جسم سے دماغ کے رابطے کیوں کراس کراس ہوتے ہیں۔

دماغ کی ساخت کی حیرت انگیز پیچیدگیاں ہر روز سامنے آتی ہیں، لیکن دماغ کی وائرنگ کے سب سے واضح پہلوؤں میں سے ایک نیورو سائنسدانوں کو نظر انداز کر دیتا ہے۔ اعصابی نظام کراس وائرڈ ہے، تاکہ دماغ کا بایاں حصہ جسم کے دائیں حصے کو کنٹرول کرتا ہے اور اس کے برعکس۔ ہر ڈاکٹر اعصابی امتحانات کرنے میں اس حقیقت پر بھروسہ کرتا ہے، لیکن جب میں نے پچھلے ہفتے اپنے ڈاکٹر سے پوچھا کہ ایسا کیوں ہونا چاہیے، تو میں نے صرف ایک کندھے اچکائے۔ تو میں نے پوچھا کیتھرین کاررایونیورسٹی آف میری لینڈ، کالج پارک میں ایک نیورو سائنسدان۔ "کوئی اچھا جواب نہیں،" اس نے جواب دیا۔ میں حیران تھا - اس طرح کا ایک بنیادی پہلو کہ ہمارا دماغ اور جسم آپس میں کیسے جڑے ہوئے ہیں، اور کوئی نہیں جانتا تھا کہ کیوں؟

کوئی بھی چیز جس کے بارے میں ہم جانتے ہیں دماغ کے دائیں جانب کو جسم کے دائیں جانب سے جڑنے سے نہیں روکتا۔ وہ وائرنگ اسکیم بہت آسان اور غلطیوں کا کم شکار نظر آئے گی۔ برانن دماغ میں، تاروں کو درمیانی لکیر کے پار کراس کرنا - جسم کے دائیں اور بائیں حصوں کو تقسیم کرنے والی ایک خیالی لکیر - ایک قسم کے مالیکیولر "ٹریفک پولیس" کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ بڑھتے ہوئے اعصابی ریشوں کو کسی طرح مخالف سمت میں صحیح جگہ پر لے جایا جا سکے۔ جسم کی طرف. چیزوں کو ایک ہی طرف رکھنا بہت آسان ہے۔

پھر بھی یہ عصبی کراس وائرنگ جانوروں کی بادشاہی میں ہر جگہ موجود ہے - یہاں تک کہ نیماٹوڈ کیڑے میں اعصابی کنکشن بھی جانوروں کی درمیانی لکیر میں بائیں دائیں الٹ کے ساتھ وائرڈ ہوتے ہیں۔ اور ٹریفک پولیس کے بہت سے مالیکیول جو ان کیڑوں میں نیوران کی نشوونما کو ہدایت کرتے ہیں انسانوں میں بھی ایسا ہی کرتے ہیں۔ ارتقاء کے لیے اس ترتیب کو اتنی سختی سے محفوظ رکھنے کے لیے، یقیناً اس کا کچھ فائدہ ہے، لیکن ماہرین حیاتیات ابھی تک اس بات کا یقین نہیں کر پائے کہ یہ کیا ہے۔ تاہم، ریاضی کی دنیا سے ایک دلچسپ جواب آیا ہے۔

اس حل کی کلید بالکل اس بات میں مضمر ہے کہ دماغی بافتوں کے اندر اعصابی سرکٹس کیسے بنائے جاتے ہیں۔ دماغ اور جسم کے درمیان روابط بنانے والے نیوران دماغی پرانتستا میں ایک ورچوئل نقشہ بنانے کے لیے منظم ہوتے ہیں۔ اگر ایک نیورو سائنس دان دماغ میں الیکٹروڈ لگاتا ہے اور دیکھتا ہے کہ وہاں موجود نیوران انگوٹھے سے ان پٹ حاصل کرتے ہیں، مثال کے طور پر، تو دماغی پرانتستا میں اس کے ساتھ والے نیوران شہادت کی انگلی سے جڑ جائیں گے۔ اس نقشہ سازی کے رجحان کو سوماٹوٹوپی کہا جاتا ہے، یونانی میں "باڈی میپنگ" کے لیے، لیکن یہ صرف جسمانی جسم تک محدود نہیں ہے۔ 3D بیرونی دنیا جس کو ہم بصارت اور ہمارے دوسرے حواس کے ذریعے دیکھتے ہیں اسی طرح دماغ پر نقش کیا جاتا ہے۔

عصبی رابطوں کا ایک اندرونی نقشہ بنانا جو دنیا میں مقامی تعلقات کی درست عکاسی کرتا ہے۔ غور کریں کہ اعصابی سرکٹس کو تار لگانا کتنا پیچیدہ ہو گا اگر نیوران پورے دماغ میں پھیلے ہوئے ہوں۔ لیکن جب کہ رابطوں کی یہ اندرونی عصبی نقشہ سازی ایک حیاتیاتی مسئلہ کو حل کرتی ہے، یہ ایک جیومیٹرک کو بڑھاتا ہے: 3D اسپیس کو 2D سطح پر پیش کرنے کا ٹاپولوجیکل چیلنج۔ جب ہم ایسا کرتے ہیں تو عجیب و غریب چیزیں ہوتی ہیں۔ 2D نقشے پر، دو شہروں کے درمیان سب سے سیدھا راستہ اختیار کرنے والا ہوائی جہاز ایک قوس میں سفر کرتا دکھائی دیتا ہے، اور دنیا کے گرد چکر لگانے والے مصنوعی سیارے سائنوسائیڈل راستے میں گھومتے دکھائی دیتے ہیں۔

اور دماغ میں 3D ہوائی جہاز پر 2D جگہ کی نقشہ سازی کرنا اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ ہمارا اعصابی نظام کیوں کراس وائرڈ ہے: متضاد جیسا کہ ایسا لگتا ہے، عصبی ریشوں کو مڈ لائن پر ہدایت کرنا غلطیوں سے بچنے کا ٹاپولوجیکل لحاظ سے آسان ترین طریقہ ہے۔ کام بائیو میڈیکل انجینئر سے ٹرائے شنبروٹ اور اس کے نیورو سائنسدان ساتھی عقلمند نوجوان، دونوں Rutgers یونیورسٹی میں۔ انہوں نے ظاہر کیا کہ یہ کسی بھی نظام کے لیے درست ہے جہاں ایک مرکزی کنٹرول میکانزم 3D ماحول کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ اگر کنکشنز کو کراس کیے بغیر وائرڈ کیا گیا تو، بائیں/دائیں اور اوپر/نیچے کی معلومات کو الجھانے والی ہندسی اکائی پیدا ہوگی۔

ایسا کیوں ہوتا ہے اس کی تفصیلات میں جانے سے پہلے، ہمیں ایک اور بنیادی خاصیت کو پہچاننے کی ضرورت ہے جو ہم میں اس قدر پیوست ہے، اسے بھولنا آسان ہے۔ یہ بائیں اور دائیں کی مڈ لائن کا تصور ہے۔ یہ بعض سڈول اشیاء میں موجود ہے، اور یہ ہمارے اپنے دو طرفہ طور پر ہموار جسم پر مرکوز ایک جیومیٹرک فریم آف ریفرنس سے پیدا ہوتا ہے۔ کرنٹ میں گھومنے والی ایک شعاعی سڈول جیلی فش کا کوئی بائیں یا دائیں نہیں ہوتا ہے۔ کرنٹ میں جیلی فش کو دیکھ کر، ہم کہہ سکتے ہیں، "دیکھو، جیلی فش دائیں طرف بڑھ رہی ہے۔" لیکن اگر آپ پانی کے اس پار کسی سے آمنے سامنے بات کر رہے ہیں تو وہ "میرا دائیں - آپ کا بائیں" بن جاتا ہے۔ اس مشکل تصور کو سیکھنے میں انسانوں کو ہوکی پوکی رقص کرنے میں برسوں لگ سکتے ہیں، اور کچھ لوگ کبھی بھی اس کا انتظام نہیں کر پاتے۔

چونکہ بائیں اور دائیں حوالہ کے فریم پر منحصر ہے، لوگ اکثر حروف "d" اور "b" اور "p" اور "q" کو الجھا دیتے ہیں، لیکن وہ شاذ و نادر ہی "q" اور "d" کو الجھاتے ہیں۔ پہلی دو صورتوں میں، ایک جیسی شکلیں عمودی محور کے ساتھ پلٹ جاتی ہیں (بائیں اور دائیں تبدیل کرتے ہوئے)، اور دوسری صورت میں، وہ افقی محور کے ساتھ پلٹ جاتی ہیں (اوپر اور نیچے کی تبدیلی)۔ دو طرفہ طور پر متوازی مخلوق ہونے کے ناطے ہم کبھی بھی اوپر اور نیچے کی غلطی نہیں کرتے ہیں، کیونکہ وہ سمتیں ہمیشہ ایک جیسی ہوتی ہیں، چاہے نقطہ نظر کچھ بھی ہو، لیکن بائیں اور دائیں کسی چیز کے نسبت سے ہوتے ہیں۔

اسی طرح، جب ہم آئینے میں دیکھتے ہیں، تو ہم اپنے آپ کو ایک ایسی تصویر کے طور پر دیکھتے ہیں جو ہمارے ٹی شرٹس پر حروف کو پیچھے کی طرف موڑتے ہوئے بائیں اور دائیں تبدیل ہوتی دکھائی دیتی ہے۔ لیکن جو واقعتاً ہو رہا ہے وہ آگے پیچھے کی تبدیلی ہے۔ فوٹون آئینے کی طرف اور اس سے سیدھی لائنوں میں سفر کرتے ہیں۔ وہ آپ کے چہرے کو اس طرح دکھاتے ہیں جیسے یہ آئینے سے "دیکھا" جاتا ہے، اس ذہنی ادراک کے مطابق نہیں جو آپ اندر سے باہر دیکھتے ہیں۔ آپ کا اصلی دایاں ہاتھ دونوں طرف بڑھا ہوا ہے اور اس ہاتھ کا عکس ایک ہی کمپاس سمت میں اشارہ کر رہا ہے۔ آپ کی ٹی شرٹ پر حروف اسی وجہ سے الٹے نظر آتے ہیں جس کی وجہ سے نام "کوانٹا" پلٹ جاتا ہے، جیسا کہ "کوانٹا" اگر آپ نے اسے اپنی انگلی سے کسی ٹھنڈے کھڑکی پر لکھا اور پھر اسے دیکھنے کے لیے باہر گئے۔

اب تصور کریں کہ ونڈو پین آپ کی جلد کی 2D سطح ہے۔ آپ کی جلد پر ٹچ ریسیپٹرز کے لیے آپ کے دماغ میں موجود عصبی نقشہ اسی طرح آپ کی جلد پر باہر سے دبائی گئی تحریر کی سمت بندی کو پلٹائے گا۔ نقطہ یہ ہے کہ مختلف نقطہ نظر سے نقشہ سازی، اور خاص طور پر 3D سے ایک دو طرفہ ہم آہنگی والے جہاز پر، کچھ اہم ٹاپولوجیکل مسائل کا تعین کرتا ہے۔

اس کو بہتر طور پر سمجھنے کے لیے، آئیے دماغ اور جسم کو دو متوازی طیاروں کے طور پر تصور کریں۔ کوئی ایک دھاگے کو براہ راست جسم کے ہوائی جہاز کے ایک نقطہ سے دماغ کے طیارے کے متعلقہ نقطہ تک سلائی کر سکتا ہے۔ اسی طرح، دوسرا دھاگہ پہلے دھاگے کو عبور کیے بغیر پوائنٹس کے دوسرے جوڑے کے درمیان براہ راست چلایا جا سکتا ہے۔ لیکن حقیقی زندگی میں، دماغ ایک تین جہتی ڈھانچہ ہے، جس میں نامیاتی شکلیں اور ایک انتہائی تہہ شدہ دماغی پرانتستا ہے؛ ہمارا جسم اسی طرح تین جہتی ہے۔

وہ تیسری جہت ہر چیز کو بدل دیتی ہے۔ ہمارے دماغ میں 2D نقشوں میں سہ جہتی کو متعارف کرانے کا آسان ترین طریقہ یہ ہے کہ "جسم" کے ہوائی جہاز کے کناروں کو 90 ڈگری پر جوڑ دیا جائے، جو آپ کے سینے کی جلد کی نمائندگی کرتا ہے (مثال کے طور پر) آپ کی پسلی کے پنجرے کے اطراف میں جوڑ دی گئی ہے۔ دماغی پرانتستا میں تہہ وہاں بھی ایک تیسری جہت متعارف کراتے ہیں۔ اب، چونکہ ریشوں کو درمیانی لکیر سے گزرنا چاہیے، کیونکہ ہمارے جسم کا مرکزی اعصابی نظام اسی جگہ سے چلتا ہے، اس لیے دونوں ریشے آپس میں عبور ہو جاتے ہیں۔

کیا ہوگا اگر دماغ اور جسم کی نمائندگی کرنے والے دو جہتی طیاروں کو مخالف سمتوں میں آئینے کی تصویر کے طور پر جوڑ دیا جائے اور بغیر کسی کراس شدہ راستوں کے پوائنٹ ٹو پوائنٹ کو جوڑا جائے؟

افقی x اور y جسم اور دماغ کے جسم کے نقشے دونوں کے محور ایک ہی سمت کو برقرار رکھیں گے، لیکن ان کی عمودی سمتیں متضاد ہوں گی۔ z محور نقشوں میں فولڈ وہ چیز تخلیق کرتے ہیں جسے ریاضی کی اصطلاح میں جیومیٹرک یکسانیت کہا جاتا ہے - وہ جگہیں جہاں پراپرٹی مختلف ہو جاتی ہے یا غیر متعین ہو جاتی ہے۔

سمجھی جانے والی دنیا کی جیومیٹری میں اس تبدیلی کا مطلب یہ ہے کہ ہمارے عصبی رابطوں کو غیر کراس رکھنے کی قیمت بہت زیادہ ہوگی۔ اپنے جسم پر رینگنے والی چیونٹی کی تصویر بنائیں۔ جب چیونٹی آپ کے سینے کو رینگتی ہے اور پھر آپ کے کندھے تک جاتی ہے تو اس احساس کو محسوس کرنے کے لیے، آپ کے دماغ کو ایک سومیٹوٹوپک نقشے سے دوسرے نقشے پر تبدیل کرنا پڑے گا z- محور کی سمت بندی۔ 3D جگہ کے بارے میں آپ کا تصور الٹا ہو گا۔ ایک مرکزی کنٹرول یا سنسنی خیز نیٹ ورک اس طرح واقفیت کو تبدیل کرنے کی ضرورت سے پریشان ہو جائے گا۔

اس تجرید کو تصور کرنا مشکل ہو سکتا ہے، اس لیے آئیے مزید ٹھوس مثال آزماتے ہیں۔ تصور کریں کہ شیشے کے دو چھوٹے پین دائیں زاویوں پر رکھے گئے ہیں، جن میں ایک سیدھا اور ایک فلیٹ ہے، جن پر "سامنے" اور "نیچے" کے لیبل لگے ہوئے ہیں۔ آپ کی انگلی کے پیڈ کو "سامنے" کے پچھلے حصے پر دبایا جاتا ہے تاکہ یہ کھدائی ہوئی حروف کو محسوس کر سکے۔ ہم تصور کر سکتے ہیں کہ انگلی کے ذریعے دماغ کے تاثرات کے نقشے کی نمائندگی کیسے کی جائے: اگر انگلیوں اور دماغ کے درمیان رابطہ آپس میں نہیں ٹوٹتا ہے، تو اوپر بیان کردہ وجوہات کی بناء پر سمجھا جانے والا "سامنے" کا لیبل اوپر سے نیچے پلٹ جائے گا۔

اب تصور کریں کہ آپ کی انگلی نیچے کی طرف گھومتی ہے اس کے بجائے نیچے والے پین کے خلاف دبائے۔ انگلی کا جسمانی ماحول بالکل نہیں بدلا ہے، لیکن تاثرات کا نقشہ ہے: اب "نیچے" کا لیبل پلٹ گیا ہے اور "سامنے" کا لیبل نہیں ہے۔

زیادہ قریب سے دیکھو، اگرچہ، دو تصور کے نقشوں پر. آپ صرف ایک کو دوسرے میں تبدیل کرنے کے لیے نہیں گھما سکتے، حالانکہ ایک چھوٹی سی جسمانی گردش انگلی نے ہی کی ہے۔ اس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ اعصابی نظام کے لیے غیر کراس شدہ رابطوں کو برقرار رکھنے کے لیے، دماغ کو جسم کے اعضاء کی حرکت کے دوران اپنے جسم کے نقشوں کے ایک محور کو پلٹتے رہنا ہوگا، جو کہ ناممکن طور پر پیچیدہ ہوگا۔

اگرچہ وائرنگ کے اس مسئلے کے بہت سارے حل موجود ہیں، لیکن سب سے خوبصورت یہ ہے کہ دماغ اور جسم کے درمیان وائرنگ کے دو دو طرفہ ہم آہنگی والے نظام ہوں، جس میں جسم کے ہر ایک طرف سے درمیانی لکیر کو عبور کیا جائے۔

اب، یہ سب ریاضیاتی طور پر سمجھ میں آتا ہے، لیکن یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ ہم یقینی طور پر نہیں جانتے کہ واقعی یہی وجہ ہے کہ ہمارے دماغ اور جسم اسی طرح جڑے ہوئے ہیں۔ اس دلچسپ سوال پر حیاتیاتی تحقیق بہت کم ہے۔ آسان ڈاج اکثر سننے میں آتا ہے کہ سائنسی طریقہ ہمیں بتاتا ہے "کیا،" نہیں "کیوں"۔ لیکن یہ وضاحت درست ہے یا نہیں، یہ اس بات کی ایک مثال ہے کہ ہم بعض اوقات اپنے حوالہ کے فریم کو تبدیل کرکے پائیدار حیاتیاتی پہیلیاں کیسے حل کر سکتے ہیں۔