Individual-specific network inference reveals heterogeneous responses to chronic restraint stress and voluntary exercise in mice

प्रत्येक जीवित प्राणी एक अद्वितीय आंतरिक परिदृश्य लेकर चलता है, जो जैविक संकेतों का एक जटिल जाल है जो यह निर्धारित करता है कि वह दुनिया के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देता है। जब एक चूहा एक कठिन स्थिति का सामना करता है, जैसे कि एक तंग जगह में बंद होना, तो उसका शरीर तनाव हार्मोन छोड़ता है जो उसके तंत्र में लहरों की तरह दौड़ जाते हैं, जिससे उसके मूड और व्यवहार में बदलाव आता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ये प्रतिक्रियाएं एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति में बहुत भिन्न होती हैं; कुछ जानवर दबाव में टूट जाते हैं जबकि अन्य स्थिर रहते हैं, और कुछ शारीरिक गतिविधि में राहत पाते हैं जबकि अन्य नहीं। यह परिवर्तनशीलता केवल व्यक्तित्व का मामला नहीं है बल्कि जीन, हार्मोन और मस्तिष्क रसायन विज्ञान के बीच के जटिल संबंधों में निहित है। यह समझना कि क्यों एक चूहा पहिए पर दौड़ने के बाद तनाव से उबर जाता है जबकि दूसरा नहीं पाता, एक कठिन पहेली रहा है, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि इन जानवरों के अध्ययन करने के पारंपरिक तरीके अक्सर पूरे समूह को एक इकाई के रूप में देखते हैं, जिससे उन विशिष्ट अंतरों को अनदेखा कर दिया जाता है जो प्रत्येक व्यक्ति को अद्वितीय बनाते हैं।

जापान के मात्सुमोतो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के एक नए अध्ययन ने इस समस्या के प्रति एक अलग दृष्टिकोण अपनाया है। दर्जनों चूहों के डेटा का औसत निकालकर एक एकल "सामान्य" प्रतिक्रिया खोजने के बजाय, टीम ने प्रत्येक जानवर को व्यक्तिगत रूप से देखा ताकि उसके विशिष्ट जैविक नेटवर्क का मानचित्र तैयार किया जा सके। उन्होंने एक कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया जिसे एक जानवर के वातावरण, उसके जीन और उसके व्यवहार के बीच छिपे हुए मार्गों को ट्रैक करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। इस मॉडल में क्रोनिक तनाव (दीर्घकालिक तनाव) के संपर्क में आए चूहों का डेटा डाला गया, जिसमें स्वेच्छा से दौड़ने का अवसर था या नहीं, जिससे शोधकर्ताओं ने पाया कि एक तनावग्रस्त जानवर और एक लचीले (resilient) जानवर के बीच का अंतर उसके आंतरिक वायरिंग की जटिलता में निहित है। अध्ययन बताता है कि जो जानवर तनाव से जूझते हैं, उनके जैविक नेटवर्क अत्यधिक जटिल और बिखरे हुए होते हैं, जबकि जो अच्छी तरह से मुकाबला करते हैं, उनके कनेक्शन सरल और अधिक केंद्रित होते हैं।

शोधकर्ताओं ने सबसे पहले यह देखना शुरू किया कि चूहों ने अचानक शारीरिक परिश्रम के प्रति कैसी प्रतिक्रिया दी। उन्होंने जानवरों को ट्रेडमिल पर दौड़ने के लिए मजबूर किया और व्यायाम से पहले और बाद में कोर्टिकोस्टेरोन (corticosterone), जो एक प्राथमिक तनाव हार्मोन है, के स्तर को मापा। उन्होंने प्रतिक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला देखी; कुछ चूहों में तनाव हार्मोन में भारी उछाल आया, जबकि अन्य में बहुत कम वृद्धि हुई। जब इन्हीं चूहों को बाद में दो सप्ताह के दैनिक सीमित स्थान के तनाव के अधीन रखा गया, तो प्रारंभिक दौड़ के प्रति प्रतिक्रिया उनके भविष्य के संघर्षों का एक भविष्यवक्ता साबित हुई। जिन चूहों में प्रारंभिक दौड़ के दौरान तनाव हार्मोन का सबसे बड़ा उछाल आया था, उनमें बाद में अवसाद जैसे लक्षण देखे गए, जैसे कि अपनी पूंछ से लटकाए जाने पर जल्दी हार मान लेना। हालांकि, यह पैटर्न पूरी तरह से बदल गया जब तनावग्रस्त चूहों को अपनी मर्जी से दौड़ने के लिए एक रनिंग व्हील (दौड़ने वाला पहिया) तक पहुंच दी गई। उन मामलों में, प्रारंभिक हार्मोन उछाल और बाद के अवसाद के बीच का संबंध गायब हो गया, जिससे पता चलता है कि स्वैच्छिक व्यायाम शरीर द्वारा तनाव को संभालने के तरीके को फिर से व्यवस्थित (rewire) करता है, लेकिन यह एक ऐसे तरीके से होता है जो हर चूहे के लिए अलग होता है।

यह समझने के लिए कि ऐसा क्यों हुआ, टीम ने 'बायोरिएक्शन-वैरिएशन नेटवर्क' नामक एक मशीन लर्निंग टूल का उपयोग किया। यह टूल एक परिष्कृत मानचित्रकार की तरह कार्य करता है। इसे हजारों पिछले वैज्ञानिक अध्ययनों पर प्रशिक्षित किया गया था ताकि यह समझ सके कि विभिन्न जैविक कारक आमतौर पर कैसे जुड़ते हैं। शोधकर्ताओं ने प्रत्येक व्यक्तिगत चूहे का डेटा इसमें डाला, जिसमें उसके तनाव का स्तर, उसकी दौड़ने की गतिविधि और उसके हिप्पोकैम्पस (मस्तिष्क का एक क्षेत्र जो स्मृति और भावना के लिए महत्वपूर्ण है) में विशिष्ट जीन की गतिविधि शामिल थी। मॉडल ने केवल सरल कारण-और-प्रभाव संबंधों को ही नहीं देखा; इसने प्रत्येक चूहे के संपूर्ण कनेक्शन नेटवर्क का पुनर्निर्माण किया ताकि यह देखा जा सके कि तनाव और व्यायाम के इनपुट उनके जीव विज्ञान के माध्यम से अंतिम व्यवहार उत्पन्न करने के लिए कैसे यात्रा करते हैं।

परिणामों ने इन आंतरिक नेटवर्कों की संरचना में एक आश्चर्यजनक अंतर प्रकट किया। जो चूहे तनाव के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील थे, जिनमें अवसाद जैसे व्यवहार में सबसे अधिक वृद्धि देखी गई, उनके नेटवर्क व्यापक, घने और अत्यधिक परस्पर जुड़े हुए थे। उनके जैविक तंत्र ऐसा लग रहा था जैसे वे कई अलग-अलग, ओवरलैपिंग मार्गों के माध्यम से तनाव को संसाधित करने की कोशिश कर रहे हों, जिससे संकेतों का एक उलझा हुआ जाल बन रहा था। इसके विपरीत, लचीले चूहे, जिन्होंने तनाव के बावजूद संयम बनाए रखा, उनके नेटवर्क बहुत सरल और अधिक प्रतिबंधित थे। उनकी जैविक प्रतिक्रियाएं कम और अधिक प्रत्यक्ष पथों के माध्यम से संचालित की जाती थीं। यह अंतर व्यायाम के समय भी बना रहा; कमजोर जानवरों ने व्यापक, जटिल और विविध मार्गों का उपयोग करना जारी रखा, जबकि लचीले जानवरों ने अपनी प्रतिक्रियाओं को संक्षिप्त और केंद्रित रखा।

अध्ययन ने यह भी रेखांकित किया कि ये पैटर्न नर और मादा चूहों के बीच समान नहीं थे। हालांकि दोनों लिंगों में कमजोर जानवरों में जटिल नेटवर्क और लचीले जानवरों में सरल नेटवर्क के समान सामान्य रुझान दिखाई दिए, लेकिन इन नेटवर्कों में शामिल विशिष्ट जीन और प्रोटीन लिंग के आधार पर भिन्न थे। उदाहरण के लिए, नर चूहों में, कुछ तनाव-संबंधी जीन एक विशिष्ट तरीके से समूहबद्ध थे जो मादाओं के समूहकरण से अलग था। यह पुष्टि करता है कि तनाव और लचीलेपन के जैविक तंत्र गहरे व्यक्तिगत होते हैं, जो व्यक्ति के अनूठे इतिहास और उसके जैविक लिंग द्वारा आकार लेते हैं।

शायद सबसे महत्वपूर्ण खोज यह थी कि एक जानवर ने कितनी दौड़ लगाई, यह उसकी रिकवरी का एकमात्र कारक नहीं था। कुछ चूहे बहुत कम दौड़े फिर भी लचीलापन दिखाया, जबकि अन्य बहुत अधिक दौड़े फिर भी कमजोर बने रहे। कुंजी व्यायाम की मात्रा में नहीं थी, बल्कि इस बात में थी कि व्यक्ति का विशिष्ट जैविक नेटवर्क इसके प्रति कैसी प्रतिक्रिया देता है। कंप्यूटर मॉडल ने दिखाया कि कमजोर चूहों में, व्यायाम हस्तक्षेप ने एक व्यापक, अधिक अराजक जैविक पथों को सक्रिय किया, जबकि लचीले चूहों में, इसने एक सरल, अधिक कुशल संरचना को सुदृढ़ किया। यह सुझाव देता है कि व्यायाम का लाभ एक सार्वभौमिक समाधान नहीं है बल्कि यह व्यक्ति के पूर्व-मौजूदा आंतरिक प्रणालियों के संगठन पर निर्भर करता है।

समूह के औसत से हटकर और व्यक्ति पर ध्यान केंद्रित करके, यह शोध तनाव और रिकवरी के बारे में सोचने का एक नया तरीका प्रदान करता है। यह प्रस्तावित करता है कि लचीलापन केवल मजबूत जीन या स्वस्थ जीवनशैली के बारे में नहीं है, बल्कि उन जैविक पथों के विशिष्ट संगठन के बारे में है जो पर्यावरण को मस्तिष्क से जोड़ते हैं। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि उसने अवसाद या तनाव के रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह व्यक्तियों के बीच छिपे हुए अंतरों को देखने का एक स्पष्ट, ठोस तरीका प्रदान करता है। यह दिखाता है कि यह समझने का मार्ग कि क्यों कुछ लोग और जानवर दबाव में फलते-फूलते हैं जबकि अन्य संघर्ष करते हैं, उन अद्वितीय, जटिल और कभी-कभी अस्त-व्यस्त नेटवर्कों के मानचित्रण में निहित हो सकता है जो हम में से प्रत्येक को जो बनाता है।