Directional coordination along the cortical hierarchy is selectively reorganized in schizophrenia
यह अध्ययन प्रकट करता है कि सिज़ोफ्रेनिया में कॉर्टिकल पदानुक्रम के साथ गतिशील, दिशात्मक समन्वय का एक चयनात्मक पुनर्गठन शामिल है—जो फीडबैक और एकीकृत व्यवस्थाओं में परिवर्तित दृढ़ता और कम प्रक्षेपवक्र विविधता द्वारा अभिलक्षित है—जो लक्षण की गंभीरता के साथ सहसंबंध रखता है और स्वस्थ नियंत्रणों की तुलना में संज्ञानात्मक प्रदर्शन के साथ एक विपरीत संबंध प्रदर्शित करता है।
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मानव मस्तिष्क एक स्थिर मशीन नहीं बल्कि एक गतिशील परिदृश्य है, जो निरंतर विभिन्न परिचालन मोडों के बीच बदलता रहता है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने समझा है कि मस्तिष्क एक पदानुक्रम (hierarchy) में व्यवस्थित है, एक ऐसी स्तरित संरचना जहाँ निचले क्षेत्र दृष्टि और ध्वनि जैसे बुनियादी संवेदी इनपुट को संभालते हैं, जबकि उच्च क्षेत्र जटिल विचारों और योजना को प्रबंधित करते हैं। तंत्रिका विज्ञान (neuroscience) में एक केंद्रीय प्रश्न यह रहा है कि ये परतें एक-दूसरे से कैसे बात करती हैं। क्या उच्च क्षेत्र निचले क्षेत्रों को निर्देश भेजते हैं, या निचले क्षेत्र प्रसंस्करण के लिए कच्चा डेटा ऊपर भेजते हैं? सिज़ोफ्रेनिया (schizophrenia) नामक विकार में, माना जाता है कि यह संचार टूट जाता है, जिससे एक ऐसी दुनिया बन जाती है जहाँ संवेदी अनुभव अनफ़िल्टर्ड और संदर्भ से कटे हुए महसूस होते हैं। हालाँकि, अब तक, मस्तिष्क का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण उस कैमरे की तरह थे जो केवल दृश्य की चमक को रिकॉर्ड करता है लेकिन प्रकाश की दिशा को अनदेखा कर देता है। वे शोधकर्ताओं को यह तो बता सकते थे कि दो मस्तिष्क क्षेत्र कितने मजबूती से जुड़े हुए थे, लेकिन वे यह नहीं देख सकते थे कि किसी दिए समय पर कौन सा क्षेत्र बातचीत का नेतृत्व कर रहा था।
ट्राइ-इंस्टीट्यूशनल सेंटर फॉर ट्रांसलेशनल रिसर्च इन न्यूरोइमेजिंग एंड डेटा साइंस के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक नए अध्ययन ने मस्तिष्क के यातायात की दिशा देखने का एक तरीका विकसित करके इसे बदल दिया है। सैकड़ों लोगों के मस्तिष्क स्कैन का विश्लेषण करके, जिनमें सिज़ोफ्रेनिया के रोगी भी शामिल थे, टीम ने खोजा कि मस्तिष्क स्वाभाविक रूप से संचार के तीन विशिष्ट अवस्थाओं के माध्यम से चक्रित होता है। एक अवस्था में, उच्च विचार वाले क्षेत्र निचले संवेदी क्षेत्रों का नेतृत्व करते हैं, जो एक प्रबंधक की तरह निर्देश देने का कार्य करते हैं। दूसरी अवस्था में, संवेदी क्षेत्र नेतृत्व करते हैं, और ऊपर की ओर कच्चा डेटा भेजते हैं। तीसरी, संतुलित अवस्था में, दोनों पक्ष समान रूप से सूचना का आदान-प्रदान करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि सिज़ोफ्रेनिया वाले लोगों में यह प्राकृतिक लय बाधित हो जाती है। इन अवस्थाओं के बीच स्वतंत्र रूप से घूमने के बजाय, मस्तिष्क संतुलित, मध्य अवस्था में फंस जाता है और "प्रबंधक-नेतृत्व" वाली अवस्था को बनाए रखने की अपनी क्षमता खो देता है। यह विशिष्ट विफलता, जो पिछले तरीकों से अदृश्य थी, लक्षणों की गंभीरता और व्यक्ति की सोचने की क्षमता के साथ सह-संबंध रखती है।
अध्ययन की शुरुआत 151 सिज़ोफ्रेनिया रोगियों और 160 स्वस्थ नियंत्रण समूहों के 'रेस्टिंग-स्टेट' मस्तिष्क स्कैन को देखकर हुई। शोधकर्ताओं ने एक विशेष गणितीय दृष्टिकोण का उपयोग किया जिसने मस्तिष्क संकेतों के बीच समय के अंतर को सुरक्षित रखा, जिससे यह देखा जा सके कि कौन सा क्षेत्र नेतृत्व कर रहा था और कौन सा अनुसरण कर रहा था। उन्होंने पाया कि स्वस्थ मस्तिष्क तीन आवर्ती पैटर्न के माध्यम से चलते हैं। एक पैटर्न, जिसे उन्होंने 'फीडबैक' कहा, तब होता है जब मस्तिष्क के एसोसिएशन क्षेत्र—जो जटिल विचार के लिए जिम्मेदार हैं—संवेदी क्षेत्रों का नेतृत्व करते हैं। दूसरा पैटर्न, जिसे 'फीडफॉरवर्ड' कहा गया, तब होता है जब संवेदी क्षेत्र एसोसिएशन क्षेत्रों का नेतृत्व करते हैं। तीसरा पैटर्न, 'इंटीग्रेटिव' (एकीकृत) है, जहाँ प्रवाह संतुलित होता है। ये तीन पैटर्न विभिन्न समूहों के लोगों और विभिन्न स्कैनिंग मशीनों में लगातार दिखाई दिए, जो यह सिद्ध करते हैं कि वे मस्तिष्क के काम करने के तरीके की एक मौलिक विशेषता हैं।
जब शोधकर्ताओं ने स्वस्थ समूह की तुलना सिज़ोफ्रेनिया समूह से की, तो उन्होंने इन पैटर्न के चयनात्मक पुनर्गठन को पाया। सिज़ोफ्रेनिया वाले लोगों के मस्तिष्क ने 'फीडबैक' अवस्था में काफी कम समय बिताया, जहाँ उच्च क्षेत्र निचले क्षेत्रों का मार्गदर्शन करते हैं। उन्होंने 'इंटीग्रेटिव' अवस्था में अधिक समय बिताया, जहाँ प्रवाह संतुलित होता है। महत्वपूर्ण रूप से, 'फीडफॉरवर्ड' अवस्था, जहाँ संवेदी क्षेत्र नेतृत्व करते हैं, काफी हद तक अपरिवर्तित रही। इसका अर्थ है कि यह विकार केवल सभी कनेक्शनों को कमजोर नहीं करता है; यह विशेष रूप से 'टॉप-डाउन' (ऊपर से नीचे) मार्गदर्शन प्रणाली को बनाए रखने की क्षमता को नष्ट कर देता है। सिज़ोफ्रेनिया वाला मस्तिष्क इन अवस्थाओं के बीच कम बार घूमता है और अपने पैटर्न में अधिक तेज़ी से स्थिर हो जाता है, जो लचीलेपन की कमी का सुझाव देता है। शोधकर्ताओं ने दूसरे, स्वतंत्र रोगी समूह और नियंत्रण समूह में इन निष्कर्षों की पुष्टि की, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि परिणाम किसी एक डेटासेट का संयोग नहीं हैं।
अध्ययन ने यह भी पता लगाया कि ये मस्तिष्क पैटर्न वास्तविक दुनिया के व्यवहार और लक्षणों से कैसे संबंधित हैं। स्वस्थ लोगों में, मस्तिष्क के एक स्थिर पैटर्न में बैठने की गति बेहतर सीखने की क्षमताओं से जुड़ी थी। हालाँकि, सिज़ोफ्रेनिया वाले लोगों में, यह संबंध उलट गया: वही तीव्र स्थिरता खराब ध्यान और निम्न संज्ञानात्मक प्रदर्शन से जुड़ी थी। यह सुझाव देता है कि जबकि एक स्वस्थ मन के लिए एक स्थिर मस्तिष्क अवस्था सहायक होती है, एक विक्षिप्त मस्तिष्क में, यह एक कठोर, अनुत्पादक मोड में ढह जाने का प्रतिनिधित्व करती है। इसके अलावा, 'पॉजिटिव सिम्टम्स' (सकारात्मक लक्षण), जैसे कि मतिभ्रम (hallucinations) या भ्रम (delusions) की गंभीरता, इस बात से जुड़ी थी कि मस्तिष्क कितनी बार संतुलित अवस्था से 'फीडफॉरवर्ड' अवस्था में फिसलता है। मस्तिष्क संदर्भ के बिना संवेदी डेटा को नेतृत्व करने के लिए जितना अधिक झुकाव रखता है, लक्षण उतने ही गंभीर होते जाते हैं।
यह सिद्ध करने के लिए कि ये पैटर्न केवल एक सांख्यिकीय चाल नहीं थे बल्कि मस्तिष्क का एक वास्तविक, नियंत्रणीय गुण थे, शोधकर्ताओं ने अलग-अलग स्थितियों के तहत स्वस्थ स्वयंसेवकों के एक अलग समूह में इस प्रणाली का परीक्षण किया। उन्होंने स्वयंसेवर्तों को सुस्त करने के लिए प्रोपोफोल (propofol) नामक दवा का उपयोग किया और उनके मन को व्यस्त करने के लिए टेनिस खेलने की कल्पना करने वाले एक मानसिक कार्य का उपयोग किया। बेहोशी ने मस्तिष्क की गतिविधि को 'फीडबैक' अवस्था की ओर स्थानांतरित कर दिया, जहाँ उच्च क्षेत्र नेतृत्व करते हैं, जबकि मानसिक कल्पना कार्य ने इसे 'फीडफॉरवर्ड' अवस्था की ओर स्थानांतरित कर दिया। इस दोहरे बदलाव ने प्रदर्शित किया कि मस्तिष्क के दिशात्मक अक्ष को प्रयोगात्मक रूप से बदला जा सकता है, जिससे पुष्टि होती है कि सिज़ोफ्रेनिया में देखी गई व्यवधान एक वास्तविक गतिशील विफलता है न कि एक निश्चित शारीरिक दोष।
शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों के अन्य स्पष्टीकरणों को खारिज करने का भी ध्यान रखा। उन्होंने दिखाया कि संकेतों की दिशा रक्त प्रवाह में एक निश्चित देरी के कारण नहीं थी, जो मस्तिष्क इमेजिंग में एक सामान्य चिंता है, क्योंकि दिशा एक ही स्कैन के भीतर तेजी से बदलती थी। उन्होंने यह भी सिद्ध किया कि इस दिशात्मक संगठन को अन्य ज्ञात मस्तिष्क सिद्धांतों, जैसे कि वैश्विक उत्तेजना (global arousal) स्तरों या मस्तिष्क कनेक्शनों के सामान्य लेआउट द्वारा समझाया नहीं जा सकता है। उनके द्वारा पाए गए दिशात्मक पैटर्न अद्वितीय थे और उनमें ऐसी जानकारी थी जिसे कोई अन्य माप नहीं पकड़ सकता था।
अंततः, यह कार्य मस्तिष्क के पदानुक्रम को क्रिया में समझने का एक नया तरीका प्रदान करता है। यह प्रकट करता है कि सिज़ोफ्रेनिया केवल कमजोर कनेक्शनों का विकार नहीं है, बल्कि दिशा का विकार है। मस्तिष्क उस 'टॉप-डाउन' मार्गदर्शन को बनाए रखने की क्षमता खो देता है जो हमें दुनिया को समझने में मदद करता है, और एक ऐसी मध्य स्थिति में फंस जाता है जहाँ सूचना स्पष्ट नेतृत्व के बिना प्रवाहित होती है। इस विशिष्ट गतिशील विफलता की पहचान करके, यह अध्ययन इस बीमारी को समझने और ऐसे उपचार विकसित करने के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करता है जो मस्तिष्क की प्राकृतिक लय को बहाल करने में मदद कर सके। निष्कर्ष बताते हैं कि इस विकार की कुंजी कनेक्शनों की ताकत में नहीं, बल्कि प्रवाह की दिशा में है, जो मस्तिष्क की गतिविधि का एक ऐसा आयाम है जो पहले आँखों के सामने होते हुए भी छिपा हुआ था।
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