Form, Timing, and Behavioral Matching of the Population Response to ALM Photoinhibition
ALM फोटोइनहिबिशन (photoinhibition) के दौरान मल्टी-रीजन न्यूरोपिक्सल्स (Neuropixels) रिकॉर्डिंग्स का पुन: विश्लेषण करके, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि कारण संबंधी विक्षोभ (causal perturbation) के प्रति जनसंख्या की प्रतिक्रिया कार्य-संबंधी कोडिंग अक्षों (task-related coding axes) से भिन्न है और व्यवहारिक परिणामों के मेल खाने पर भी बनी रहती है, जो यह प्रकट करता है कि व्यवहारिक मिलान (behavioral matching) अंतर्निहित तंत्रिका अवस्थाओं (neural states) की समानता की गारंटी नहीं देता है।
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यह समझने के लिए कि मस्तिष्क एक विचार को क्रिया में कैसे बदलता है, वैज्ञानिक अक्सर मिलकर काम करने वाले न्यूरॉन्स के समूहों को देखते हैं। एक स्टेडियम में लोगों की भीड़ की कल्पना करें; जबकि प्रत्येक व्यक्ति कुछ अलग काम कर रहा हो सकता है, पूरी भीड़ एक पैटर्न में चलती है जो टीम की रणनीति को प्रकट करती है। तंत्रिका विज्ञान (न्यूरोसाइंस) में, इन पैटर्नों को 'पॉपुलेशन एक्टिविटी' कहा जाता है, और शोधकर्ताओं ने पाया है कि उन्हें कुछ प्रमुख दिशाओं, या अक्षों (axes) द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है जो यह ट्रैक करते हैं कि एक जानवर क्या कर रहा है, जैसे कि वह किस दिशा में मुड़ने वाला है या कब वह गति करेगा। ये सारांश शक्तिशाली हैं क्योंकि वे व्यक्तिगत मस्तिष्क कोशिकाओं की अव्यवस्थित, जटिल फायरिंग को स्पष्ट, दृश्य व्यवहार से जोड़ते हैं। हालाँकि, एक बड़ा प्रश्न बना हुआ है: यदि हम मस्तिष्क में चुभन (पोर) करें और इसे बदलने के लिए मजबूर करें, तो क्या वह परिवर्तन उसी सुव्यवस्थित पैटर्न का पालन करता है जो हम सामान्य व्यवहार के दौरान देखते हैं? या क्या मस्तिष्क एक अराजक, अप्रत्याशित तरीके से प्रतिक्रिया करता है जिसका कार्य से कोई लेना-देना नहीं है? इसका उत्तर देने से हमें यह समझने में मदद मिलती है कि क्या मस्तिष्क की आंतरिक मशीनरी अपने लक्ष्यों के लिए कठोर रूप से बंधी हुई है या इसमें एक लचीली, छिपी हुई गतिविधि की परत है जो स्वतंत्र रूप से कार्य करती है।
येल यूनिवर्सिटी के एक शोधकर्ता ने एक मेमोरी-गाइडेड टास्क (स्मृति-निर्देशित कार्य) करने वाले चूहों का अध्ययन करके इस प्रश्न पर काम किया। चूहों को एक दिशा याद रखनी थी और फिर एक संकेत के बाद बाएं या दाएं एक स्प्राउट (स्पॉट) को चाटना था। वैज्ञानिक ने इस कार्य में शामिल मस्तिष्क के पांच अलग-अलग हिस्सों के हजारों न्यूरॉन्स की गतिविधि को रिकॉर्ड किया: एंटीरियर लेटरल मोटर कॉर्टेक्स, स्ट्रिएटम, थैलेमस, मिडब्रेन और मेडुला। मस्तिष्क की प्रतिक्रिया को देखने के लिए कि मस्तिष्क अचानक व्यवधान के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करता है, शोधकर्ता ने एक लेजर का उपयोग करके मस्तिष्क के एक विशिष्ट क्षेत्र, जिसे एंटीरियर लेटरल मोटर कॉर्टेक्स कहा जाता है, को गति के संकेत से ठीक आधा सेकंड पहले, आधे सेकंड के लिए अस्थायी रूप से शांत (silence) कर दिया। उन्होंने फिर सामान्य परीक्षणों (trials) के दौरान मस्तिष्क की गतिविधि की तुलना की, जहाँ लेजर का उपयोग नहीं किया गया था। लक्ष्य यह देखना था कि क्या लेजर के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया उन्हीं सरल पैटर्न में फिट बैठती है जो आमतौर पर चूहे के चुनाव और गति का वर्णन करते हैं, या प्रतिक्रिया कुछ पूरी तरह से अलग है।
परिणामों ने लेजर के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया और उन पैटर्नों के बीच एक आश्चर्यजनक विच्छेद (disconnect) का खुलासा किया जो आमतौर पर चूहे के व्यवहार का वर्णन करते हैं। लेजर चालू होने के पहले 20 से 120 मिलीसेकंड के भीतर, मस्तिष्क की गतिविधि में भारी बदलाव आया, फिर भी इसका केवल एक बहुत छोटा हिस्सा, 5 से 8 प्रतिशत के बीच, उन दिशाओं में था जो सामान्य रूप से यह भविष्यवाणी करते थे कि चूहा बाएं या दाएं चाटेगा। इसका मतलब यह है कि जब मस्तिष्क को बाधित किया गया, तो इसने केवल उस पथ पर बदलाव नहीं किया जिसे यह आमतौर पर निर्णय लेने के लिए अपनाता है। इसके बजाय, व्यवधान ने मस्तिष्क की गतिविधि को एक विशाल, अनछुए क्षेत्र में धकेल दिया जिसका चूहे द्वारा किए जाने वाले विशिष्ट चुनाव से कोई लेना-देना नहीं था। यह निष्कर्ष अध्ययन किए गए सभी पांच मस्तिष्क क्षेत्रों में सत्य पाया गया, जो दर्शाता है कि झटके के प्रति मस्तिष्क की तत्काल प्रतिक्रिया काफी हद तक उस कार्य से स्वतंत्र है जिसे वह करने की कोशिश कर रहा है।
जैसे ही प्रयोग जारी रहा और गति का संकेत दिखाई दिया, स्थिति और भी दिलचस्प हो गई। शोधकर्ता यह देखने के लिए इंतजार करने लगे कि क्या मस्तिष्क की गतिविधि चूहे के हिलने की तैयारी के साथ फिर से संरेखित (realign) होती है। उन्होंने पाया कि जबकि क्रिया के करीब पहुँचने पर चूहे के चुनाव की भविष्यवाणी करने की मस्तिष्क की क्षमता नाटकीय रूप से सुधर गई, लेजर के कारण हुआ विशिष्ट अंतर वैसा नहीं हुआ। यहाँ तक कि जब चूहा चाटने ही वाला था, तब भी लेजर के कारण मस्तिष्क की गतिविधि का हिस्सा उस 'ऑफ-टास्क' (कार्य से हटकर) क्षेत्र में ही अटका रहा। यह उस सामान्य निर्णय लेने वाले पथों की ओर नहीं लौटा। यह सुझाव देता है कि व्यवधान के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया केवल एक अस्थायी त्रुटि नहीं है जिसे कार्य द्वारा सुधारा जाता है; बल्कि व्यवधान एक विशिष्ट निशान छोड़ देता है जो क्रिया की तैयारी के दौरान भी बना रहता है।
अंत में, शोधकर्ता ने एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछा: यदि चूहा अभी भी सही दिशा में और सही समय पर चाटने में सफल रहा, तो क्या इसका मतलब यह था कि मस्तिष्क सामान्य अवस्था में लौट आया है? यह पता लगाने के लिए, उन्होंने लेजर वाले परीक्षणों को ठीक उसी दिशा और प्रतिक्रिया समय वाले सामान्य परीक्षणों के साथ सावधानीपूर्वक मिलाया। उन्हें उम्मीद थी कि यदि व्यवहार समान था, तो मस्तिष्क की गतिविधि भी समान होनी चाहिए। हालाँकि, उन्होंने पाया कि भले ही व्यवहार पूरी तरह से मेल खाता था, लेजर वाले परीक्षणों में मस्तिष्क की गतिविधि सामान्य परीक्षणों से मापने योग्य रूप से भिन्न थी। मोटर कॉर्टेक्स में, चाटने के दौरान लेजर के दौरान की तुलना में यह अंतर कम था, लेकिन यह पूरी तरह से कभी गायब नहीं हुआ। यह सिद्ध करता है कि दो परीक्षण बाहर से बिल्कुल एक जैसे दिख सकते हैं जबकि अंदर मस्तिष्क एक मौलिक रूप से भिन्न अवस्था में होता है। मस्तिष्क आंतरिक रूप से अलग मार्गों के माध्यम से एक ही परिणाम उत्पन्न कर सकता है, और एक व्यवधान तंत्रिका गतिविधि में एक छिपा हुआ इतिहास छोड़ सकता है जिसे चूहे की गति के सरल अवलोकन से प्रकट नहीं किया जा सकता है।
ये निष्कर्ष व्यवधानों को संभालने के हमारे दृष्टिकोण को नया रूप देते हैं। वे दिखाते हैं कि व्यवधान के प्रति मस्तिष्क की प्रतिक्रिया केवल कार्य के पथ से विचलन नहीं है, बल्कि एक अलग प्रकार की गतिविधि स्थान में एक जटिल बदलाव है। इसके अलावा, वे प्रदर्शित करते हैं कि किसी जानवर के व्यवहार का मिलान करना इस बात की गारंटी नहीं देता कि उसका मस्तिष्क सामान्य अवस्था में लौट आया है। मस्तिष्क आंतरिक रूप से कुछ बहुत अलग कर सकता है और फिर भी समान बाहरी क्रिया उत्पन्न कर सकता है। यह अंतर तंत्रिका सर्किट (neural circuits) के काम करने के तरीके को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, जो यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क में एक समृद्ध, छिपी हुई गतिशीलता की परत है जो निर्णय और गति के दृश्य पैटर्न के साथ, लेकिन उनसे अलग होकर कार्य करती है। यह अध्ययन इस प्रश्न को खुला छोड़ देता है कि क्या ये छिपे हुए अंतर आगे क्या होता है, इसके लिए मायने रखते हैं, लेकिन यह दृढ़ता से स्थापित करता है कि मस्तिष्क की आंतरिक अवस्था व्यवहार के सरल मिलान की तुलना में कहीं अधिक जटिल और लचीली है।
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