Simulating the Effects of Gamma Oscillation Treatment on Selective Neurotransmitters Using The Virtual Brain and Complex Pathway Simulator
इस अध्ययन ने अल्जाइमर रोग के एक मॉडल में गामा ऑसिलेशन उपचार का अनुकरण करने के लिए 'द वर्चुअल ब्रेन' और 'COPASI' का उपयोग किया, जिससे एसिटाइलकोलाइन और ग्लूटामेट के स्तर में वृद्धि द्वारा चिह्नित एक आशाजनक चिकित्सीय प्रभाव का पता चला।
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मानव मस्तिष्क अरबों कोशिकाओं का एक विशाल, गूँजता हुआ नेटवर्क है जो आपस में रासायनिक संकेत भेजकर संवाद करती हैं। एक स्वस्थ मस्तिष्क में, ये संकेत संतुलित होते हैं, जिससे हम आसानी से सोचने, याद रखने और चलने-फिरने में सक्षम होते हैं। लेकिन अल्जाइमर रोग में, यह नाजुक संतुलन बिगड़ जाता है। मस्तिष्क उन विशिष्ट रसायनों को खोने लगता है जो कोशिकाओं को एक-दूसरे से बात करने में मदद करते हैं, जबकि अन्य रसायन खतरनाक रूप से अति-सक्रिय हो जाते हैं, जिससे उन्हीं कोशिकाओं को नुकसान पहुँचता है जिनका वे समर्थन करने के लिए बने हैं। दशकों से, डॉक्टरों ने मरीजों को ऐसी दवाएं देकर इसे ठीक करने की कोशिश की है जो या तो गायब रसायनों को बढ़ाती हैं या हानिकारक रसायनों को रोकती हैं, लेकिन ये उपचार अक्सर केवल अस्थायी राहत ही देते हैं। हाल ही में, वैज्ञानिकों ने एक अलग प्रकार की चिकित्सा की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया है: मस्तिष्क को एक विशिष्ट विद्युत लय (electrical rhythm) में ढालने के लिए प्रकाश या ध्वनि की लयबद्ध चमक का उपयोग करना। यह लय, जिसे गामा ऑसिलेशन (gamma oscillation) कहा जाता है, एक तेज़, स्थिर स्पंदन है जिसका उपयोग मस्तिष्क स्वाभाविक रूप से तब करता है जब वह किसी चीज़ पर ध्यान केंद्रित कर रहा होता है या कुछ याद कर रहा होता है। आशा यह है कि इस गति पर मस्तिष्क को कंपन करने के लिए मजबूर करके, हम इसकी आंतरिक रसायन पद्धति को पुनर्गठित (reset) कर सकते हैं और बीमारी को धीमा कर सकते हैं।
शोधकर्ताओं के एक दल ने यह देखने के लिए काम शुरू किया कि क्या यह विचार मनुष्यों पर परीक्षण करने से पहले एक कंप्यूटर पर काम कर सकता है। उन्होंने मानव मस्तिष्क का एक विस्तृत डिजिटल मॉडल बनाया, जिसे अल्जाइमर के लक्षण दिखाने के लिए प्रोग्राम किया गया था, विशेष रूप से वह चरण जहाँ स्मृति हानि स्पष्ट है लेकिन अभी गंभीर नहीं हुई है। इस मॉडल को यथासंभव वास्तविक बनाने के लिए, उन्होंने इसमें वास्तविक रोगियों का वास्तविक डेटा डाला, जिसमें उनके मस्तिष्क की संरचना के स्कैन और विभिन्न हिस्सों के बीच जुड़ाव शामिल था। एक बार वर्चुअल मस्तिष्क तैयार हो जाने के बाद, शोधकर्ताओं ने एक उपचार लागू किया जो गामा लय की नकल करता था। उन्होंने सुनने और देखने के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क के हिस्सों में एक स्थिर, 40-हर्ट्ज़ विद्युत पल्स भेजी, और इस उत्तेजना को लंबे समय तक जारी रखा ताकि यह देखा जा सके कि सिस्टम कैसे प्रतिक्रिया देता है। लक्ष्य उन दो प्रमुख रसायनों पर नज़र रखना था: एक जो अल्जाइमर के रोगियों में आमतौर पर कम होता है, और दूसरा जो परेशानी का कारण बनता है।
सिमुलेशन के परिणाम तत्काल और चौंकाने वाले थे। जैसे ही लयबद्ध पल्स शुरू हुई, दोनों रसायनों के स्तर में तेजी से वृद्धि हुई। वह रसायन जो आमतौर पर अल्जाइमर के रोगियों में कम हो जाता है, उसमें वृद्धि हुई, जो ठीक वही है जिसे डॉक्टर किसी भी नए उपचार के साथ प्राप्त करने की आशा करते हैं। हालाँकि, सिमुलेशन ने यह भी दिखाया कि हानिकारक रसायन, जो आमतौर पर इस बीमारी में बहुत अधिक होता है, वह भी बढ़ गया। इसने एक जटिल तस्वीर पेश की। शोधकर्ताओं ने पाया कि मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि कुल मिलाकर अधिक उत्तेजित हो गई थी, जिससे दोनों प्रकार के संकेतों में एक साथ उछाल आया। मॉडल ने दिखाया कि एक सेकंड के एक अंश के भीतर, इन रसायनों के स्तर अपने शुरुआती बिंदुओं से बढ़कर एक नए, उच्च स्तर (plateau) पर पहुँच गए और परीक्षण की अवधि के दौरान वहीं रहे।
यह निष्कर्ष बताता है कि यह उपचार मस्तिष्क के पूरे नेटवर्क के लिए एक शक्तिशाली अल्पकालिक बूस्टर के रूप में कार्य करता है, न कि एक सटीक स्विच के रूप में जो केवल अच्छे रसायनों को चालू करता है और बुरे रसायनों को बंद करता है। सहायक रसायन में वृद्धि उत्साहजनक है क्योंकि यह मस्तिष्क की कोशिकाओं के संचार में सुधार कर सकता है। फिर भी, हानिकारक रसायन में एक साथ होने वाली वृद्धि सुरक्षा के बारे में एक प्रश्न खड़ा करती है, क्योंकि उस पदार्थ की बहुत अधिक मात्रा मस्तिष्क की कोशिकाओं को नुकसान पहुँचा सकती है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि उनका अध्ययन एक सिमुलेशन था, जो कंप्यूटर पर चलाया गया एक गणितीय प्रयोग था, और इसने यह साबित नहीं किया कि जीवित मानव शरीर में लंबे समय तक ऐसा ही होगा। उन्होंने देखा कि मस्तिष्क मॉडल उत्तेजना के प्रति तेज़ी से प्रतिक्रिया करता है, लेकिन वे यह निर्धारित नहीं कर सके कि क्या ये परिवर्तन लंबे समय तक टिकेंगे या क्या इनसे स्थायी उपचार होगा।
अध्ययन इस निष्कर्ष पर पहुँचता है कि हालांकि यह लयबद्ध उत्तेजना मस्तिष्क की रासायनिक गतिविधि में तीव्र वृद्धि को सफलतापूर्वक ट्रिगर कर सकती है, लेकिन इसका परिणाम एक दोधारी तलवार जैसा है। यह दिखाता है कि मस्तिष्क को अधिक सक्रिय अवस्था में लाया जा सकता है, लेकिन यह भी चेतावनी देता है कि यह गतिविधि व्यापक है और एक साथ सब कुछ प्रभावित करती है। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि भविष्य के कार्यों में यह पता लगाने की आवश्यकता है कि उपचार के लाभों को बनाए रखते हुए मस्तिष्क के अत्यधिक उत्तेजित होने के संभावित जोखिमों से कैसे बचा जाए। फिलहाल, यह कंप्यूटर मॉडल एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है कि चिकित्सा के पहले कुछ क्षणों में क्या होता है, जो वैज्ञानिकों को बेहतर उपचार डिजाइन करने के लिए एक शुरुआती बिंदु प्रदान करता है जो शायद एक दिन अल्जाइमर रोग के रोगियों की मदद कर सके।
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