Comparison of cortical auditory evoked potentials in anesthetized versus awake Jamaican fruit bats

अपने मस्तिष्क की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ ध्वनि यातायात (ट्रैफिक) है। जब कोई कार हॉर्न बजाती है, कोई सायरन गूँजता है, या कोई पक्षी चहचहाता है, तो वह शोर हवा के माध्यम से यात्रा करता है, आपके कान से टकराता है, और विद्युत संकेतों (इलेक्ट्रिकल सिग्नल्स) में परिवर्तित हो जाता है। ये संकेत मस्तिष्क के "ध्वनि प्रसंस्करण जिले" (साउंड प्रोसेसिंग डिस्ट्रिक्ट), यानी ऑडिटरी कॉर्टेक्स तक जाने वाले एक राजमार्ग पर दौड़ते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इस जिले में झाँकने की कोशिश कर रहे हैं ताकि देख सकें कि यह शोर को कैसे संभालता है। आमतौर पर, वे ऐसा मस्तिष्क की सतह पर सीधे छोटे माइक्रोफोन (इलेक्ट्रोड) लगाकर करते हैं, लेकिन इसके लिए सर्जरी की आवश्यकता होती है और अक्सर जानवर को सुलाना पड़ता है।

हालाँकि, सोना खेल बदल देता है। यह वैसा ही है जैसे किसी शहर के बारे में यह समझने की कोशिश करना कि रश ऑवर (भीड़भाड़ के समय) के दौरान शहर कैसे काम करता है, लेकिन केवल रात के 3:00 बजे देखने से जब सब सो रहे होते हैं; ट्रैफिक तो वहाँ है, लेकिन ऊर्जा, ध्यान और जटिल अंतःक्रियाएँ गायब हैं। मानव दुनिया में, हमारे पास इस "ट्रैफिक" को सुनने का एक गैर-आक्रामक (नॉन-इनवेसिव) तरीका है जिसे कॉर्टिकल ऑडिटरी इवोक्ड पोटेंशियल्स (CAEPs) कहा जाता है। CAEPs को मस्तिष्क के "गूँज" या ध्वनि के प्रति उसकी प्रतिक्रिया को सुनने के एक तरीके के रूप में समझें, बिना खोपड़ी खोले। यह कुछ ऐसा है जैसे किसी घाटी की दीवार से टकराकर वापस आती हुई आवाज़ को सुनना; गूँज का आकार आपको घाटी के आकार के बारे में बताता है। जबकि हम जानते हैं कि मनुष्यों और चूहों में यह कैसे काम करता है, हमें विशेष रूप से चमगादड़ों में यह स्पष्ट नहीं पता था कि यह कैसे काम करता है, खासकर जब वे जाग रहे हों और वह कर रहे हों जिसमें वे माहिर हैं: उड़ना और बातें करना। यही वह पहेली है जिसे यह अध्ययन हल करने की कोशिश कर रहा है।

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बैट सिटी साउंड चेक: जागते हुए बनाम सोते हुए

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने जैमेकन फ्रूट बैट्स (Jamaican fruit bats) में "ध्वनि की गूँज" (CAв) की जाँच करने का निर्णय लिया, लेकिन एक ट्विस्ट के साथ: वे तुलना करना चाहते थे कि चमगादड़ एनेस्थीसिया के प्रभाव में सो रहे थे या पूरी तरह से जाग रहे थे और मजे कर रहे थे। ये फ्रूट बैट्स क्यों? खैर, ये चमगादड़ दुनिया के "लार्ज एसयूवी" (Large SUVs) हैं, जिनका वजन लगभग 45-55 ग्राम होता है और उनकी खोपड़ी मोटी होती है, जिससे उनके छोटे, कीटों को खाने वाले चचेरे भाइयों (जिनकी खोपड़ी कागज जैसी पतली होती है) की तुलना में उनमें छोटे रिकॉर्डिंग उपकरण फिट करना बहुत आसान होता है।

शोधकर्ताओं ने एक साउंड लैब तैयार की जहाँ वे चमगादड़ों को विभिन्न प्रकार के शोर सुना सकते थे: स्टैटिक के तेज़ झोंके (शोर), पिच में ऊपर या नीचे जाने वाली स्विंगिंग टोन (जैसे स्लाइड व्हिसल), और विशिष्ट ध्वनियाँ जो नकल करती हैं कि चमगादड़ आपस में कैसे बात करते हैं। उन्होंने दो परिदृश्यों में चमगादड़ों की मस्तिष्क तरंगों (ब्रेन वेव्स) को रिकॉर्ड किया। पहले, उन्होंने चमगादड़ों को आइसोफ्लुरेन (isoflurane) नामक गैस से सुला दिया (वही जो मानव सर्जरी में उपयोग की जाती है)। दूसरे, उन्होंने चमगादड़ों के जागते समय, एक पिंजरे में शांति से लटके हुए, एक विशेष, छोटे, इम्प्लांट किए गए माइक्रोफोन सिस्टम का उपयोग करके रिकॉर्ड किया।

बड़ा आश्चर्य: "वॉल्यूम" का नॉब

सबसे चौंकाने वाली खोज यह थी कि जब चमगाडड़ जाग रहे थे, तो उनके मस्तिष्क की "गूँज" कितनी तेज़ थी। जब चमगादड़ सो रहे थे, तो उनकी मस्तिष्क तरंगें मौजूद थीं, लेकिन वे बहुत धीमी फुसफुसाहट की तरह थीं। जब चमगादड़ जाग रहे थे, तो वे वही मस्तिष्क तरंगें 17 गुना अधिक तेज़ थीं! यह ऐसा है जैसे एनेस्थीसिया ने मस्तिष्क के वॉल्यूम नॉब को घुमाकर उसे मुश्किल से सुनाई देने वाली हल्की गुनगुनाहट पर कर दिया, जबकि जागने की स्थिति में इसे एक रॉक कॉन्सर्ट की तरह तेज़ कर दिया गया।

शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि सोते हुए चमगाडड़ों को जागते हुए चमगाडड़ों की तुलना में सुनने के लिए आवाज़ को लगभग 10 dB अधिक तेज़ होना चाहिए था। यह ऐसा है जैसे सो रहा चमगादड़ भारी ईयरमफ पहने हुए था, जबकि जागता हुआ चमगादड़ अपने कान खुले रखे हुए था।

गूँज का आकार

यहाँ वैज्ञानिकों के लिए अच्छी खबर है जिन्हें एनेस्थीसिया का उपयोग करना पड़ता है: भले ही वॉल्यूम बहुत कम हो गया था, लेकिन ध्वनि की गूँज का आकार लगभग एक जैसा ही था। चाहे चमगादड़ सो रहा हो या जाग रहा हो, मस्तिष्क ने ध्वनियों के जवाब में समान पैटर्न की चोटियों (peaks) और घाटियों (valleys) को उत्पन्न किया। इसका मतलब है कि भले ही आप सोते हुए जानवर में पूरा "रॉक कॉन्सर्ट" नहीं सुन सकते, फिर भी आप यह बता सकते हैं कि कौन सा संगीत बज रहा है। शोर के झोंके, नीचे की ओर जाने वाली लहर, या ऊपर की ओर जाने वाली लहर के प्रति मस्तिष्क की बुनियादी प्रतिक्रिया दोनों अवस्थाओं में गुणात्मक रूप से समान थी।

हालाँकि, एक छोटा सा अंतर था। जब चमगादड़ जागे, तो शोर शुरू होने के लगभग 10-12 मिलीसेकंड बाद ध्वनि तरंग में एक छोटा, अतिरिक्त उभार दिखाई दिया। यह उभार, जिसे शोधकर्ता "P0" कहते हैं, माना जाता है कि मस्तिष्क के एक गहरे हिस्से से आता है जिसे थैलेमस (thalamus) कहा जाता है। ऐसा लगता है कि एनेस्थीसिया इतना प्रभावी था कि उसने इस छोटे से उभार को पूरी तरह से छिपा दिया। इसलिए, जबकि मुख्य कहानी वही थी, जागते हुए चमगाडड़ों ने एक सूक्ष्म विवरण प्रकट किया जिसे सोते हुए चमगाडड़ों ने छिपा कर रखा था।

"ट्रैफिक जाम" टेस्ट

टीम ने यह भी परीक्षण किया कि चमगाडड़ों का मस्तिष्क ध्वनियों की एक तीव्र श्रृंखला (rapid series) को कैसे संभालता है, जैसे कि एक चमगादड़ लक्ष्य की ओर उड़ते हुए क्लिक की एक तेज़-तर्रार अनुक्रम भेजता है। जब उन्होंने एक एकल क्लिक चलाया, तो मस्तिष्क ने एक स्पष्ट गूँज बनाई। लेकिन जब उन्होंने बहुत तेज़ी से पाँच क्लिकों का एक क्रम चलाया, तो मस्तिष्क ने उन सभी को एक बड़ी, जटिल लहर में मिला दिया। यह सुझाव देता है कि चमगादड़ का मस्तिष्क "टेम्पोरल इंटीग्रेशन" (समय-एकीकरण) में उत्कृष्ट है—यह बड़े चित्र को समझने के लिए तेज़ ध्वनियों को आपस में मिला देता है, बजाय इसके कि हर एक क्लिक से भ्रमित हो जाए। यह तब भी हुआ जब चमगादड़ सो रहा था या जाग रहा था, हालाँकि जागते हुए चमगादड़ की प्रतिक्रिया बहुत अधिक मजबूत थी।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

यह अध्ययन पुष्टि करता है कि जबकि एनेस्थीसिया एक भारी कंबल की तरह काम करता है, जो मस्तिष्क की प्रतिक्रिया को कम करता है और कुछ सूक्ष्म विवरणों को छिपा देता है, यह मुख्य तस्वीर को विकृत नहीं करता है। यदि आप चमगादड़ के मस्तिष्क के ध्वनि प्रसंस्करण को समझना चाहते हैं, तो सोते हुए चमगादड़ का अध्ययन करना आपको उस क्षेत्र का एक विश्वसनीय, भले ही शांत, मानचित्र देता है। लेकिन यदि आप पूर्ण, जीवंत शहर को देखना चाहते जिसमें सारा ध्यान और ऊर्जा है, तो आपको चमगादड़ को तब पकड़ना होगा जब वह जाग रहा हो।

शोधकर्ताओं ने इन फ्रूट बैट्स की तुलना पहले पढ़े गए उनके कीटभक्षी मैक्सिकन फ्री-टेल्ड बैट्स (Mexican free-tailed bats) से भी की। आश्चर्यजनक रूप से, भले ही फ्रूट बैट्स बहुत बड़े हैं और अलग तरह का भोजन खाते हैं, उनके मस्तिष्क की ध्वनि गूँज छोटे, कीटभक्षी चमगाडों के लगभग समान ही दिखी। यह सुझाव देता है कि चमगाडों द्वारा ध्वनि को संसाधित करने का तरीका एक बहुत पुराना, साझा पारिवारिक गुण है, चाहे वे कीड़े पकड़ रहे हों या फल खा रहे हों।

संक्षेप में, यह पेपर हमें बताता है कि हम चमगाडों के सुनने की बुनियादी बातों को समझने के लिए सोते हुए चमगाडों के डेटा पर भरोसा कर सकते हैं, लेकिन यदि हम यह सुनना चाहते हैं कि वास्तविक दुनिया में चमगादड़ के मस्तिष्क के काम करने की पूरी, तेज़ और विस्तृत कहानी क्या है, तो हमें उन्हें जागते हुए सुनना होगा। और पहली बार, हमारे पास एक स्पष्ट मानचित्र है कि उनका जागता हुआ, 17 गुना तेज़ मस्तिष्क कैसा दिखता है।