एक बाल से भी पतले, वैज्ञानिक मानव मस्तिष्क की "निगरानी" करने के लिए एक जांच का उपयोग करते हैं

सार:

2 नवंबर को नेचर पत्रिका की एक रिपोर्ट के अनुसार, न्यूरोपिक्सल नामक अल्ट्रा-फाइन तंत्रिका जांच वैज्ञानिकों के मस्तिष्क का अध्ययन करने के तरीके को बदल रही है। यह उपकरण, जो मानव बाल से भी पतला है, एक साथ सैकड़ों न्यूरॉन्स की विद्युत गतिविधि को रिकॉर्ड कर सकता है, जिससे शोधकर्ताओं को अभूतपूर्व सटीकता के साथ मस्तिष्क के अंदर सूचना प्रसंस्करण प्रक्रिया का निरीक्षण करने की अनुमति मिलती है। वर्तमान में, यह तकनीक धीरे-धीरे पशु प्रयोगों से मानव मस्तिष्क अनुसंधान में प्रवेश कर चुकी है।

लंदन के एक अस्पताल के ऑपरेटिंग रूम में, वैज्ञानिक सीधे मानव मस्तिष्क को "सुनने" की कोशिश कर रहे हैं।

लंदन, यूके में नेशनल हॉस्पिटल ऑफ न्यूरोलॉजी एंड न्यूरोसर्जरी में एक महिला मरीज की सामान्य दबाव हाइड्रोसिफ़लस के लिए शंट सर्जरी की गई। ऑपरेशन के दौरान, वह एक विशेष प्रयोग में भाग लेने के लिए सहमत हुई: डॉक्टर ने वास्तविक समय में न्यूरॉन्स के विद्युत संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए मस्तिष्क में एक न्यूरोपिक्सल जांच, लगभग 1 सेंटीमीटर लंबाई और एक बाल से भी पतली, डाली।

इसके बाद शोधकर्ताओं ने मरीजों को शब्दों की एक श्रृंखला सुनाई, जिसमें "ब्लाइंड स्पॉट," "पार्किंग स्पॉट," और "पिग्गी बैंक" शामिल थे, यह देखने के लिए कि मस्तिष्क विभिन्न शब्दों के बीच संक्रमण को कैसे संसाधित करता है और शब्दों की आवृत्ति और परिचितता तंत्रिका गतिविधि को कैसे प्रभावित करती है।

जैसे ही ऑपरेटिंग रूम में ध्वनि बजी, मॉनिटरिंग स्क्रीन पर तंत्रिका सिग्नल तरंग में काफी बदलाव आया। इसका मतलब यह है कि शोधकर्ता जांच के माध्यम से बाहरी भाषा उत्तेजना के प्रति मानव मस्तिष्क की वास्तविक समय की प्रतिक्रिया को पकड़ने में सक्षम हैं।

अतीत में, हालांकि वैज्ञानिक मानव मस्तिष्क गतिविधि की निगरानी के लिए इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी या प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड का उपयोग करने में सक्षम थे, वे अक्सर केवल बड़ी संख्या में न्यूरॉन्स द्वारा उत्पादित सिग्नल प्राप्त कर सकते थे, जिससे यह अंतर करना मुश्किल हो जाता था कि व्यक्तिगत न्यूरॉन्स क्या कर रहे थे।

फ्रांस के पेरिस में रोथ्सचाइल्ड फाउंडेशन अस्पताल के न्यूरोसर्जन पियरे बॉर्डिलॉन ने इस तकनीक की सफलता को समझाने के लिए एक ज्वलंत रूपक का उपयोग किया।

पारंपरिक ईईजी निगरानी एक व्यस्त चौराहे पर एक माइक्रोफोन रखने और प्रत्येक व्यक्ति की बातचीत को ध्वनियों की गड़बड़ी से अलग करने की कोशिश करने जैसा है। न्यूरोपिक्सल्स विभिन्न व्यक्तियों की आवाज सुनने के लिए प्रत्येक व्यक्ति के कॉलर पर माइक्रोफोन स्थापित करने के करीब है।

उन्होंने कहा, "हम अभी उस बिंदु पर पहुंचना शुरू कर रहे हैं जहां हम सभी के लिए अलग-अलग माइक्रोफोन रख सकते हैं।"

इस तकनीक की मुख्य सफलता यह है कि यह वैज्ञानिकों को एक साथ बड़ी संख्या में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की गतिविधि का निरीक्षण करने की अनुमति देती है।

न्यूरोपिक्सल्स को पहली बार 2017 में लॉन्च किया गया था और इसे संयुक्त राज्य अमेरिका में हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट जेनेलिया रिसर्च पार्क और बेल्जियम माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च सेंटर (आईएमईसी) जैसे संस्थानों के सहयोग से विकसित किया गया था।

पहली पीढ़ी के न्यूरोपिक्सेल जांच में 960 रिकॉर्डिंग साइटें हैं, जिनमें से 384 एक साथ सिग्नल पढ़ सकते हैं। इसकी सिलिकॉन जांच बॉडी एक बाल जितनी पतली है और नैनो सिम कार्ड के आकार की एक चिप से जुड़ी है, जो तंत्रिका संकेतों को पढ़ने, बढ़ाने और डिजिटलीकरण करने के लिए जिम्मेदार है।

प्रारंभिक पशु प्रयोगों में, वैज्ञानिकों ने चूहों के मस्तिष्क में दो जांचें प्रत्यारोपित कीं और एक ही समय में 5 मस्तिष्क क्षेत्रों में वितरित लगभग 700 न्यूरॉन्स को सफलतापूर्वक रिकॉर्ड किया।

2021 में लॉन्च किया गया न्यूरोपिक्सल 2.0, 5120 रिकॉर्डिंग साइटों के साथ रिकॉर्डिंग क्षमताओं को और बेहतर बनाता है, जिनमें से 1536 को एक साथ पढ़ा जा सकता है, और डिवाइस हल्का हो गया है।

नई पीढ़ी की प्रौद्योगिकी का उपयोग करके, वैज्ञानिक चूहों के मस्तिष्क में एक साथ हजारों न्यूरॉन्स रिकॉर्ड करने में सक्षम हुए हैं, और कुछ प्रयोगों में, उन्हें महीनों तक ट्रैक किया गया है।

इसका मतलब है कि शोधकर्ता अब न केवल मस्तिष्क के एक स्थानीय क्षेत्र की गतिविधि का निरीक्षण कर सकते हैं, बल्कि इसके बजाय यह अध्ययन कर सकते हैं कि मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्र एक साथ कैसे काम करते हैं।

2025 में, एक अंतरराष्ट्रीय सहयोगात्मक शोध ने बड़े पैमाने पर परिणाम प्राप्त किए।

संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप की बारह प्रयोगशालाओं ने संयुक्त रूप से अनुसंधान किया, जिसमें 139 चूहों के 279 मस्तिष्क क्षेत्रों में 620,000 से अधिक न्यूरॉन्स की गतिविधियों को रिकॉर्ड करने के लिए न्यूरोपिक्सल तकनीक का उपयोग किया गया, और दृष्टि, गति और निर्णय लेने जैसे कार्यों से जुड़े पूरे मस्तिष्क की तंत्रिका गतिविधि का एक नक्शा तैयार किया गया।

शोध में पाया गया है कि

संवेदना, अनुभूति और गति से संबंधित तंत्रिका संकेत मस्तिष्क में पहले की तुलना में अधिक व्यापक रूप से वितरित हो सकते हैं।

आज, न्यूरोपिक्सल का उपयोग दुनिया भर में लगभग 1,700 प्रयोगशालाओं द्वारा किया गया है, और अनुसंधान विषयों में 20 से अधिक जानवरों को शामिल किया गया है, जिनमें चूहे, ज़ेबरा फ़िंच, दाढ़ी वाले ड्रैगन छिपकली और यहां तक ​​कि ऑक्टोपस भी शामिल हैं।

प्राइमेट अनुसंधान में, प्रौद्योगिकी ने भी महत्वपूर्ण परिवर्तन लाए हैं।

स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के न्यूरोसाइंटिस्ट टिरिन मूर ने कहा कि न्यूरोपिक्सल्स के आगमन से पहले, शोधकर्ता आमतौर पर एक दिन में लगभग 20 प्राइमेट न्यूरॉन्स की गतिविधि ही रिकॉर्ड कर पाते थे, भले ही उनके प्रयोग अच्छे रहे हों। आज, वे नियमित रूप से कम से कम 100 न्यूरॉन्स से रिकॉर्ड करने में सक्षम हैं।

मूर का मानना ​​है कि ऐसे उपकरणों के बिना, प्राइमेट तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान गंभीर रूप से सीमित रहेगा।

वर्तमान में, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय की अनुसंधान टीम मैकाक दृश्य प्रणाली के उच्च-रिज़ॉल्यूशन तंत्रिका गतिविधि मानचित्र बनाने के लिए न्यूरोपिक्सल का उपयोग करने की योजना बना रही है ताकि यह समझा जा सके कि मस्तिष्क दृश्य जानकारी को कैसे संसाधित करता है।

यह ध्यान देने योग्य है कि

न्यूरोपिक्सेल बिल्कुल मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस अनुप्रयोगों के लिए प्रत्यारोपित उपकरणों के समान नहीं हैं।

इसका वर्तमान मुख्य उपयोग बुनियादी तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान में है, जो वैज्ञानिकों को न्यूरॉन गतिविधि को रिकॉर्ड करके संवेदना, गति, अनुभूति और निर्णय लेने जैसी प्रक्रियाओं को समझने में मदद करता है। यद्यपि संबंधित शोध भविष्य के मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस प्रौद्योगिकी और न्यूरोलॉजिकल रोग अनुसंधान के लिए आधार प्रदान कर सकता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि न्यूरोपिक्सल में परिपक्व नैदानिक ​​​​उपचार क्षमताएं हैं।

"प्रकृति" ने बताया कि न्यूरोपिक्सल तंत्रिका विज्ञान को एक नए चरण में धकेल रहे हैं: वैज्ञानिक न केवल यह देख सकते हैं कि मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्र सक्रिय हैं या नहीं, बल्कि यह भी अध्ययन कर सकते हैं कि व्यक्तिगत न्यूरॉन्स जटिल सूचना प्रसंस्करण में कैसे भाग लेते हैं।

चूहों से लेकर प्राइमेट्स से लेकर मानव ऑपरेटिंग रूम तक, यह बाल-पतली जांच वैज्ञानिकों को उच्च सटीकता के साथ मानव मस्तिष्क की कार्य प्रणाली का पता लगाने में मदद कर रही है।