Basolateral amygdala neurons await oscillatory recruitment into valence-relevant ensembles

मस्तिष्क की यह क्षमता कि वह तय कर सके कि कोई स्थिति सुरक्षित है या खतरनाक, जीवन और मृत्यु का मामला है। यह प्रक्रिया, जिसे 'वैलेंस प्रोसेसिंग' (valence processing) कहा जाता है, एक जानवर को किसी अनुभव को अच्छा या बुरा लेबल करने और फिर उसके अनुसार कार्य करने की अनुमति देती है, जैसे कि किसी इनाम के करीब जाना या किसी खतरे से दूर भागना। जबकि यह उत्तरजीविता तंत्र (survival mechanism) आवश्यक है, वैज्ञानिक लंबे समय से यह समझने के लिए संघर्ष कर रहे हैं कि वह सटीक विद्युत मशीनरी क्या है जो इसे संभव बनाती है। वर्षों तक, शोध दो अलग-अलग सुरागों पर केंद्रित रहा। एक जांच उन विशिष्ट न्यूरॉन्स के समूहों, जिन्हें 'एन्सेम्बल्स' (ensembles) कहा जाता है, पर केंद्रित थी जो तब सक्रिय होते हैं जब कोई जानवर कुछ डरावना या कुछ पुरस्कृत अनुभव सीखता है। दूसरी जांच मस्तिष्क में फैलने वाली लयबद्ध विद्युत तरंगों, जिन्हें 'ऑसिलेशन' (oscillations) कहा जाता है, की जांच करती थी, जो इस आधार पर अपनी गति बदल लेती हैं कि जानवर डर महसूस कर रहा है या सुरक्षा। अब तक, ये दोनों सुराग आपस में जुड़े हुए नहीं थे। शोधकर्ता जानते थे कि सीखने में विशिष्ट मस्तिष्क कोशिकाएं शामिल थीं और भावनात्मक अवस्थाओं में विशिष्ट मस्तिष्क तरंगें शामिल थीं, लेकिन वे यह नहीं जानते थे कि तरंगें वास्तव में काम करने के लिए सही कोशिकाओं को कैसे नियुक्त करती हैं।

टफ्ट्स यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस अंतर को पाट दिया है, यह दिखाते हुए कि कैसे ये लयबद्ध तरंगें एक कंडक्टर की तरह कार्य करती हैं, जो भावनात्मक यादों में भाग लेने के लिए विशिष्ट न्यूरॉन्स के समूहों का चयन करती हैं। उन्होंने मस्तिष्क के एक क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया जिसे 'बेसोलैटरल अमिगडाला' (basolateral amygdala) कहा जाता है, जो भावनाओं को संसाधित करने के लिए एक महत्वपूर्ण केंद्र है। मस्तिष्क की कोशिकाओं को वास्तविक समय में देखने और उन्हें सटीक विद्युत लय के साथ उत्तेजित करने के लिए उन्नत उपकरणों का उपयोग करते हुए, टीम ने पाया कि व्यक्तिगत न्यूरॉन्स केवल निष्क्रिय भागीदार नहीं हैं। इसके बजाय, उनमें विशिष्ट आवृत्तियों (frequencies) की विद्युत गतिविधि के प्रति एक अंतर्निहित संवेदनशीलता होती है। जिस प्रकार एक रेडियो रिसीवर एक स्टेशन को पकड़ने के लिए ट्यून किया जाता है जबकि अन्य को अनदेखा कर देता है, ये मस्तिष्क कोशिकाएं स्वाभाविक रूप से विशिष्ट लयबद्ध पैटर्न पर प्रतिक्रिया करने के लिए ट्यून की गई होती हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब मस्तिष्क डर से जुड़ी एक धीमी लय उत्पन्न करता है, तो यह न्यूरॉन्स के एक विशिष्ट समूह को नियुक्त करता है जो बचाव (avoidance) को नियंत्रित करने वाले क्षेत्रों में संकेत भेजते हैं। जब सुरक्षा से जुड़ी एक तेज़ लय उत्पन्न की जाती है, तो दृष्टिकोण (approach) व्यवहार को संचालित करने के लिए एक अलग समूह को नियुक्त किया जाता है।

इस तंत्र को उजागर करने के लिए, वैज्ञानिकों को पहले यह पुष्टि करने की आवश्यकता थी कि विभिन्न प्रकार की भावनात्मक शिक्षा वास्तव में न्यूरॉन्स के विभिन्न समूहों का उपयोग करती हैं। उन्होंने चूहों को एक विशिष्ट वातावरण से डरना सिखाया और फिर उन्हें उस डर को भुलाने (extinction) की प्रक्रिया सिखाई। विभिन्न भागों में संकेत भेजने वाली न्यूरॉन्स की गतिविधि को ट्रैक करके, उन्होंने देखा कि प्रारंभिक भय प्रतिक्रिया में शामिल न्यूरॉन्स, उस प्रक्रिया में शामिल न्यूरॉन्स से भिन्न थे जिसमें यह सीखा गया था कि खतरा समाप्त हो गया है। इसने पुष्टि की कि मस्तिष्क विपरीत भावनात्मक अवस्थाओं के लिए अलग-अलग सेल टीमों का उपयोग करता है। हालांकि, प्रश्न अभी भी बना हुआ था: इन विशिष्ट टीमों को उठकर कार्रवाई करने के लिए क्या बताता है?

टीम ने इस विचार की ओर रुख किया कि 'इनहिबिटरी सेल्स' (inhibitory cells), जो मस्तिष्क के ब्रेक के रूप में कार्य करते हैं, वे लय निर्धारित करने वाले हो सकते हैं। उन्होंने 'ऑप्टोजेनेटिक्स' (optogenetics) नामक तकनीक का उपयोग किया, जो वैज्ञानिकों को प्रकाश के माध्यम से मस्तिष्क कोशिकाओं को नियंत्रित करने की अनुमति देती है, ताकि अमिगडाला में इन इनहिबिटरी सेल्स को उत्तेजित किया जा सके। जब उन्होंने इन कोशिकाओं को प्रति सेकंड 4 बार की धीमी गति से फ्लैश किया, तो उन्होंने डर से जुड़ी मस्तिष्क अवस्था की नकल की। जब उन्होंने प्रकाश को प्रति सेकंड 8 बार की तेज़ गति से फ्लैश किया, तो उन्होंने सुरक्षा से जुड़ी अवस्था की नकल की। फिर उन्होंने बाकी मस्तिष्क कोशिकाओं को देखा कि वे कैसी प्रतिक्रिया देती हैं। परिणाम स्पष्ट और सटीक थे। धीमी लय ने एक विशिष्ट समूह को सक्रिय किया, जबकि तेज़ लय ने पूरी तरह से अलग समूह को सक्रिय किया। कुछ कोशिकाएं दोनों के प्रति प्रतिक्रिया करती थीं, लेकिन कई अत्यधिक चयनात्मक थीं, जो केवल तभी सक्रिय होती थीं जब लय उनकी आंतरिक ट्यूनिंग से मेल खाती थी।

शोधकर्ताओं ने फिर यह जानना चाहा कि क्या यह ट्यूनिंग ऐसी थी जिसके साथ वे पैदा हुई थीं या यह सीखी गई थी। उन्होंने एक डिश में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के विद्युत गुणों को मापा ताकि यह देखा जा सके कि वे आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। उन्होंने पाया कि न्यूरॉन्स स्वाभाविक रूप से कुछ आवृत्तियों को पसंद करते थे, चाहे जानवर ने डर या सुरक्षा का अनुभव किया हो या नहीं। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क पूर्व-ट्यून की गई कोशिकाओं के एक पुस्तकालय (library) के साथ बना है, जो सही लयबद्ध संकेत मिलने पर सक्रिय होने के लिए प्रतीक्षा कर रही हैं। इनहिबिटरी सेल्स एक स्विच की तरह कार्य करते हैं, जो उस लय को उत्पन्न करते हैं जो वर्तमान भावनात्मक स्थिति को संभालने के लिए पुस्तकालय से सही टीम का चयन करती है।

यह सिद्ध करने के लिए कि यह तंत्र एक जीवित, व्यवहार करने वाले जानवर में कैसे काम करता है, टीम ने इन तकनीकों को मिलाया। पहले उन्होंने उन न्यूरॉन्स को चिह्नित किया जो डर के अनुभव या सुरक्षा के अनुभव के दौरान सक्रिय थे। बाद में, उन्होंने संगत आवृत्तियों के साथ इनहिबिटरी सेल्स को प्रकाश से उत्तेजित किया। जब उन्होंने "डर" की आवृत्ति पर मस्तिष्क को उत्तेजित किया, तो उन्होंने पाया कि डर के अनुभव के दौरान मूल रूप से चिह्नित किए गए न्यूरॉन्स पुनः सक्रिय हो गए। जब उन्होंने "सुरक्षा" की आवृत्ति का उपयोग किया, तो सुरक्षा के अनुभव के दौरान चिह्नित किए गए न्यूरॉन्स पुनः सक्रिय हो गए। इसने प्रदर्शित किया कि मस्तिष्क की लयबद्ध अवस्था केवल भावना का दुष्प्रभाव नहीं है, बल्कि एक प्रत्यक्ष कारण है जो विशिष्ट तंत्रिका सर्किट को फिर से सक्रिय करता है जो उस भावना के लिए जिम्मेदार है।

अध्ययन ने यह भी देखा कि ये न्यूरॉन्स अपने संकेत कहाँ भेजते हैं। वे न्यूरॉन्स जो जमने (freezing) और बचाव से जुड़े क्षेत्र में संकेत भेजते हैं, उनके धीमी, भय-संबंधी लय द्वारा नियुक्त किए जाने की अधिक संभावना थी। वे न्यूरॉन्स जो इनाम और अन्वेषण से जुड़े क्षेत्रों में संकेत भेजते हैं, उनके तेज़, सुरक्षा-संबंधी लय द्वारा नियुक्त किए जाने की अधिक संभावना थी। यह इस बात की पूरी तस्वीर प्रदान करता है कि मस्तिष्क सूचना को कैसे रूट करता है: इनहिबिटरी सेल्स एक लय उत्पन्न करते हैं, वह लय उनकी प्राकृतिक आवृत्ति प्राथमिकता के आधार पर विशिष्ट समूह का चयन करती है, और फिर वे न्यूरॉन्स सही व्यवहार उत्पन्न करने के लिए मस्तिष्क के उपयुक्त हिस्सों को संकेत भेजते हैं।

यह कार्य यह समझने का एक नया तरीका प्रदान करता है कि मस्तिष्क जटिल भावनात्मक अवस्थाओं को कैसे प्रबंधित करता है। यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क को हर बार नई स्थिति का सामना करने पर खुद को फिर से जोड़ने (rewire) की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, यह एक गतिशील प्रणाली पर निर्भर करता है जहाँ नेटवर्क की लय यह निर्धारित करती है कि किन पूर्व-मौजूद उपकरणों का उपयोग किया जाएगा। इन निष्कर्षों के पोस्ट-ट्रॉमेटिक स्ट्रेस डिसऑर्डर (PTSD) जैसी मनोरोग स्थितियों के लिए भी निहितार्थ हैं, जहाँ यह प्रणाली एक अवस्था में फंसी हो सकती है, जैसे कि जहाँ मस्तिष्क डर की लय से बाहर निकलने में असमर्थ हो सकता है। यह समझकर कि ये लय सही कोशिकाओं को नियुक्त करने की कुंजी हैं, वैज्ञानिक एक दिन ऐसे उपचार विकसित कर सकते हैं जो मस्तिष्क को अपनी लय को रीसेट करने और सुरक्षा सीखने की क्षमता को बहाल करने में मदद करें। यह शोध पुष्टि करता है कि मस्तिष्क का भावनात्मक जीवन केवल यह नहीं है कि कौन सी कोशिकाएं सक्रिय हैं, बल्कि वह सटीक समय और लय है जो उन्हें एक साथ लाती है।