उपन्यास इमेजिंग प्लेटफॉर्म एक बहते हुए दिमाग के न्यूरोनल आधार को प्रकट करता है

आखिरी बार आपने दिवास्वप्न कब देखा था? बाहरी दुनिया पर कोई विशेष ध्यान नहीं देना, आत्मनिरीक्षण या स्मृति स्मरण में लगे रहना, आपकी मानसिक स्थिति बदली हुई महसूस होती है। यह अंतर मस्तिष्क गतिविधि के वैश्विक पैटर्न - डिफ़ॉल्ट मोड नेटवर्क (DMN) में परिलक्षित होता है। 20 साल पहले पहचाना गया और तब से बहुत अधिक शोध गतिविधि का फोकस, DMN कई मस्तिष्क क्षेत्रों को अलग-अलग कम आवृत्ति वाले दोलनों से जोड़ता है।

चैपल हिल के उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय के त्ज़ु-हाओ हैरी चाओ कहते हैं, "डीएमएन को अल्जाइमर रोग, सिज़ोफ्रेनिया, अवसाद और आत्मकेंद्रित सहित विभिन्न प्रकार के न्यूरोलॉजिकल और मानसिक विकारों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए भी माना जाता है।" न्यूरोलॉजी विभाग. "यह समझना कि DMN स्वास्थ्य और बीमारी में कैसे कार्य करता है, इन स्थितियों के लिए नए उपचार और हस्तक्षेप का कारण बन सकता है।"

इन लक्ष्यों से प्रेरित होकर, चाओ और उनके सहयोगियों ने फाइबर फोटोमेट्री सेंसर के साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) को संयोजित किया है जो सेलुलर कैल्शियम के स्तर को यह समझने के लिए मापता है कि चूहे के दिमाग में DMN को स्थापित करने और बाधित करने के लिए विभिन्न मस्तिष्क क्षेत्र कैसे एक साथ आते हैं। वे में अपने निष्कर्षों की रिपोर्ट करते हैं विज्ञान अग्रिम.

बड़े पैमाने पर मस्तिष्क कनेक्टिविटी का अध्ययन करते समय, विशेष रूप से गहरे मस्तिष्क क्षेत्रों में व्यक्तिगत न्यूरॉन्स में टैप करना चुनौतीपूर्ण होता है। वैश्विक विशेषताओं की जांच करने के लिए, न्यूरोसाइंटिस्ट अक्सर न्यूरोनल गतिविधि के लिए एक प्रॉक्सी का उपयोग करते हैं।

"उदाहरण के लिए, fMRI मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों में रक्त ऑक्सीकरण / प्रवाह में परिवर्तन का पता लगाता है, जो कि न्यूरोनल गतिविधि में परिवर्तन को प्रतिबिंबित करने के लिए सोचा जाता है," चाओ बताते हैं, चेतावनी देते हुए कि "रक्त प्रवाह और न्यूरोनल गतिविधि के बीच यह संबंध हमेशा सीधा नहीं होता है, और fMRI संकेतों में शोर और परिवर्तनशीलता के कई स्रोत हो सकते हैं। एफएमआरआई डेटा को न्यूरोनल गतिविधि के प्रत्यक्ष माप के साथ पूरक करने के लिए, शोध दल ने एक एफएमआरआई-संगत ऑप्टिकल इमेजिंग प्लेटफॉर्म विकसित किया जो चूहे के दिमाग से बहु-साइट न्यूरोनल रीडआउट प्रदान करता है।

एक न्यूरॉन से दूसरे में सिग्नल ट्रांसमिशन के दौरान, कैल्शियम आयन एक ऐक्शन पोटेंशिअल के जवाब में सेल में प्रवेश करते हैं, जिससे सिनैप्स में न्यूरोट्रांसमीटर की रिहाई शुरू हो जाती है। प्रयोगों के लिए, टीम ने आनुवंशिक रूप से इंजीनियर चूहों का इस्तेमाल किया जो कैल्शियम-संवेदनशील प्रोटीन ले जाते हैं। चाओ कहते हैं, प्रोटीन "कैल्शियम बाध्यकारी के जवाब में एक गठनात्मक परिवर्तन से गुजरता है, जिससे फ्लोरोसेंस तीव्रता में वृद्धि होती है जिसका उपयोग इंट्रासेल्यूलर कैल्शियम स्तरों में परिवर्तनों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।"

शोधकर्ताओं ने एक fMRI मशीन को एक फाइबर फोटोमेट्री प्लेटफॉर्म से जोड़ा जो मस्तिष्क के चार क्षेत्रों में एक साथ सेलुलर कैल्शियम एकाग्रता में परिवर्तन का पता लगा सकता है। फिर उन्होंने डीएमएन गतिविधि परिवर्तनों के लिए एनेस्थेटिज्ड कृन्तकों के दिमाग को स्कैन किया, जिसे उन्होंने कैल्शियम डेटा से जोड़ा।

देखे गए चार मस्तिष्क क्षेत्रों में से तीन ने डीएमएन की स्थापना से ठीक पहले तंत्रिका गतिविधि में वृद्धि दिखाई, जबकि चौथे क्षेत्र में - पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स - गतिविधि में काफी कमी आई थी। यह दिलचस्प है क्योंकि पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स सलाइन्स नेटवर्क (एसएन) में एक भूमिका निभाता है, जो ध्यान से जुड़ी एक वैकल्पिक मस्तिष्क कनेक्टिविटी स्थिति है।

इसके विपरीत, DMN के निष्क्रिय होने पर, तीन DMN से जुड़े क्षेत्रों में गतिविधि को रोक दिया गया था, जबकि DMN के बंद होने से पहले पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स सिग्नल लगभग 8 s तक बढ़ गया था। सांख्यिकीय विश्लेषण के बाद, इन टिप्पणियों से पता चलता है कि पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स गतिविधि का अन्य DMN मस्तिष्क क्षेत्रों पर नकारात्मक कारण प्रभाव पड़ता है।

शोधकर्ताओं ने उनके बीच संभावित संक्रमण के चक्र के साथ पांच अव्यक्त मस्तिष्क अवस्थाओं का एक मॉडल भी निकाला। चूंकि इनमें से कुछ अव्यक्त अवस्थाओं में पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स अन्य क्षेत्रों के साथ संबंध रखता है, जबकि अन्य राज्यों में एक विरोधाभास है, चाओ का निष्कर्ष है कि "बड़े पैमाने पर मस्तिष्क नेटवर्क की टोपोलॉजी बहुत गतिशील हो सकती है, और ये नेटवर्क कुछ हद तक ओवरलैप हो सकते हैं।" स्पष्ट रूप से अलग होने के बजाय ”। जिस मार्ग से पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स डीएमएन दमन को प्रेरित करता है, उसे आगे की परीक्षा की आवश्यकता होती है, हालांकि, टीम भविष्य के काम में हासिल करने की उम्मीद करती है।

जांचकर्ताओं ने कैल्शियम-मापने की तकनीक के साथ जाग्रत चूहों के दिमाग का भी अध्ययन किया। एक ऑडबॉल प्रतिमान का उपयोग करते हुए, जहां चूहों ने कभी-कभार ऑड-वन-आउट के साथ दोहराए जाने वाले स्वरों को सुना, उन्हें अध्ययन किए गए मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच एक कारण नेटवर्क मिला, फिर से पूर्वकाल इंसुलर कॉर्टेक्स के साथ अन्य डीएमएन-जुड़े क्षेत्रों पर एक निरोधात्मक भूमिका थी।

जागृत चूहों पर किए गए प्रयोगों में fMRI की सुविधा नहीं थी क्योंकि पारंपरिक fMRI अधिग्रहण बहुत ज़ोर से होते हैं, जिससे जानवर को तनाव हो सकता है। चाओ बताते हैं, "मनुष्यों में, हम मानव विषयों को प्रभावित करने के लिए ध्वनिक शोर को कम करने के लिए इयरप्लग प्लस ईयरमफ्स का उपयोग कर सकते हैं।" "यह हमारे लिए कृन्तकों में नकल करने के लिए व्यावहारिक रूप से अधिक कठिन है, क्योंकि ध्वनिक शोर आसानी से घुसने के लिए उनकी खोपड़ी बहुत पतली है। यह कहा जा रहा है, हम वास्तव में एक नई साइलेंट fMRI तकनीक के साथ जागृत चूहों में fMRI करने पर काम कर रहे हैं।

एक ही समय में दो विषयों से डेटा अधिग्रहण को सक्षम करने के लिए टीम अधिक चैनलों को शामिल करके कैल्शियम-सेंसर दृष्टिकोण विकसित कर रही है। "यह उन्नयन हमें कृंतक मॉडल का उपयोग करके सामाजिक संपर्क में DMN और SN भूमिकाओं की जांच करने में सक्षम करेगा। हम स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में विनोद मेनन की प्रयोगशाला के साथ इस विषय पर सक्रिय सहयोग बनाए रखते हैं," चाओ कहते हैं।

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उन्हें विश्वास है कि उनका शोध "स्वस्थ मस्तिष्क में बड़े पैमाने पर, कार्यात्मक और व्यवहारिक रूप से महत्वपूर्ण मस्तिष्क नेटवर्क के सेलुलर आधार की जांच करने के लिए कृंतक मॉडल का उपयोग करके भविष्य के अनुवाद संबंधी अध्ययन का मार्ग प्रशस्त करता है, और न्यूरोनल तंत्र जो मस्तिष्क विकारों में नेटवर्क की शिथिलता का कारण बनता है।" ”।

"[इसमें] fMRI के परिदृश्य को बदलने की क्षमता है और प्राप्त ज्ञान का मानव मस्तिष्क fMRI डेटा के डिजाइन, विश्लेषण और व्याख्या के लिए व्यापक प्रभाव होगा," चाओ बताता है भौतिकी की दुनिया.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/novel-imaging-platform-reveals-the-neuronal-basis-of-a-drifting-mind/