Functional neuroimaging identifies a cross-species biomarker for treatment monitoring in Angelman syndrome

कल्पना कीजिए कि मस्तिष्क एक हलचल भरे शहर की तरह है जहाँ अरबों नन्हे संदेशवाहक (न्यूरॉन्स) सब कुछ सुचारू रूप से चलाने के लिए लगातार संकेत भेज रहे हैं। कभी-कभी, शहर के पावर ग्रिड में कुछ गड़बड़ी हो जाती है। एंजलमैन सिंड्रोम (Angelman syndrome) नामक स्थिति में, मस्तिष्क के पावर मैनेजमेंट के लिए एक विशिष्ट "निर्देश पुस्तिका" (instruction manual) गायब होती है। इसके कारण एक ऐसा शहर बनता है जो थोड़ा अधिक शोर वाला होता है, जहाँ संकेत अराजक विस्फोटों में फूटते हैं, जिससे गंभीर विकासात्मक देरी, गति संबंधी समस्याएँ और बोलने की कमी होती है। लंबे समय से, डॉक्टर यह मापने का एक विश्वसनीय तरीका खोजने की कोशिश कर रहे हैं कि यह शहर कितना "गड़बड़" है, विशेष रूप से यह देखने के लिए कि क्या नई दवाएं समस्या को ठीक कर रही हैं। शहर की गुनगुनाहट को सुनने का सामान्य तरीका EEG है, जो सिर की त्वचा पर चिपके इलेक्ट्रोड का उपयोग करके बिजली की चिंगारियों को पकड़ता है। लेकिन एंजलममन सिंड्रोम वाले कई लोगों के लिए, उन इलेक्ट्रोडों को काम करने के लिए पर्याप्त समय तक स्थिर बैठना अविश्वसनीय रूप से कठिन होता है, और उम्र बढ़ने के साथ विद्युत शोर बदल जाता है, जिससे समय के साथ प्रगति को ट्रैक करना मुश्किल हो जाता है। वैज्ञानिकों को मस्तिष्क की गतिविधि को "देखने" का एक नया तरीका चाहिए था जो सौम्य हो, उपयोग में आसान हो और जो चूहे या इंसान, दोनों के लिए समान रूप से काम करे।

यहीं पर शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक चतुर विचार के साथ कदम रखा: बिजली को सुनने के बजाय, आइए रक्त के प्रवाह को देखें। सोचिए कि मस्तिष्क एक व्यस्त रेस्टोरेंट की तरह है; जब शेफ (न्यूरॉन्स) पूरी ताकत से खाना पकाना शुरू करते हैं, तो उन्हें अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है, इसलिए वेटर रसोई में अधिक रक्त भेजते हैं। रक्त के इस प्रवाह को मापकर, वैज्ञानिक बता सकते हैं कि मस्तिष्क कितनी मेहनत कर रहा है। इस अध्ययन में, टीम ने रक्त प्रवाह को देखने के लिए दो अलग-अलग "कैमरों" का उपयोग किया। सबसे पहले, उन्होंने एंजलमैन सिंड्रोम वाले चूहों को एक विशेष प्रकाश-आधारित कैमरे से देखा जो मस्तिष्क की सतह पर रक्त के रंग में सूक्ष्म बदलाव देख सकता है। फिर, उन्होंने एक समान, पोर्टेबल कैमरा जिसे fNIRS (फंक्शनल नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी) कहा जाता है, का उपयोग एंजलमैन सिंड्रोम वाले वास्तविक लोगों पर किया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या "रक्त का चढ़ाव" चूहों और मनुष्यों दोनों में एक जैसा दिखता है, और क्या गायब निर्देश पुस्तिका को ठीक करने से वह चढ़ाव शांत हो जाएगा।

शोधकर्ताओं ने पाया कि एंजलमैन सिंड्रोम में मस्तिष्क का रक्त प्रवाह एक ऐसे फायर अलार्म की तरह है जो "हाई वॉल्यूम" पर अटक गया है। चूहों और मनुष्यों दोनों में, जब उन्होंने एक दृश्य उद्दीपन (जैसे एक चमकता हुआ पैटर्न) देखा, तो उनके मस्तिष्क ने सामान्य से बहुत बड़ा और अधिक अराजक रक्त का संचार भेजा। यह केवल थोड़ा अधिक शोर नहीं था; यह एक विशिष्ट, प्रवर्धित (amplified) संकेत था जो तब भी स्थिर रहा चाहे विषय एक छोटा चूहा हो, वयस्क चूहा हो, बच्चा हो या वयस्क मानव। यह "सुपर-रश" (अत्यधिक चढ़ाव) इतना सुसंगत था कि टीम इसका उपयोग एक स्वस्थ मस्तिष्क और एक एंजलमैन मस्तिष्क के बीच अंतर करने के लिए बहुत उच्च सटीकता के साथ कर सकी, जो केवल व्यवहार को देखने की तुलना में भी बेहतर था।

लेकिन सबसे रोमांचक हिस्सा वह था जो तब हुआ जब उन्होंने समस्या को ठीक करने की कोशिश की। चूहों में, वैज्ञानिकों ने गायब निर्देश पुस्तिका को बहाल करने के लिए दो अलग-अलग उपचारों का उपयोग किया। एक उपचार एक "जीन डिलीवरी ट्रक" की तरह था जो गायब हिस्सों को पहुँचाता है, और दूसरा एक आणविक "इरेज़र" (मिटाने वाला) था जिसने मस्तिष्क को अपने स्वयं के हिस्से बनाने से रोकने वाले अवरोध को हटा दिया। जब उन्होंने ऐसा किया, तो चूहों के मस्तिष्क में "सुपर-रश" का प्रवाह केवल थोड़ा शांत नहीं हुआ; बल्कि यह सामान्य स्तर पर वापस आ गया। मस्तिष्क की निर्देश पुस्तिका जितनी अधिक बहाल हुई, रक्त का प्रवाह उतना ही अधिक शांत हुआ, और चूहों की गतिशीलता भी बेहतर हुई। इसने साबित कर दिया कि यह रक्त-प्रवाह का संकेत केवल एक यादृच्छिक लक्षण नहीं है; बल्कि यह रोग का एक सीधा प्रतिबिंब और इस बात का एक संवेदनशील पैमाना है कि उपचार कितनी अच्छी तरह काम कर रहा है।

जब उन्होंने मनुष्यों की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया, तो उन्हें एक कठिन चुनौती का सामना करना पड़ा: एंजलमैन सिंड्रोम वाले लोग अक्सर बहुत हिलते-डुलते हैं, जो आमतौर पर ब्रेन स्कैन को खराब कर देता है। हालाँकि, टीम ने डेटा को साफ करने का एक विशेष तरीका विकसित किया, और यह काम कर गया। उन्होंने पाया कि एंजलमैन सिंड्रोम वाले लोगों में ठीक वही "सुपर-र rush" पैटर्न दिखा जो चूहों में था। भले ही लोग अलग-अलग उम्र के थे और उनमें स्थिति के अलग-अलग प्रकार थे, प्रवर्धित रक्त प्रवाह एक स्थिर विशेषता बना रहा। यह सुझाव देता है कि यह रक्त-प्रवाह माप एक विश्वसनीय "क्रॉस-स्पीशीज" (विभिन्न प्रजातियों के बीच काम करने वाला) बायोमार्कर है। इसका अर्थ यह है कि वैज्ञानिक चूहों में एक नया ड्रग टेस्ट कर सकते हैं, देख सकते हैं कि क्या रक्त प्रवाह शांत होता है, और इस बात पर विश्वास कर सकते हैं कि वही माप मनुष्यों में भी काम करेगा कि क्या वह दवा मदद कर रही है।

संक्षेप में, यह पेपर सुझाव देता है कि मस्तिष्क के रक्त प्रवाह को देखना एक शक्तिशाली नया उपकरण है। यह एक सार्वभौमिक अनुवादक की तरह कार्य करता है, जो चूहों और मनुष्यों दोनों की भाषा बोलता है। यह दिखाता है कि एंजलमैन सिंड्रोम में मस्तिष्क अति-उत्तेजना (hyper-excitability) की स्थिति में है जिसे मापा जा सकता है, और अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि इसका उपयोग यह ट्रैक करने के लिए किया जा सकता है कि उपचार सफलतापूर्वक मूल कारण को ठीक कर रहे हैं या नहीं। हालाँकि यह अध्ययन एंजलमैन सिंड्रोम को ठीक करने का दावा नहीं करता है, लेकिन यह भविष्य के उपचारों की प्रभावशीलता की निगरानी करने का एक बहुत ही आशाजनक, गैर-आक्रामक (non-invasive) तरीका प्रदान करता है, जो प्रभावी उपचारों तक पहुँचने की यात्रा को तेज कर सकता है।