आपके मस्तिष्क में एक महासागर: हम सूचनाओं को कैसे संसाधित करते हैं, इसके लिए मस्तिष्क तरंगों की परस्पर क्रिया: वैज्ञानिक बताते हैं कि एक ही चीज़ को अलग-अलग परिस्थितियों में देखने के लिए मस्तिष्क कैसे अलग-अलग प्रतिक्रिया करता है

वर्षों से, मस्तिष्क को एक जैविक कंप्यूटर के रूप में माना जाता है जो पारंपरिक सर्किट के माध्यम से सूचनाओं को संसाधित करता है, जिससे डेटा सीधे एक सेल से दूसरे सेल में जाता है। जबकि वह मॉडल अभी भी सटीक है, साल्क प्रोफेसर थॉमस अलब्राइट और स्टाफ वैज्ञानिक सर्गेई गेप्शेटिन के नेतृत्व में एक नए अध्ययन से पता चलता है कि एक दूसरा, बहुत अलग तरीका भी है जिससे मस्तिष्क जानकारी को पार करता है: तंत्रिका गतिविधि की तरंगों की बातचीत के माध्यम से। निष्कर्ष, में प्रकाशित विज्ञान प्रगति 22 अप्रैल, 2022 को, शोधकर्ताओं को यह बेहतर ढंग से समझने में मदद करें कि मस्तिष्क सूचनाओं को कैसे संसाधित करता है।

“अब हमें एक नई समझ है कि मस्तिष्क की कम्प्यूटेशनल मशीनरी कैसे काम कर रही है,” अलब्राइट कहते हैं, विजन रिसर्च में कॉनराड टी। प्रीबिस चेयर और साल्क के विजन सेंटर प्रयोगशाला के निदेशक। “मॉडल यह समझाने में मदद करता है कि मस्तिष्क की अंतर्निहित स्थिति कैसे बदल सकती है, जिससे लोगों का ध्यान, ध्यान या जानकारी संसाधित करने की क्षमता प्रभावित होती है।”

शोधकर्ताओं ने लंबे समय से जाना है कि नींद और जागने दोनों के दौरान मस्तिष्क में विद्युत गतिविधि की तरंगें मौजूद होती हैं। लेकिन अंतर्निहित सिद्धांतों के बारे में कि मस्तिष्क कैसे सूचनाओं को संसाधित करता है – विशेष रूप से संवेदी जानकारी, जैसे कि प्रकाश की दृष्टि या घंटी की आवाज़ – विशेष मस्तिष्क कोशिकाओं द्वारा खोजी जा रही जानकारी के इर्द-गिर्द घूमती है और फिर एक न्यूरॉन से दूसरे न्यूरॉन की तरह बंद हो जाती है। रिले।

हालांकि, मस्तिष्क का यह पारंपरिक मॉडल यह नहीं समझा सका कि एक ही संवेदी कोशिका अलग-अलग परिस्थितियों में एक ही चीज़ पर इतनी अलग तरह से कैसे प्रतिक्रिया कर सकती है। उदाहरण के लिए, जब कोई जानवर विशेष रूप से सतर्क होता है, तो प्रकाश की एक त्वरित फ्लैश के जवाब में एक सेल सक्रिय हो सकता है, लेकिन उसी प्रकाश की प्रतिक्रिया में निष्क्रिय रहेगा यदि जानवर का ध्यान किसी और चीज़ पर केंद्रित है।

Gepshtein भौतिकी और रसायन विज्ञान में तरंग-कण द्वैत की नई समझ की तुलना करता है – यह विचार कि प्रकाश और पदार्थ में कणों और तरंगों दोनों के गुण होते हैं। कुछ स्थितियों में, प्रकाश ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि वह एक कण हो (जिसे फोटान भी कहा जाता है)। अन्य स्थितियों में, यह ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि यह एक लहर हो। कण एक विशिष्ट स्थान तक सीमित होते हैं, और तरंगें कई स्थानों पर वितरित की जाती हैं। इसके जटिल व्यवहार को समझाने के लिए प्रकाश के दोनों दृष्टिकोण आवश्यक हैं।

“मस्तिष्क समारोह का पारंपरिक दृष्टिकोण मस्तिष्क की गतिविधि को न्यूरॉन्स की बातचीत के रूप में वर्णित करता है। चूंकि प्रत्येक न्यूरॉन एक विशिष्ट स्थान तक ही सीमित है, इसलिए यह दृश्य एक कण के रूप में प्रकाश के वर्णन के समान है, ”साल्क्स कोलैबोरेटरी फॉर एडेप्टिव सेंसरी टेक्नोलॉजीज के निदेशक गेप्शेटिन कहते हैं। “हमने पाया है कि कुछ स्थितियों में, मस्तिष्क गतिविधि को तरंगों की बातचीत के रूप में बेहतर ढंग से वर्णित किया जाता है, जो कि तरंग के रूप में प्रकाश के वर्णन के समान है। मस्तिष्क को समझने के लिए दोनों दृष्टियों की आवश्यकता होती है।”

मस्तिष्क के लिए “कण” दृष्टिकोण को देखते हुए अतीत में देखे गए कुछ संवेदी कोशिका गुणों की व्याख्या करना आसान नहीं था। नए अध्ययन में, टीम ने एक पशु मॉडल में 139 न्यूरॉन्स की गतिविधि को बेहतर ढंग से समझने के लिए देखा कि कैसे कोशिकाएं दृश्य जानकारी के प्रति अपनी प्रतिक्रिया का समन्वय करती हैं। लॉफबोरो विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी सर्गेई सेवेल’व के सहयोग से, उन्होंने न्यूरॉन्स की गतिविधि की व्याख्या करने और नई घटनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए एक गणितीय रूपरेखा तैयार की।

उन्होंने पाया कि न्यूरॉन्स कैसे व्यवहार कर रहे थे, यह समझाने का सबसे अच्छा तरीका व्यक्तिगत न्यूरॉन्स की बातचीत के बजाय गतिविधि की सूक्ष्म तरंगों की बातचीत के माध्यम से था। विशेष संवेदी कोशिकाओं को सक्रिय करने वाले प्रकाश के एक फ्लैश के बजाय, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि यह कैसे वितरित पैटर्न बनाता है: कई पड़ोसी कोशिकाओं में गतिविधि की तरंगें, बारी-बारी से चोटियों और सक्रियण के गर्त के साथ – जैसे समुद्र की लहरें।

जब ये तरंगें मस्तिष्क में विभिन्न स्थानों पर एक साथ उत्पन्न हो रही होती हैं, तो वे अनिवार्य रूप से एक दूसरे से टकराती हैं। यदि गतिविधि के दो शिखर मिलते हैं, तो वे और भी अधिक गतिविधि उत्पन्न करते हैं, जबकि यदि निम्न गतिविधि का गर्त शिखर से मिलता है, तो यह इसे रद्द कर सकता है। इस प्रक्रिया को तरंग हस्तक्षेप कहा जाता है।

अलब्राइट कहते हैं, “जब आप दुनिया में होते हैं, तो कई, कई इनपुट होते हैं और इसलिए ये सभी अलग-अलग तरंगें उत्पन्न होती हैं।” “आपके आस-पास की दुनिया के लिए मस्तिष्क की शुद्ध प्रतिक्रिया का यह संबंध है कि ये सभी तरंगें कैसे परस्पर क्रिया करती हैं।”

मस्तिष्क में तंत्रिका तरंगें कैसे होती हैं, इसके गणितीय मॉडल का परीक्षण करने के लिए, टीम ने एक साथ दृश्य प्रयोग तैयार किया। दो लोगों को एक स्क्रीन पर स्थित एक पतली फीकी रेखा (“जांच”) का पता लगाने के लिए कहा गया था और अन्य प्रकाश पैटर्न से घिरा हुआ था। शोधकर्ताओं ने पाया कि लोगों ने इस कार्य को कितनी अच्छी तरह से किया, यह इस बात पर निर्भर करता है कि जांच कहां हुई थी। जांच का पता लगाने की क्षमता को कुछ स्थानों पर ऊंचा किया गया और अन्य स्थानों पर दब गया, जिससे मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई एक स्थानिक लहर बन गई।

“हर स्थान पर इस जांच को देखने की आपकी क्षमता इस बात पर निर्भर करेगी कि उस स्थान पर तंत्रिका तरंगें कैसे सुपरइम्पोज़ करती हैं,” गेप्शेटिन कहते हैं, जो साल्क सेंटर फॉर द न्यूरोबायोलॉजी ऑफ़ विज़न के सदस्य भी हैं। “और हमने अब प्रस्तावित किया है कि मस्तिष्क कैसे मध्यस्थता करता है।”

इस ऑप्टिकल भ्रम की व्याख्या करने की तुलना में तंत्रिका तरंगें कैसे परस्पर क्रिया करती हैं, इसकी खोज कहीं अधिक दूरगामी है। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि एक ही प्रकार की तरंगें उत्पन्न हो रही हैं – और एक दूसरे के साथ बातचीत कर रहे हैं – मस्तिष्क के प्रांतस्था के हर हिस्से में, न केवल दृश्य जानकारी के विश्लेषण के लिए जिम्मेदार हिस्सा। इसका अर्थ है कि मस्तिष्क द्वारा उत्पन्न तरंगें, वातावरण में सूक्ष्म संकेतों या आंतरिक मनोदशाओं द्वारा, संवेदी आदानों द्वारा उत्पन्न तरंगों को बदल सकती हैं।

यह समझा सकता है कि मस्तिष्क की प्रतिक्रिया दिन-प्रतिदिन कैसे बदल सकती है, शोधकर्ताओं का कहना है।

पेपर के अतिरिक्त सह-लेखकों में साल्क के अंबरीश पवार और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के सुनवू क्वोन शामिल हैं।

इस काम को सैल्क इंस्टीट्यूट के स्लोअन-स्वार्ट्ज सेंटर फॉर थियोरेटिकल न्यूरोबायोलॉजी, कावली इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन एंड माइंड, कॉनराड टी। प्रीबिस फाउंडेशन, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (R01-EY018613, R01-EY029117) और इंजीनियरिंग द्वारा आंशिक रूप से समर्थन दिया गया था। और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद (EP / S032843 / 1)।

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