मस्तिष्क मानचित्र मोटर फ़ंक्शन के पीछे न्यूरोनल कनेक्टिविटी को स्पष्ट करता है: अध्ययन

टेनेसी [यूएस]: मस्तिष्क से मोटर न्यूरॉन्स तक भेजे गए संकेतों द्वारा मांसपेशियों की गति सक्षम होती है; हालाँकि, ये आवेग अक्सर अपने लक्ष्य तक पहुँचने से पहले स्पाइनल इंटरन्यूरॉन से होकर गुजरते हैं। मस्तिष्क और “स्विचबोर्ड ऑपरेटर” कोशिकाओं के इस अत्यधिक विविध समूह को कैसे जोड़ा जाता है, यह अच्छी तरह से समझा नहीं गया है।

इसका समाधान करने के लिए, सेंट जूड चिल्ड्रन रिसर्च हॉस्पिटल के शोधकर्ताओं ने एक संपूर्ण-मस्तिष्क एटलस विकसित किया, जो मस्तिष्क के उन क्षेत्रों को दर्शाता है जो V1 इंटरन्यूरॉन को सीधे इनपुट संचारित करते हैं, जो गति के लिए आवश्यक एक प्रकार की कोशिका है। परिणामी एटलस और संबंधित त्रि-आयामी इंटरैक्टिव वेबसाइट तंत्रिका तंत्र के भौतिक परिदृश्य और मस्तिष्क रीढ़ के साथ कैसे संचार करता है, इसके बारे में अधिक जानने के लिए एक आधार प्रदान करती है। परिणाम आज न्यूरॉन में रिपोर्ट किए गए “हम दशकों से जानते हैं कि मोटर सिस्टम एक वितरित नेटवर्क है, लेकिन अंतिम आउटपुट रीढ़ की हड्डी के माध्यम से होता है,” सेंट जूड डिपार्टमेंट ऑफ़ डेवलपमेंटल न्यूरोबायोलॉजी के संबंधित लेखक जे बिकॉफ, पीएचडी ने कहा। “वहाँ, आपके पास मोटर न्यूरॉन्स हैं जो मांसपेशियों में संकुचन का कारण बनते हैं, लेकिन मोटर न्यूरॉन्स अलग-अलग काम नहीं करते हैं। उनकी गतिविधि आणविक और कार्यात्मक रूप से विविध इंटरन्यूरॉन के नेटवर्क द्वारा गढ़ी जाती है।”

जबकि यह समझने में बहुत बड़ी छलांग लगाई गई है कि मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्र मोटर नियंत्रण के विभिन्न पहलुओं से कैसे संबंधित हैं, वास्तव में ये क्षेत्र रीढ़ की हड्डी में विशिष्ट न्यूरॉन्स से कैसे जुड़ते हैं, यह क्षेत्र में एक अंधा स्थान रहा है।

इंटरन्यूरॉन का अध्ययन करना मुश्किल है, मुख्यतः क्योंकि वे सैकड़ों अलग-अलग, परस्पर मिश्रित किस्मों में आते हैं। “यह क्रिसमस लाइट्स की एक गेंद को खोलने जैसा है, सिवाय इसके कि यह अधिक चुनौतीपूर्ण है क्योंकि हम जो जानने की कोशिश कर रहे हैं वह 3 बिलियन से अधिक वर्षों के विकास का परिणाम है”, सह-प्रथम लेखक आनंद कुलकर्णी, पीएचडी ने कहा।

हाल ही में हुई प्रगति ने आणविक और विकासात्मक रूप से अलग-अलग इंटरन्यूरॉन उपवर्गों के अस्तित्व को प्रदर्शित किया है, लेकिन तंत्रिका संचार के भीतर उनके स्थान के बारे में अभी भी बहुत कुछ अज्ञात है। बिकॉफ ने कहा, “अवरोही मोटर प्रणालियों के सेलुलर लक्ष्यों को परिभाषित करना आंदोलन और व्यवहार के तंत्रिका नियंत्रण को समझने के लिए मौलिक है।” “हमें यह जानने की आवश्यकता है कि मस्तिष्क इन संकेतों को कैसे संप्रेषित कर रहा है।” मस्तिष्क को रीढ़ की हड्डी से जोड़ने वाले परिपथों को विच्छेदित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने रेबीज वायरस के आनुवंशिक रूप से संशोधित संस्करण का उपयोग किया, जिसमें इसकी सतह से एक महत्वपूर्ण प्रोटीन, ग्लाइकोप्रोटीन गायब है। इसने वायरस की न्यूरॉन्स के बीच फैलने की क्षमता को बाधित कर दिया। इसने वायरस को मूल रूप से उसके मूल में ही फँसा दिया। इस ग्लाइकोप्रोटीन को इंटरन्यूरॉन की एक विशिष्ट आबादी में फिर से पेश करके, वायरस फिर से फंसने से पहले सिनेप्स में एक बार छलांग लगा सकता है। शोधकर्ताओं ने वायरस को ट्रैक करने के लिए एक फ्लोरोसेंट टैग का उपयोग किया। वायरस के अंत को ट्रैक करके, शोधकर्ता यह पता लगा सकते थे कि मस्तिष्क के कौन से क्षेत्र इन इंटरन्यूरॉन से जुड़े थे।

3D मानचित्र शोधकर्ताओं को कनेक्शन को देखने की अनुमति देता है: शोधकर्ताओं ने इस दृष्टिकोण को V1 इंटरन्यूरॉन नामक इंटरन्यूरॉन के एक वर्ग पर लागू किया, जो पहले मोटर आउटपुट को आकार देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते थे। इस कार्य ने उन्हें इन इंटरन्यूरॉन द्वारा मस्तिष्क में वापस प्राप्त कई संकेतों की उत्पत्ति का सटीक रूप से पता लगाने की अनुमति दी। बिकॉफ ने कहा, “हम केवल V1 इंटरन्यूरॉन को लक्षित कर रहे हैं, लेकिन ये वास्तव में न्यूरॉन्स का एक अत्यधिक विषम समूह हैं, इसलिए हमने सोचा, ‘चलो जितना संभव हो सके उतने V1 को लक्षित करें और देखें कि उन पर क्या प्रोजेक्ट हो रहा है।'” शोधकर्ताओं ने इन न्यूरॉन्स को देखने और एक त्रि-आयामी संदर्भ एटलस बनाने के लिए सीरियल टू-फोटोन टोमोग्राफी का सहारा लिया। यह तकनीक मस्तिष्क को सैकड़ों माइक्रोन-मोटे खंडों में प्रस्तुत करती है, जिससे फ्लोरोसेंटली लेबल वाले न्यूरॉन्स का पता चलता है।

एटलस ने शोधकर्ताओं को उस नेटवर्क के बारे में सटीक भविष्यवाणियां करने की अनुमति दी जो विभिन्न मस्तिष्क संरचनाओं को रीढ़ की हड्डी और इंटरन्यूरॉन से जोड़ता है, जिसके साथ वे बातचीत करते हैं। यह पहचानना कि ये संरचनाएं रीढ़ की हड्डी से कैसे जुड़ती हैं, शोधकर्ताओं को गति को नियंत्रित करने वाले तंत्रिका सर्किट की आगे की जांच करने की अनुमति देता है, और साथ में दिया गया वेब एटलस यह सुनिश्चित करेगा कि डेटा सभी के लिए स्वतंत्र रूप से सुलभ हो। बिकॉफ ने बताया, “हम समझते हैं कि व्यवहारिक दृष्टिकोण से पहचाने गए मस्तिष्क के कुछ क्षेत्र क्या करते हैं, लेकिन अब हम इस बारे में परिकल्पना कर सकते हैं कि ये प्रभाव किस प्रकार मध्यस्थ होते हैं और V1 इंटरन्यूरॉन्स की क्या भूमिका हो सकती है। परिकल्पना-उत्पादक इंजन के रूप में यह क्षेत्र के लिए बहुत उपयोगी होगा।”

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