मानव मस्तिष्क में लगभग 86 अरब न्यूरॉन्स होते हैं, और दशकों से वैज्ञानिकों ने माना है कि ये कोशिकाएं स्मृति और अनुभूति की प्राथमिक चालक हैं। हालाँकि, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के शोधकर्ताओं के एक नए अध्ययन से पता चलता है कि एक अन्य प्रकार की मस्तिष्क कोशिका, जिसे लंबे समय से सहायक ऊतक से थोड़ा अधिक माना जाता है, पहले की तुलना में बहुत बड़ी भूमिका निभा सकती है। शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि एस्ट्रोसाइट्स, पूरे मस्तिष्क में पाई जाने वाली तारे के आकार की कोशिकाएं, मस्तिष्क की उल्लेखनीय स्मृति क्षमता को समझाने और स्मृति भंडारण के पारंपरिक सिद्धांतों में पाई जाने वाली सीमाओं को दूर करने में मदद कर सकती हैं। निष्कर्ष जर्नल प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज में प्रकाशित हुए थे।
एमआईटी वैज्ञानिक मस्तिष्क की सहायक कोशिकाओं पर पुनर्विचार क्यों कर रहे हैं?
एस्ट्रोसाइट्स मानव मस्तिष्क में सबसे प्रचुर कोशिकाओं में से हैं, जिनकी संख्या लगभग न्यूरॉन्स से मेल खाती है। उनकी व्यापकता के बावजूद, उन्हें पारंपरिक रूप से मस्तिष्क के वातावरण को बनाए रखने और सूचनाओं को सक्रिय रूप से संसाधित करने के बजाय न्यूरॉन्स की सहायता करने के लिए जिम्मेदार सहायक कोशिकाओं के रूप में देखा गया है।एमआईटी टीम का तर्क है कि यह दृश्य अधूरा हो सकता है। उनके शोध से पता चलता है कि एस्ट्रोसाइट्स सीधे गणना और मेमोरी स्टोरेज में भाग ले सकते हैं, संभावित रूप से मस्तिष्क को न्यूरॉन-केवल मॉडल की अनुमति की तुलना में काफी अधिक जानकारी संग्रहीत करने में मदद करते हैं।मुख्य लेखक लियो कोज़ाचकोव ने नए सिद्धांत को विकसित करने के लिए एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग और मस्तिष्क और संज्ञानात्मक विज्ञान के प्रोफेसर जीन-जैक्स स्लोटिन और एमआईटी-आईबीएम वाटसन एआई लैब के दिमित्री क्रोटोव के साथ काम किया।मेमोरी स्टोरेज के कई आधुनिक सिद्धांत न्यूरल नेटवर्क मॉडल पर आधारित हैं जिन्हें हॉपफील्ड नेटवर्क के नाम से जाना जाता है। ये सिस्टम यादों को न्यूरॉन्स के बीच कनेक्शन में वितरित पैटर्न के रूप में संग्रहीत करते हैं।स्मृति के कुछ पहलुओं को समझाने के लिए प्रभावी होते हुए भी, हॉपफील्ड नेटवर्क को एक महत्वपूर्ण सीमा का सामना करना पड़ता है: यादें एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करना शुरू करने से पहले वे केवल सीमित संख्या में पैटर्न संग्रहीत कर सकते हैं।शोधकर्ताओं ने बाद में और अधिक उन्नत मॉडल विकसित किए, जिन्हें सघन साहचर्य यादें कहा जाता है, जो बहुत बड़ी मात्रा में जानकारी संग्रहीत कर सकते हैं। हालाँकि, इन मॉडलों को एक साथ दो से अधिक न्यूरॉन्स को शामिल करते हुए उच्च-क्रम की इंटरैक्शन की आवश्यकता होती है, कुछ ऐसा जो पारंपरिक सिनेप्स स्वाभाविक रूप से प्रदान नहीं करते हैं।इसने वैज्ञानिकों को ऐसे जटिल स्मृति भंडारण का समर्थन करने में सक्षम जैविक तंत्र की खोज में छोड़ दिया है।
एस्ट्रोसाइट्स पहेली को कैसे हल कर सकते हैं
एमआईटी शोधकर्ताओं का मानना है कि एस्ट्रोसाइट्स उस लापता तंत्र को प्रदान कर सकते हैं।न्यूरॉन्स के विपरीत, एस्ट्रोसाइट्स विद्युत आवेगों के माध्यम से संचार नहीं करते हैं। इसके बजाय, वे कैल्शियम-आधारित सिग्नलिंग का उपयोग करते हैं और ग्लियोट्रांसमीटर नामक रासायनिक संदेशवाहक जारी कर सकते हैं।प्रत्येक एस्ट्रोसाइट हजारों पतली प्रक्रियाओं का विस्तार करता है जो अलग-अलग सिनैप्स के चारों ओर लपेट सकती हैं, जिससे त्रिपक्षीय सिनैप्स के रूप में जानी जाने वाली संरचनाएं बनती हैं। इनमें तीन घटक शामिल हैं: प्रीसिनेप्टिक न्यूरॉन, पोस्टसिनेप्टिक न्यूरॉन और एस्ट्रोसाइट प्रक्रिया।नए मॉडल के अनुसार, ये तीन-तरफ़ा कनेक्शन सरल समर्थन संरचनाओं के बजाय कम्प्यूटेशनल इकाइयों के रूप में कार्य कर सकते हैं। न्यूरॉन्स के बीच संचार में भाग लेकर, एस्ट्रोसाइट्स सघन साहचर्य स्मृति के लिए आवश्यक उच्च-क्रम इंटरैक्शन बना सकते हैं।
मॉडल मेमोरी क्षमता के बारे में क्या सुझाव देता है
अध्ययन के सबसे दिलचस्प निहितार्थों में से एक स्मृति भंडारण सीमा से संबंधित है।पारंपरिक तंत्रिका नेटवर्क मॉडल अंततः उस सीमा तक पहुंच जाते हैं जहां अतिरिक्त यादों को सटीक रूप से संग्रहीत करना या पुनः प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है। एमआईटी मॉडल सुझाव देता है कि न्यूरॉन-एस्ट्रोसाइट नेटवर्क को समान प्रतिबंध का सामना नहीं करना पड़ सकता है।इसके बजाय, संग्रहीत की जा सकने वाली जानकारी की मात्रा नेटवर्क के आकार के साथ बढ़ती हुई प्रतीत होती है। सिद्धांत रूप में, इसका मतलब है कि मेमोरी क्षमता केवल न्यूरॉन मॉडल द्वारा की गई भविष्यवाणी से कहीं अधिक बड़ी हो सकती है।शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि इसका मतलब अनंत स्मृति नहीं है। बल्कि, यह सुझाव देता है कि मस्तिष्क में एक भंडारण वास्तुकला हो सकती है जो पहले की तुलना में बहुत अधिक संख्या में यादों का समर्थन करने में सक्षम हो सकती है।
इस बात के बढ़ते प्रमाण कि एस्ट्रोसाइट्स सक्रिय भूमिका निभाते हैं
हाल के तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान ने एस्ट्रोसाइट्स की अधिक सक्रिय भूमिका की ओर इशारा किया है।अध्ययनों से पता चला है कि हिप्पोकैम्पस में एस्ट्रोसाइट्स और न्यूरॉन्स के बीच कनेक्शन बाधित होने से स्मृति निर्माण और पुनर्प्राप्ति ख़राब हो सकती है। कैल्शियम इमेजिंग तकनीक में प्रगति ने वैज्ञानिकों को वास्तविक समय में न्यूरॉन्स के साथ-साथ एस्ट्रोसाइट्स की समन्वय गतिविधि का निरीक्षण करने की भी अनुमति दी है।ये निष्कर्ष एमआईटी परिकल्पना को साबित नहीं करते हैं, लेकिन वे व्यापक विचार का समर्थन करते हैं कि एस्ट्रोसाइट्स केवल तंत्रिका बुनियादी ढांचे को बनाए रखने के बजाय सूचना प्रसंस्करण में शामिल हैं।जैसा कि स्लोटिन ने उल्लेख किया है, ऐसा कोई कारण नहीं है कि विकास ने कम्प्यूटेशनल उद्देश्यों के लिए सैकड़ों हजारों सिनैप्स से जुड़ने की एस्ट्रोसाइट्स की क्षमता का शोषण नहीं किया हो।अध्ययन को लेकर उत्साह के बावजूद, शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि उनका काम वर्तमान में प्रायोगिक प्रमाण के बजाय एक गणितीय मॉडल है। प्रस्तावित तंत्र को अभी तक सीधे जीवित मस्तिष्क में नहीं देखा गया है, और यह निर्धारित करने के लिए भविष्य के प्रयोगों की आवश्यकता होगी कि एस्ट्रोसाइट्स मॉडल द्वारा सुझाए गए स्मृति-संबंधी गणनाओं के प्रकार को निष्पादित करते हैं या नहीं।क्रोटोव ने आशा व्यक्त की है कि अध्ययन प्रायोगिक तंत्रिका वैज्ञानिकों को परिकल्पना की और जांच करने के लिए प्रोत्साहित करेगा। मस्तिष्क में स्मृति कैसे काम करती है, इसके सटीक विवरण के रूप में सिद्धांत को स्वीकार करने से पहले ऐसा परीक्षण आवश्यक होगा।
तंत्रिका विज्ञान के लिए इसका क्या अर्थ हो सकता है
यदि भविष्य के प्रयोग मॉडल का समर्थन करते हैं, तो निहितार्थ महत्वपूर्ण हो सकते हैं। तंत्रिका विज्ञानियों को क्षेत्र की सबसे बुनियादी धारणाओं में से एक पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता हो सकती है: कि दो न्यूरॉन्स के बीच का सिनैप्स मेमोरी भंडारण की मूलभूत इकाई है।इसके बजाय, मेमोरी एक अधिक जटिल प्रणाली पर निर्भर हो सकती है जिसमें न्यूरॉन्स और एस्ट्रोसाइट्स एक साथ काम कर रहे हैं। ऐसी खोज मस्तिष्क के बारे में मौजूदा ज्ञान को खत्म नहीं करेगी, लेकिन यह इसे काफी हद तक विस्तारित कर सकती है।
