ता कंप्यूटर का उपयोग यह पता लगाने के लिए कर सकते हैं कि त्रि-आयामी स्थान में प्रत्येक कोशिका वास्तव में कहाँ है, जो प्रभावी रूप से आंख की खामियों के कारण होने वाले धुंधलेपन को हटा देता है।
इस पद्धति का उपयोग करते हुए, जिसे 'प्लेनप्टिक इल्यूमिनेशन स्कैनिंग लाइट ऑप्थाल्मोस्कोपी' कहा जाता है, टीम ने अभूतपूर्व विवरण के साथ जीवित चूहे के रेटिना को देखने में सफलता प्राप्त की। उन्होंने तीन प्रमुख क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया: प्रतिरक्षा कोशिकाएं जो आंख की निगरानी करती हैं, रक्त वाहिकाएं जो इसे पोषण देती हैं, और न्यूरॉन्स जो दृश्य संकेतों को संसाधित करते हैं। प्रयोगों के पहले सेट में, उन्होंने तेरह मिनट की अवधि में लगभग एक सौ प्रतिरक्षा कोशिकाओं की गतिविधियों को ट्रैक किया। उन्होंने पाया कि ये कोशिकाएं सभी एक जैसी नहीं होती हैं; जो रेटिना की सतह के करीब होती हैं, वे गहरे ऊतकों में दबी हुई कोशिकाओं की तुलना में बहुत अधिक सक्रिय रूप से घूमती थीं। यह सुझाव देता है कि रेटिना की विभिन्न परतों में अलग-अलग प्रकार की प्रतिरक्षा गतिविधि होती है, जो एक ऐसा विवरण है जिसे पहले इतने बड़े क्षेत्र में स्पष्ट रूप से देखना असंभव था। सिस्टम ने बीस-तीन पूर्ण 3D वॉल्यूम प्रति सेकंड से अधिक की गति से इन गतिविधियों को कैप्चर किया, जिससे शोधकर्ता वास्तविक समय में कोशिकाओं को अपनी छोटी शाखाओं को फैलाते और सिकोड़ते हुए देख सके।
शोधकर्ताओं ने रक्त प्रवाह का मानचित्रण करने के लिए भी इस प्रणाली का उपयोग रेटिना की तीन विशिष्ट रक्त वाहिकाओं की परतों में किया। रक्तप्रवाह में एक हानिरहित फ्लोरोसेंट डाई इंजेक्ट करके, वे केशिकाओं (कैपिलरीज) के माध्यम से व्यक्तिगत रक्त कोशिकाओं के तेजी से गुजरने को देख सके। इस तकनीक ने उन्हें न केवल रक्त वाहिकाओं की मुख्य क्षैतिज परतों को, बल्कि उन सूक्ष्म ऊर्ध्वाधर (वर्टिकल) कनेक्शनों को भी देखने की अनुमति दी जो इन परतों के बीच गोता लगाते हैं, जो आमतौर पर छिपे रहते हैं। उन्होंने इन सूक्ष्म वाहिकाओं में रक्त प्रवाह की गति को मापा, जिसमें पाया कि कुछ 0.68 मिलीमीटर प्रति सेकंड की गति से चलीं जबकि अन्य 0.12 मिलीमीटर प्रति सेकंड की गति से बहुत धीमी थीं। पूरे नेटवर्क में एक साथ प्रवाह को मापने की यह क्षमता आंख को ऑक्सीजन की आपूर्ति कैसे होती है, इसका एक पूर्ण चित्र प्रदान करती है, जो मधुमेह और ग्लूकोमा जैसे रोगों को समझने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि टीम ने यह प्रदर्शित किया कि वे जानवर की गति को रोके बिना या आक्रामक जांच (प्रोब्स) का उपयोग किए बिना आंख में मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि को देख सकते हैं। उन्होंने एक वायरस का उपयोग किया ताकि विशिष्ट न्यूरॉन्स सक्रिय होने पर चमकने लगें, फिर उन्होंने चूहे की आंख को पराबैंगनी (अल्ट्रावॉयलेट) प्रकाश की एक चमक से उत्तेजित किया। सिस्टम ने परिणामी कैल्शियम संकेतों—जो तंत्रिका गतिविधि के रासायनिक मार्कर हैं—को न्यूरॉन्स की दो अलग-अलग परतों में एक साथ कैप्चर किया। उन्होंने देखा कि व्यक्तिगत न्यूरॉन्स ने प्रकाश के प्रति अलग-अलग प्रतिक्रिया दी, जिनमें से कुछ तुरंत सक्रिय हुए और कुछ प्रतीक्षा करते रहे, और यहाँ तक कि उन्होंने देखा कि एक ही न्यूरॉन के विभिन्न हिस्से विपरीत तरीकों से प्रतिक्रिया कर सकते हैं। विस्तृत विवरण, जो एक बड़े क्षेत्र को कवर करता है और वास्तविक समय में होता है, यह पुष्टि करता है कि आंख केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के लिए एक शक्तिशाली खिड़की के रूप में कार्य कर सकती है। इस पद्धति के लिए बहुत कम प्रकाश स्तर की आवश्यकता होती है, जिससे आंख को नुकसान पहुँचने का जोखिम कम हो जाता है, और यह बिना भारी, महंगे हार्डवेयर के काम करती है जिसने पिछले प्रयासों को सीमित किया था। आंख को कोशिकीय जीवन के लिए एक स्पष्ट, उच्च-गति वाले 3D मूवी थिएटर में बदलकर, यह दृष्टिकोण यह अध्ययन करने का एक नया मार्ग खोलता है कि मस्तिष्क कैसे कार्य करता है और बीमारियां इसे कैसे बाधित करती हैं।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।