Early Cognitive and Hippocampal Alterations During Diet-Induced Metabolic Dysfunction in Sprague–Dawley Rats

मानव मस्तिष्क एक भूखा अंग है, जो विचारों के प्रवाह और यादों को सुरक्षित रखने के लिए शरीर की ऊर्जा का एक अत्यधिक हिस्सा उपभोग करता है। दशकों से, वैज्ञानिक समझते आए हैं कि जब शरीर की चीनी और वसा को प्रबंधित करने की क्षमता टूट जाती है, तो अक्सर मस्तिष्क को इसकी कीमत चुकानी पड़ती है। यह चयापचय संघर्ष (metabolic struggle), जो अंततः टाइप 2 मधुमेह का कारण बन सकता है, स्मृति हानि और डिमेंशिया के जोखिम को बढ़ाना जाना जाता है। हालाँकि, एक महत्वपूर्ण प्रश्न अनुत्तरित रह गया है: क्या मस्तिष्क को होने वाली क्षति केवल मधुमेह के पूर्ण रूप से निदान होने के बाद शुरू होती है, या यह बहुत पहले, चयापचय संबंधी समस्या के उस शांत, रेंगते हुए चरण के दौरान शुरू हो जाती है जब रक्त शर्करा केवल बढ़ी हुई होती है लेकिन अभी तक मधुमेह की सीमा में नहीं पहुँचती है? इस प्रारंभिक खिड़की को समझना इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उस समय को प्रकट कर सकता है जब मस्तिष्क अभी भी संवेदनशील है लेकिन संभावित रूप से सुधारा जात्मक स्थिति में है, इससे बहुत पहले कि बीमारी गंभीर हो जाए।

जॉर्डन यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं के एक दल ने इस छिपे हुए चरण की खोज करने के लिए हाथ बढ़ाया। उन्होंने वसा और चीनी से भरपूर आहार के कारण होने वाले एक विशिष्ट प्रकार के चयापचय व्यवधान पर ध्यान केंद्रित किया, जो मानव में देखे जाने वाले मोटापे और इंसुलिन प्रतिरोध के शुरुआती चरणों की नकल करता है। पूर्ण विकसित मधुमेह स्थापित होने से पहले मस्तिष्क के भीतर क्या होता है, इसे देखने के लिए, उन्होंने स्प्रैग-डॉली चूहों (Sprague–Dawley rats) का उपयोग करके एक नियंत्रित प्रयोग की ओर रुख किया। वैज्ञानिक यह देखना चाहते थे कि क्या इन जानवरों को उच्च वसा वाले आहार के साथ मीठा पानी खिलाने से उनकी चीजों को सीखने और याद रखने की क्षमता बदल जाएगी, और क्या इन परिवर्तनों के साथ मस्तिष्क के स्मृति केंद्र, हिप्पोकैम्पस (hippocampus) में भौतिक बदलाव भी होंगे। महत्वपूर्ण रूप से, वे यह जानना चाहते थे कि क्या ये परिवर्तन उन जानवरों में विकसित होने से पहले ही हो जाते हैं जिनमें मधुमेह के स्तर के उच्च रक्त शर्करा का लक्षण दिखाई देता है।

शोधकर्ताओं ने अड़तालीस युवा चूहों के साथ शुरुआत की, उन्हें उनके आहार और लिंग के आधार पर समूहों में विभाजित किया। कुछ को मानक, स्वस्थ आहार दिया गया, जबकि अन्य को उच्च वसा वाले आहार पर रखा गया और फ्रक्टोज से मीठा किया गया पानी दिया गया, जो फल और कई प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों में पाया जाने वाला एक प्रकार का चीनी है। यह आहार व्यवस्था इक्कीस सप्ताह तक चली। आहार के प्रभावों को अलग करने के लिए, टीम ने जानवरों के मानसिक परीक्षण के लिए पंद्रह सप्ताह के निशान तक प्रतीक्षा की। इस बिंदु पर, चूहे महीनों से उस आहार पर थे लेकिन उन्हें पूर्ण मधुमेह को प्रेरित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले रासायनिक इंजेक्शन नहीं दिए गए थे। वैज्ञानिकों ने चूहों की मानसिक तीक्ष्णता को मापने के लिए व्यवहार परीक्षणों की एक श्रृंखला का उपयोग किया। उन्होंने जानवरों को खुले क्षेत्रों में रखा ताकि उनके चलने और अन्वेषण करने के तरीके को देखा जा सके, और फिर उन्हें एक जटिल 'वॉटर मेज़' (जल भूलभुलैया) की चुनौती दी। इस भूलभुलैया में, चूहों को छिपे हुए प्लेटफॉर्म के स्थान को सीखना था, जो स्थानिक स्मृति और हिप्पोकैम्पस के स्वास्थ्य पर बहुत अधिक निर्भर करता है।

इन प्रारंभिक परीक्षणों के परिणामों ने एक स्पष्ट पैटर्न प्रकट किया। उच्च वसा वाले आहार वाले चूहों ने अपने स्वस्थ समकक्षों की तुलना में काफी अधिक वजन प्राप्त किया था, और उनका रक्त शर्करा स्तर पहले से ही उच्च था, हालांकि अभी तक मधुमेह की दहलीज तक नहीं पहुँचा था। जब उनके दिमाग की बात आई, तो आहार का एक विशिष्ट प्रभाव पड़ा। जानवरों को वॉटर मेज़ में छिपे हुए प्लेटफॉर्म के रास्ते को सीखने में संघर्ष नहीं करना पड़ा; उस कार्य को वर्तमान क्षण में करने की उनकी क्षमता बरकरार रही। हालाँकि, बाद में परीक्षण किए जाने पर, उच्च वसा वाले आहार वाले चूहों को सीखी गई चीज़ को याद रखने में कठिनाई हुई। विशेष रूप से, उनकी दीर्घकालिक स्मृति बाधित थी। यद्यपि वे प्रशिक्षण के कुछ घंटों बाद प्लेटफॉर्म के स्थान को याद करने में सक्षम थे, लेकिन वे चौबीस घंटे बाद उस स्मृति को बनाए रखने में विफल रहे। इससे पता चलता है कि आहार, जानवरों के आधिकारिक तौर पर मधुमेह होने से पहले ही, नई यादों को समय के साथ सुदृढ़ करने की मस्तिष्क की क्षमता में हस्तक्षेप कर रहा था, जिसे स्मृति सुदृढ़ीकरण (consolidation) के रूप में जाना जाता है।

यह समझने के लिए कि मस्तिष्क के भीतर स्मृति हानि का कारण क्या हो रहा था, शोधकर्ताओं ने अध्ययन समाप्त होने के बाद हिप्पोकैम्पस की जांच की। उन्होंने विशिष्ट प्रोटीन और अणुओं की तलाश की जो मस्तिष्क के स्वास्थ्य, तनाव और न्यूरोडीजेनेरेशन (तंत्रिका क्षय) के शुरुआती संकेतों के लिए मार्कर के रूप में कार्य करते हैं। उन्होंने पाया कि उच्च वसा वाले आहार वाले चूहों के मस्तिष्क में, विशेष रूप से नर चूहों में, आणविक संकट के संकेत थे। इसमें कुछ प्रोटीन के स्तर ऊंचे थे जो मस्तिष्क कोशिकाओं के टूटने और विषाक्त गुच्छों के निर्माण से जुड़े हैं। इनमें अल्जाइमर रोग से जुड़े मार्कर भी शामिल थे, जैसे कि ताऊ (tau) प्रोटीन का एक रूप जो उलझ गया है और बीटा-एमिलॉइड (beta-amyloid) नामक प्रोटीन। इसके अतिरिक्त, मस्तिष्क के कनेक्शनों के पुनर्निर्माण में शामिल एक एंजाइम का स्तर भी अधिक था, जो यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क तनाव में था और खुद की मरम्मत करने की कोशिश कर रहा था।

दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन ने नर और मादा चूहों के बीच एक आश्चर्यजनक अंतर भी उजागर किया। जहाँ मादाओं ने अधिक चिंता जैसी व्यवहार प्रदर्शित किए, जैसे कि खुले स्थानों से बचना, वहीं नरों ने मस्तिष्क में सबसे महत्वपूर्ण आणविक परिवर्तन दिखाए। इस उम्मीद के विपरीत कि तनाव हमेशा मस्तिष्क के सुरक्षात्मक कारकों को कम करता है, उच्च वसा वाले आहार वाले नर चूहों में वास्तव में BDNF नामक प्रोटीन का स्तर अधिक था, जो न्यूरॉन्स को बढ़ने और जीवित रहने में मदद करता है। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यह मस्तिष्क का मुकाबला करने का तरीका हो सकता है, एक प्रतिपूरक प्रतिक्रिया (compensatory response) जो चयापचय तनाव से कोशिकाओं की रक्षा करने की कोशिश कर रही है। दूसरी ओर, मादा चूहों में इन सुरक्षात्मक प्रोटीनों का ऐसा उछाल नहीं दिखा, फिर भी वे स्मृति संबंधी समस्याओं से ग्रस्त थीं, जो यह दर्शाता है कि चयापचय संबंधी समस्या के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया हर किसी के लिए एक समान नहीं होती है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि मस्तिष्क मधुमेह के प्रहार की प्रतीक्षा करने वाला एक निष्क्रिय पीड़ित नहीं है। इसके बजाय, क्षति बहुत पहले ही शुरू हो जाती है, प्री-डायबिटिक चरण के दौरान जब शरीर उच्च वसा और उच्च चीनी वाले आहार के साथ संघर्ष कर रहा होता है। शोध से पता चलता है कि दीर्घकालिक स्मृति फीकी पड़ सकती है और मस्तिष्क की आणविक मशीनरी तब भी ढीली होने लग सकती है जब कोई व्यक्ति या जानवर कभी भी मधुमेह के नैदानिक मानदंडों को पूरा नहीं करता है। यह खोज एक महत्वपूर्ण अवसर की खिड़की को रेखांकित करती है। यह सुझाव देती है कि चयापचय रोग के प्रति मस्तिष्क की संवेदनशीलता एक प्रारंभिक चेतावनी संकेत है, जो तब दिखाई देती है जब शरीर अभी भी एक विकार की स्थिति में होता है लेकिन बीमारी पूरी तरह से स्थापित होने से पहले। इन सूक्ष्म परिवर्तनों और मस्तिष्क रसायन विज्ञान की पहचान करके, वैज्ञानिक ऐसे हस्तक्षेप विकसित कर सकते हैं जो स्पष्ट मधुमेह के आगमन से बहुत पहले मस्तिष्क की रक्षा कर सकें, जिससे संभावित रूप से उस संज्ञानात्मक गिरावट को रोका जा सके जो अक्सर इसके बाद आती है।