Temporal precision of sparse highly reliable neurons anchors sequential activity underlying short-term memory encoding in posterior parietal cortex
यह अध्ययन प्रकट करता है कि पोस्टीरियर पैरिएटल कॉर्टेक्स में अल्पकालिक स्मृति (शॉर्ट-टर्म मेमोरी) एक विरल टेम्पोरल कोड (स्पार्स टेम्पोरल कोड) पर निर्भर करती है जो अत्यधिक विश्वसनीय न्यूरॉन्स के एक छोटे समूह द्वारा स्थापित होता है, जिनके सटीक स्पाइक टाइमिंग का सूचना की शुद्धता बनाए रखने और केवल फायरिंग रेट द्वारा प्रदान किए जाने वाले स्तर से परे व्यवहार संबंधी निर्णयों का मार्गदर्शन करने के लिए अत्यंत महत्व है।
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फोन नंबर डायल करने तक कुछ सेकंड के लिए अपने दिमाग में रखना, आपके मस्तिष्क द्वारा बिना किसी बाहरी मदद के जानकारी के एक क्षणिक टुकड़े को जीवित रखने की प्रक्रिया है। यह मानसिक होल्डिंग पैटर्न, जिसे अल्पकालिक स्मृति (शॉर्ट-टर्म मेमोरी) कहा जाता है, विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों पर निर्भर करता है, जिसमें पोस्टीरियर पैरिएटल कॉर्टेक्स शामिल है, जो मस्तिष्क के पिछले हिस्से में स्थित एक क्षेत्र है और संवेदी जानकारी को संसाबधित करने और निर्णय लेने में मदद करता है। दशकों तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि यह स्मृति कई न्यूरॉन्स के एक साथ फायर होने से उत्पन्न होने वाली निरंतर विद्युत गतिविधि की एक स्थिर, निरंतर गूँज द्वारा बनाए रखी जाती थी, जैसे कि एक गायक दल (क्वायर) एक ही लंबे स्वर को थामे हुए हो। हालाँकि, नए शोध ने सुझाव दिया है कि स्मृति इसके बजाय फायरिंग के एक तीव्र, क्रमबद्ध अनुक्रम में संग्रहीत हो सकती है, जहाँ विभिन्न न्यूरॉन्स एक सटीक पैटर्न में बारी-बारी से सक्रिय होते हैं। एक महत्वपूर्ण प्रश्न बना हुआ था: क्या इन बारीयों का सटीक समय मायने रखता है, या यह पर्याप्त है कि सही न्यूरॉन्स बस सही समय पर फायर हों, चाहे उनका क्रम कुछ भी हो?
कोरिया ब्रेन रिसर्च इंस्टीट्यूट और डेगू ग्योंगबुक इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने चूहों के मस्तिष्क को एक मेमोरी टास्क करते हुए देखकर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। चूहों को एक दृश्य संकेत (विजुअल क्यू) दिखाया गया जो या तो बाईं ओर या दाईं ओर घूम रहा था, और उन्हें पानी के इनाम के लिए सही पक्ष चुनने से पहले लगभग दो सेकंड तक उस दिशा को याद रखना था। एक विशेष कैमरे का उपयोग करके जो व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं की गतिविधि को देख सकता था, वैज्ञानिकों ने रिकॉर्ड किया कि प्रतीक्षा अवधि के दौरान पोस्टीरियर पैरिएटल कॉर्टेक्स में न्यूरॉन्स कैसे व्यवहार करते हैं। उन्होंने पाया कि एक समान, स्थिर कोरस (गायक दल) का विचार गलत था। इसके बजाय, स्मृति एक बहुत छोटे समूह के न्यूरॉन्स द्वारा स्थापित की गई थी, जो कुल जनसंख्या का केवल लगभग दस प्रतिशत हिस्सा थे, जो असाधारण विश्वसनीयता और सटीक समय के साथ फायर हुए थे। शोधकर्ताओं ने इन्हें "अत्यधिक विश्वसनीय न्यूरॉन्स" (हाइली रिलायबल न्यूरॉन्स) कहा।
जबकि मस्तिष्क के अधिकांश न्यूरॉन्स परिवर्तनशील समय के साथ व्यवहार कर रहे थे, जो एक ट्रायल से दूसरे ट्रायल में थोड़े अलग क्षणों पर फायर हो रहे थे, इस विशिष्ट समूह ने एक उल्लेखनीय निरंतरता के साथ फायर किया। ये अत्यधिक विश्वसनीय न्यूरॉन्स स्मृति अवधि के प्रारंभ या अंत में केंद्रित नहीं थे; वे दो सेकंड की देरी के दौरान बिखरे हुए थे, जो स्मृति के लिए एक विरल रीढ़ (स्पार्स बैकबोन) के रूप में विभिन्न क्षणों पर प्रकट हुए। वैज्ञानिकों ने पाया कि जब चूहा दिशा को सही ढंग से याद रखने में विफल रहा, तो इन न्यूरॉन्स का अनुक्रमिक क्रम बाधित हो गया, और उनकी गतिविधि गलत विकल्प का प्रतिनिधित्व करने वाले पैटर्न की ओर खिसक गई। इसके विपरीत, सफल ट्रायल्स के दौरान, फायरिंग का क्रम सुसंगत रहा। इससे पता चला कि स्मृति की स्थिरता इस छोटे से उपसमूह की विश्वसनीयता पर बहुत अधिक निर्भर थी।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या इन फायरिंग का सटीक समय वास्तव में स्मृति के काम करने के लिए आवश्यक था, शोधकर्ताओं ने एक डिजिटल प्रयोग किया। उन्होंने रिकॉर्ड किए गए डेटा को लिया और विलंब अवधि के भीतर स्पाइक्स (फायरिंग) के समय को बदल दिया (स्कैम्बल कर दिया), जिससे उनके फायर होने का क्रम आपस में मिल गया, जबकि संकेतों की कुल संख्या और उनकी शक्ति को बिल्कुल समान रखा गया। जब उन्होंने इस स्कैम्बल किए गए डेटा का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया कि चूहा क्या चुनेगा, तो सटीकता काफी कम हो गई। इसने सिद्ध किया कि मस्तिष्क केवल यह नहीं गिन रहा था कि न्यूरॉन्स कितनी बार फायर हुए, बल्कि वह उन फायरिंग के सटीक अनुक्रम और समय पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर था। जब समय को अस्त-व्यस्त किया गया, तो जानकारी खो गई, भले ही समग्र गतिविधि स्तर अपरिवर्तित रहे।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि न्यूरॉन्स का यह छोटा समूह पूरी स्मृति भार वहन करने के लिए पर्याप्त था। जब शोधकर्ताओं ने चूहे के चुनाव को डिकोड करने के लिए इन सटीक न्यूरॉन्स के शीर्ष दस प्रतिशत का उपयोग किया, तो उन्होंने रिकॉर्ड की गई कोशिकाओं की पूरी आबादी का उपयोग करने के लगभग समान सफलता दर प्राप्त की। यह इंगित करता है कि शेष न्यूरॉन्स, जो कम सटीकता के साथ फायर हो रहे थे, संभवतः इस विरल, विश्वसनीय कोर का अनुसरण कर रहे थे। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि ये अत्यधिक विश्वसनीय न्यूरॉन्स एक स्थिर एंकर के रूप में कार्य करते हैं, जो कम सटीक कोशिकाओं के व्यापक नेटवर्क को भ्रम या त्रुटि की ओर बढ़ने से रोकते हैं। इस सटीक टेम्पोरल बैकबोन के बिना, स्मृति का प्रतिनिधित्व अस्थिर हो जाता है, जिससे गलतियाँ होती हैं।
निष्कर्ष बताते हैं कि मस्तिष्क में अल्पकालिक स्मृति एक समान, स्थिर अवस्था नहीं है, बल्कि कुछ असाधारण रूप से सटीक कोशिकाओं द्वारा संचालित एक विरल टेम्पोरल कोड है। शोधकर्ताओं ने यह भी पता लगाया कि यह जैविक रूप से कैसे संभव हो सकता है, यह देखते हुए कि ये विश्वसनीय न्यूरॉन्स अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों, जैसे कि थैलेमस से मजबूत, प्रत्यक्ष संकेत प्राप्त कर सकते हैं, जो उनके समय को सटीक रखने के लिए एक घड़ी के रूप में कार्य कर सकते हैं। यह तंत्र यह समझा सकता है कि कुछ मनोरोग स्थितियों में स्मृति क्यों विफल हो जाती है जहाँ मस्तिष्क के क्षेत्रों के बीच संबंध कमजोर हो जाते हैं। इस छोटे, महत्वपूर्ण न्यूरॉन समूह की पहचान करके, यह अध्ययन कि मस्तिष्क कुछ सेकंड के लिए जानकारी को कैसे थामे रखता है, एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है, यह दिखाते हुए कि कुछ की सटीकता कई की स्मृति को सुरक्षित कर सकती है।
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