ভূমিকা
একটি ভার্চুয়াল রিয়েলিটি করিডোরে এমবেড করা একটি ট্রেডমিলে একটি মাউস চলছে৷ তার মনের চোখে, এটি নিজেকে সামনে আলোর একটি স্বতন্ত্র প্যাটার্ন সহ একটি সুড়ঙ্গের নিচে ছুটে যেতে দেখে। প্রশিক্ষণের মাধ্যমে, মাউস শিখেছে যে যদি এটি আলোতে থামে এবং 1.5 সেকেন্ডের জন্য সেই অবস্থান ধরে রাখে তবে এটি একটি পুরষ্কার পাবে - একটি ছোট পানীয় জল। তারপরে এটি অন্য পুরষ্কার পাওয়ার জন্য অন্য আলোর সেটে ছুটে যেতে পারে।
এই সেটআপ গবেষণার ভিত্তি জুলাই মাসে প্রকাশিত in সেল রিপোর্ট স্নায়ুবিজ্ঞানীদের দ্বারা এলি অ্যাডাম, টেলর জনস এবং মৃগাঙ্ক সুর ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির। এটি একটি সাধারণ প্রশ্ন অন্বেষণ করে: কীভাবে মস্তিষ্ক - ইঁদুর, মানুষ এবং অন্যান্য স্তন্যপায়ী প্রাণীদের মধ্যে - আমাদের একটি টাকায় থামাতে যথেষ্ট দ্রুত কাজ করে? নতুন কাজটি প্রকাশ করে যে সবচেয়ে সরাসরি বা স্বজ্ঞাত উপায়ে একটি তীক্ষ্ণ "স্টপ" কমান্ড প্রেরণ করার জন্য মস্তিষ্ক তারযুক্ত নয়। পরিবর্তে, এটি ক্যালকুলাসের নীতির উপর ভিত্তি করে আরও জটিল সিগন্যালিং সিস্টেম নিয়োগ করে। এই ব্যবস্থাটি অত্যধিক জটিল মনে হতে পারে, তবে এটি এমন আচরণ নিয়ন্ত্রণ করার একটি আশ্চর্যজনকভাবে চতুর উপায় যা মস্তিষ্কের আদেশের চেয়ে আরও সুনির্দিষ্ট হওয়া প্রয়োজন।
হাঁটা বা দৌড়ানোর সাধারণ মেকানিক্সের উপর নিয়ন্ত্রণ বর্ণনা করা মোটামুটি সহজ: মস্তিষ্কের মেসেনসেফালিক লোকোমোটর অঞ্চল (এমএলআর) মেরুদন্ডের নিউরনে সংকেত পাঠায়, যা পায়ের পেশী নিয়ন্ত্রণকারী মোটর নিউরনগুলিতে বাধা বা উত্তেজক আবেগ পাঠায়: থামুন। . যাওয়া. থামো। যাওয়া. প্রতিটি সংকেত হল নিউরনের সেট দ্বারা উত্পন্ন বৈদ্যুতিক কার্যকলাপের একটি স্পাইক।
গল্পটি আরও জটিল হয়ে ওঠে, তবে, যখন লক্ষ্যগুলি প্রবর্তন করা হয়, যেমন যখন একজন টেনিস খেলোয়াড় কোর্টে একটি সঠিক জায়গায় দৌড়াতে চায় বা তৃষ্ণার্ত মাউসের চোখ দূরত্বে একটি সতেজতামূলক পুরস্কার। জীববিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে বুঝতে পেরেছেন যে লক্ষ্যগুলি মস্তিষ্কের সেরিব্রাল কর্টেক্সে আকার নেয়। মস্তিষ্ক কীভাবে একটি লক্ষ্যকে (সেখানে দৌড়ানো বন্ধ করুন যাতে আপনি একটি পুরষ্কার পান) একটি সুনির্দিষ্ট সময়ের সংকেতে অনুবাদ করে যা এমএলআরকে ব্রেক মারতে বলে?
"সংবেদনশীল মোটর নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে মানুষ এবং স্তন্যপায়ী প্রাণীদের অসাধারণ ক্ষমতা রয়েছে," বলেন শ্রীদেবী শর্মা, জনস হপকিন্স বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন স্নায়ুবিজ্ঞানী। "কয়েক দশক ধরে লোকেরা আমাদের মস্তিষ্কের বিষয়ে অধ্যয়ন করছে যা আমাদের এত চটপটে, দ্রুত এবং শক্তিশালী করে তোলে।"
ফাস্ট এবং ফুরিয়েস্ট
উত্তরটি বোঝার জন্য, গবেষকরা একটি ইঁদুরের মস্তিষ্কের স্নায়বিক কার্যকলাপ পর্যবেক্ষণ করেছিলেন যখন প্রাণীটিকে সর্বোচ্চ গতি থেকে পূর্ণ স্টপে যেতে কতক্ষণ সময় নেয়। তারা আশা করেছিল যে এমএলআর-এ একটি বাধা সংকেত বৃদ্ধি পাবে, পাগুলিকে প্রায় তাত্ক্ষণিকভাবে থামাতে ট্রিগার করবে, যেমন একটি বৈদ্যুতিক সুইচ একটি লাইটবাল্ব বন্ধ করে দেয়।
কিন্তু তথ্যের একটি অসঙ্গতি দ্রুত সেই তত্ত্বকে দুর্বল করে দেয়। মাউসটি ধীর হয়ে যাওয়ার সময় তারা এমএলআর-এ প্রবাহিত একটি "স্টপ" সংকেত লক্ষ্য করেছিল, কিন্তু প্রাণীটি কত দ্রুত থামল তা ব্যাখ্যা করার জন্য এটি এত দ্রুত তীব্রতা ছিল না।
"আপনি যদি শুধু স্টপ সিগন্যাল নেন এবং সেগুলিকে এমএলআরে খাওয়ান, তবে প্রাণীটি বন্ধ হয়ে যাবে, কিন্তু গণিত আমাদের বলে যে স্টপ যথেষ্ট দ্রুত হবে না," অ্যাডাম বলেছিলেন।
"কর্টেক্স একটি সুইচ প্রদান করে না," সুর বলেন. “আমরা ভেবেছিলাম কর্টেক্স কি করবে, দ্রুত সংকেত দিয়ে 0 থেকে 1 পর্যন্ত যেতে হবে। এটা তা করে না, এটাই ধাঁধা।"
তাই গবেষকরা জানতেন যে কর্মক্ষেত্রে একটি অতিরিক্ত সিগন্যালিং সিস্টেম থাকতে হবে।
এটি খুঁজে বের করার জন্য, তারা আবার ইঁদুরের মস্তিষ্কের শারীরস্থানের দিকে তাকালো। কর্টেক্সের মধ্যে যেখানে লক্ষ্যগুলি উৎপন্ন হয় এবং MLR যা গতি নিয়ন্ত্রণ করে অন্য একটি অঞ্চলে বসে থাকে, সাবথ্যালামিক নিউক্লিয়াস (STN)। এটি ইতিমধ্যেই জানা ছিল যে STN দুটি পথ দ্বারা MLR-এর সাথে সংযোগ করে: একটি উত্তেজক সংকেত পাঠায় এবং অন্যটি বাধা সংকেত পাঠায়। গবেষকরা বুঝতে পেরেছিলেন যে MLR দুটি সংকেতের মধ্যে একটির শক্তির উপর নির্ভর করার পরিবর্তে দুটি সংকেতের মধ্যে ইন্টারপ্লেতে সাড়া দেয়।
স্প্রিন্টিং মাউস যখন থামার জন্য প্রস্তুত হয়, এমএলআর এসটিএন থেকে একটি বাধা সংকেত পায়। প্রায় সাথে সাথেই, এটি একটি উত্তেজক সংকেতও পায়। প্রতিটি সংকেত ধীরে ধীরে আসে — কিন্তু তাদের মধ্যে সুইচ দ্রুত হয়, এবং এমএলআর এর দিকেই মনোযোগ দেয়: এটি দুটি সংকেতের মধ্যে পার্থক্য নিবন্ধন করে। বৃহত্তর পার্থক্য, নিরোধক সংকেতের দ্রুত পরিবর্তন এবং আরও দ্রুত MLR পা বন্ধ করার নির্দেশ দেয়।
"স্পাইকগুলির উচ্চতার কোন তথ্য নেই," সুর বলেছিলেন। “সবকিছুই স্পাইকের মধ্যবর্তী ব্যবধানে। কারণ স্পাইকগুলি তীক্ষ্ণ, ব্যবধান তথ্য বহন করতে পারে।"
সামনে শার্প কার্ভ
গবেষকরা ক্যালকুলাসের দুটি মৌলিক ফাংশনের পরিপ্রেক্ষিতে স্টপিং মেকানিজম নিক্ষেপ করেছেন: ইন্টিগ্রেশন, যা একটি বক্ররেখার নিচে এলাকা পরিমাপ করে এবং ডেরিভেশন, যা একটি বক্ররেখার একটি বিন্দুতে ঢাল গণনা করে।
যদি থামানো কেবলমাত্র এমএলআর কতটা স্টপ সিগন্যাল পেয়েছে তার উপর নির্ভর করে, তবে এটিকে একীকরণের একটি রূপ হিসাবে ভাবা যেতে পারে; সংকেত পরিমাণ গুরুত্বপূর্ণ কি হবে. কিন্তু তা নয় কারণ দ্রুত নিয়ন্ত্রণের জন্য একা একাই যথেষ্ট নয়। পরিবর্তে, MLR দুটি সু-সময়ের সংকেতের মধ্যে পার্থক্য জমা করে, যা একটি ডেরিভেটিভের গণনা করার উপায়কে প্রতিফলিত করে: একটি বিন্দুতে একটি বক্ররেখার ঢাল গণনা করার জন্য দুটি অসীম কাছাকাছি মানের মধ্যে পার্থক্য গ্রহণ করে। ডেরিভেটিভের দ্রুত গতিশীলতা একীকরণের ধীর গতিশীলতাকে বাতিল করে এবং দ্রুত থামার অনুমতি দেয়।
"একটি উত্তেজক সংকেত এবং একটি বাধা সংকেত আছে এবং দুটি তাত্ক্ষণিকভাবে তুলনা করা হচ্ছে," সুর বলেন। "যখন সেই মানটি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে আঘাত করে, তখন একটি সুইচ নিক্ষেপ করা হয় যা প্রাণীটিকে থামিয়ে দেয়।"
এই ডেরিভেটিভ-ভিত্তিক নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা পরোক্ষ শোনাতে পারে, তবে এটি কৌশলগত অর্থে তৈরি করে। যখন একটি মাউস ভার্চুয়াল রিয়েলিটি নেভিগেট করছে বা কোর্ট জুড়ে দৌড়ে আসা একজন টেনিস খেলোয়াড় একটি স্টপিং পয়েন্টের কাছে আসছে, তখন তারা কতটা দ্রুত যাচ্ছে তা জানতে তাদের উপযোগী মনে হতে পারে। কিন্তু পরবর্তীতে তাদের কী করতে হবে তা পরিকল্পনা করার জন্য, তারা কত দ্রুত গতি বা ধীরগতি করছে — তাদের চলাচলের ডেরিভেটিভ ফাংশন তা জানা তাদের পক্ষে আরও কার্যকর।
"এটি আপনাকে অনুমান এবং ভবিষ্যদ্বাণী করতে দেয়। যদি আমি ডেরিভেটিভ, বেগের পরিবর্তনের হার জানি, তাহলে আমি ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারি পরবর্তী ধাপে আমার বেগ কী হবে,” সরমা বলেন। "যদি আমি জানি আমাকে থামতে হবে, আমি এটির জন্য পরিকল্পনা করতে পারি এবং এটি ঘটতে পারি।"
