वैज्ञानिक माउस मस्तिष्क के एक धब्बे में मील के मील का नक्शा बनाते हैं

मानव मस्तिष्क इतना जटिल है कि वैज्ञानिक दिमाग में एक कठिन समय होता है। तंत्रिका ऊतक का एक टुकड़ा रेत के एक अनाज के आकार को सैकड़ों हजारों कोशिकाओं के साथ पैक किया जा सकता है जो तारों के मील से एक साथ जुड़े हुए हैं। 1979 में, नोबेल-पुरस्कार विजेता वैज्ञानिक, फ्रांसिस क्रिक ने निष्कर्ष निकाला कि मस्तिष्क के पदार्थ के सिर्फ एक क्यूबिक मिलीमीटर में शरीर रचना और गतिविधि हमेशा हमारी समझ से अधिक हो जाएगी।

“यह असंभव के लिए पूछने का कोई फायदा नहीं है,” डॉ। क्रिक लिखा।

चालीस साल बाद, 100 से अधिक वैज्ञानिकों की एक टीम ने सेलुलर गतिविधि को रिकॉर्ड करके और एक माउस के मस्तिष्क के क्यूबिक मिलीमीटर में संरचना को मैप करने के लिए, उस असंभव को हासिल किया है-इसकी पूरी मात्रा का एक प्रतिशत से भी कम। इस उपलब्धि को पूरा करने में, उन्होंने 1.6 पेटबाइट्स डेटा-22 साल के नॉनस्टॉप हाई-डेफिनिशन वीडियो के बराबर किया।

“यह एक मील का पत्थर है,” डेवी बॉक ने कहा, वर्मोंट विश्वविद्यालय में एक न्यूरोसाइंटिस्ट जो इसमें शामिल नहीं था द स्टडीजो बुधवार को नेचर जर्नल में प्रकाशित किया गया था। डॉ। बॉक ने कहा कि जिन अग्रिमों ने मस्तिष्क के एक क्यूबिक मिलीमीटर को चार्ट करना संभव बना दिया, वे एक नए लक्ष्य के लिए अच्छी तरह से चली आ रही थीं: एक माउस के पूरे मस्तिष्क के वायरिंग को मैप करना।

“यह पूरी तरह से उल्लेखनीय है, और मुझे लगता है कि यह करने लायक है,” उन्होंने कहा।

130 से अधिक वर्ष स्पेनिश न्यूरोसाइंटिस्ट सैंटियागो रामोन वाई काजल ने पहले एक माइक्रोस्कोप के तहत अलग -अलग न्यूरॉन्स की जासूसी की है, क्योंकि उनके अजीबोगरीब शाखाओं वाले आकृतियों को बाहर कर दिया गया है। बाद में वैज्ञानिकों की पीढ़ियों ने कई विवरणों पर काम किया कि कैसे एक न्यूरॉन एक लंबी भुजा के नीचे वोल्टेज का एक स्पाइक भेजता है, जिसे एक अक्षतंतु कहा जाता है। प्रत्येक अक्षतंतु पड़ोसी न्यूरॉन्स के छोटे शाखाओं, या डेंड्राइट्स के साथ संपर्क बनाता है। कुछ न्यूरॉन्स अपने पड़ोसियों को अपने स्वयं के वोल्टेज स्पाइक्स में फायरिंग में उत्साहित करते हैं। कुछ शांत अन्य न्यूरॉन्स।

मानव विचार किसी तरह उत्तेजना और निषेध के इस मिश्रण से निकलता है। लेकिन यह कैसे होता है यह एक जबरदस्त रहस्य बना हुआ है, बड़े पैमाने पर क्योंकि वैज्ञानिक एक समय में केवल कुछ न्यूरॉन्स का अध्ययन करने में सक्षम हैं।

हाल के दशकों में, तकनीकी प्रगति ने वैज्ञानिकों को अपनी संपूर्णता में दिमाग की मैपिंग शुरू करने की अनुमति दी है। 1986 में, ब्रिटिश शोधकर्ता प्रकाशित एक छोटे कीड़े की सर्किटरी, 302 न्यूरॉन्स से बना है। बाद के वर्षों में, शोधकर्ताओं ने बड़े दिमागों को चार्ट किया, जैसे कि एक मक्खी के मस्तिष्क में 140,000 न्यूरॉन्स।

क्या डॉ। क्रिक का असंभव सपना सब संभव हो सकता है? 2016 में, अमेरिकी सरकार शुरू हुई $ 100 मिलियन का प्रयास एक माउस मस्तिष्क के एक क्यूबिक मिलीमीटर को स्कैन करने के लिए। प्रोजेक्ट – जिसे कॉर्टिकल नेटवर्क्स, या माइक्रोन से मशीन इंटेलिजेंस कहा जाता है – का नेतृत्व एलेन इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन साइंस, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी और बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन के वैज्ञानिकों ने किया था।

शोधकर्ताओं ने माउस मस्तिष्क के एक हिस्से पर शून्य कर दिया जो आंखों से संकेत प्राप्त करता है और पुनर्निर्माण करता है कि जानवर क्या देखता है। शोध के पहले चरण में, टीम ने उस क्षेत्र में न्यूरॉन्स की गतिविधि को रिकॉर्ड किया क्योंकि इसने विभिन्न परिदृश्यों के एक माउस वीडियो दिखाए।

शोधकर्ताओं ने तब माउस मस्तिष्क को विच्छेदित किया और क्यूबिक मिलीमीटर को सख्त रसायनों के साथ डुबो दिया। फिर उन्होंने ऊतक के ब्लॉक से 28,000 स्लाइस मुंडवाए, प्रत्येक की एक छवि को कैप्चर किया। कंप्यूटर को प्रत्येक स्लाइस में कोशिकाओं की रूपरेखा को पहचानने और स्लाइस को तीन-आयामी आकृतियों में एक साथ जोड़ने के लिए प्रशिक्षित किया गया था। सभी ने बताया, टीम ने 523 मिलियन तंत्रिका कनेक्शन के साथ 200,000 न्यूरॉन्स और अन्य प्रकार की मस्तिष्क कोशिकाओं को चार्ट किया।

नूनो दा कोस्टा के लिए, एलन इंस्टीट्यूट में एक जीवविज्ञानी और परियोजना के नेताओं में से एक, बस अपने कंप्यूटर स्क्रीन पर कोशिकाओं को आकार लेते हुए देखना लुभावनी था। “ये न्यूरॉन्स बिल्कुल आश्चर्यजनक हैं – यह मुझे खुशी देता है,” उन्होंने कहा।

यह समझने के लिए कि न्यूरॉन्स के इस जाल ने कैसे काम किया, डॉ। डा कोस्टा और उनके सहयोगियों ने उस गतिविधि को मैप किया जो माउस को वीडियो देखने पर दर्ज किया गया था।

“कल्पना कीजिए कि आप एक ऐसी पार्टी में आते हैं जिसमें 80,000 लोग हैं, और आप हर बातचीत के बारे में जानते हो सकते हैं, लेकिन आप नहीं जानते कि कौन किससे बात कर रहा है,” डॉ। डा कोस्टा ने कहा। “और अब कल्पना करें कि आपके पास यह जानने का एक तरीका है कि कौन किससे बात कर रहा है, लेकिन आपको पता नहीं है कि वे क्या कह रहे हैं। यदि आपके पास ये दो चीजें हैं, तो आप पार्टी में क्या हो रहा है, इसके बारे में एक बेहतर कहानी बता सकते हैं।”

डेटा का विश्लेषण करते हुए, शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क की वायरिंग में पैटर्न की खोज की जो अब तक नोटिस से बच गई थी। उदाहरण के लिए, उन्होंने अलग -अलग प्रकार के निरोधात्मक न्यूरॉन्स की पहचान की, जो केवल कुछ अन्य प्रकार के न्यूरॉन्स से लिंक करते हैं।

“जब आप मस्तिष्क का अध्ययन करने में जाते हैं, तो यह एक तरह से निराशाजनक लगता है – बस बहुत सारे कनेक्शन और इतनी जटिलता हैं,” हार्वर्ड के एक बायोफिज़िकिस्ट मारिएला पेटकोवा ने कहा, जो माइक्रोन परियोजना में शामिल नहीं था। “वायरिंग नियम ढूंढना एक जीत है। मस्तिष्क लोगों की तुलना में बहुत कम गड़बड़ है,” उसने कहा।

माइक्रोन शोधकर्ताओं में से कई अब एक पर पिच कर रहे हैं बड़ा प्रोजेक्ट: एक पूरे माउस के मस्तिष्क की मैपिंग। 500 क्यूबिक मिलीमीटर की मात्रा के साथ, एक पूर्ण मस्तिष्क को वर्तमान तरीकों के साथ चार्ट में दशकों या सदियों लगेंगे। एक दशक में परियोजना को पूरा करने के लिए वैज्ञानिकों को अतिरिक्त चालें ढूंढनी होंगी।

कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के एक न्यूरोसाइंटिस्ट ग्रेगरी जेफेरिस ने कहा, “उन्हें यहां पहुंचने के लिए पहले से ही वीर है।” “लेकिन हमें अभी भी चढ़ाई करने के लिए एक पहाड़ मिला है।”

एलेन इंस्टीट्यूट में माइक्रोन प्रोजेक्ट के सदस्य फॉरेस्ट कोलमैन आशावादी हैं। उन्होंने और उनके सहयोगियों ने हाल ही में पता लगाया कि कैसे पूरे माउस मस्तिष्क से सूक्ष्म रूप से पतले खंड बनाते हैं। “इनमें से कुछ बाधाएं गिरने लगी हैं,” डॉ। कोलमैन ने कहा।

लेकिन हमारा अपना मस्तिष्क, जो एक माउस की तुलना में लगभग एक हजार गुना बड़ा है, एक बहुत बड़ी चुनौती प्रस्तुत करता है, उन्होंने कहा। “मानव मस्तिष्क अभी महसूस करता है कि क्या संभव है की सीमा के बाहर,” उन्होंने कहा। “हम जल्द ही कभी भी वहां नहीं जा रहे हैं।”

लेकिन सेबस्टियन सेउंग, प्रिंसटन के एक न्यूरोसाइंटिस्ट और माइक्रोन प्रोजेक्ट के एक सदस्य, ने कहा कि माउस दिमाग और मानव दिमाग समान हैं कि शोधकर्ता सुराग कर सकते हैं जो उन्हें हानिकारक दुष्प्रभावों के बिना मनोवैज्ञानिक विकारों का प्रभावी ढंग से इलाज करने के लिए दवाओं को खोजने में मदद कर सकते हैं।

डॉ। सेउंग ने कहा, “तंत्रिका तंत्र में हेरफेर करने के हमारे मौजूदा तरीके अविश्वसनीय रूप से कुंद उपकरण हैं।” “आप एक दवा में डालते हैं, और यह हर जगह जाता है,” उन्होंने कहा। “लेकिन वास्तव में एक सेल प्रकार में पहुंचने और हेरफेर करने में सक्षम होने के नाते – यह सटीक है।”

पूरे माउस मस्तिष्क को मैप करने के प्रयास हैं का समर्थन किया ब्रेन इनिशिएटिव नामक एक लंबे समय से चल रहे नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ प्रोग्राम से फंडिंग करके। लेकिन प्रयास का भविष्य अनिश्चित है। पिछले साल, कांग्रेस ने ब्रेन इनिशिएटिव को फंडिंग में कटौती की 40 प्रतिशतऔर पिछले महीने राष्ट्रपति ट्रम्प ने एक बिल कटिंग समर्थन पर एक और 20 प्रतिशत पर हस्ताक्षर किए।

डॉ। बॉक ने कहा कि माइक्रोन जैसे ब्रेन-मैपिंग के प्रयासों में वर्षों लगते हैं, आंशिक रूप से क्योंकि उन्हें रास्ते में नई तकनीकों और सॉफ्टवेयर के आविष्कार की आवश्यकता होती है।

डॉ। बॉक ने कहा, “हमें इन दीर्घकालिक लक्ष्यों को महसूस करने के लिए विज्ञान के वित्तपोषण की निरंतरता और भविष्यवाणी की आवश्यकता है।”