वैज्ञानिकों ने पहली बार बनाया मक्खी के दिमाग़ का संपूर्ण नक़्शा

दुनिया की सबसे रहस्यमय प्रणालियों में से एक, तंत्रिका तंत्र की जटिलताओं को उजागर करने की दिशा में विज्ञान ने एक उल्लेखनीय छलांग लगाई है। हार्वर्ड मेडिकल स्कूल और प्रिंसटन विश्वविद्यालय के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक विशाल अंतर्राष्ट्रीय टीम ने एक वयस्क फल मक्खी के केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में मौजूद सभी न्यूरॉन्स के बीच के कनेक्शन का एक संपूर्ण वायरिंग आरेख प्रकाशित किया है। यह अभूतपूर्व ‘कनेक्टोम’ हमें पहली बार यह समझने में मदद करेगा कि मस्तिष्क और शरीर चलने और उड़ने जैसे जटिल व्यवहारों को कैसे समन्वयित करते हैं, और यह तंत्रिका तंत्र के मूल सिद्धांतों पर नई रोशनी डालता है।

यह शोध, जो 8 जून को प्रतिष्ठित जर्नल नेचर में प्रकाशित हुआ, शोधकर्ताओं को मस्तिष्क और शरीर के बीच की समग्र बातचीत का व्यापक अध्ययन करने की अनुमति देता है। यह समझना कि लाखों न्यूरॉन्स कैसे एक साथ काम करके विचारों, भावनाओं और क्रियाओं को उत्पन्न करते हैं, तंत्रिका विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण अनसुलझे रहस्यों में से एक रहा है। इस नए, विस्तृत “कनेक्टोम” के साथ, हमारे पास अब फल मक्खी के केंद्रीय तंत्रिका तंत्र की एक संपूर्ण मार्गदर्शिका है, जो न्यूरोसाइंटिस्टों के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण है।

एक जटिल कनेक्टोम का निर्माण

न्यूरॉन्स मस्तिष्क और शरीर में एक दूसरे से कैसे जुड़ते हैं और मिलकर व्यवहार कैसे उत्पन्न करते हैं, यह तंत्रिका विज्ञान में एक मूलभूत प्रश्न है। इस प्रश्न का अध्ययन करने के लिए फल मक्खी, जिसे वैज्ञानिक रूप से ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर के नाम से जाना जाता है, एक आदर्श मॉडल जीव है। ये मक्खियां प्रयोगशाला में आसानी से पाली जा सकती हैं और उनका रखरखाव सरल है। लगभग 160,000 न्यूरॉन्स वाले अपेक्षाकृत सरल तंत्रिका तंत्र के बावजूद, वे नेविगेशन, सामाजिक संपर्क, सीखने और संवेदी संकेतों का जवाब देने जैसे जटिल व्यवहार प्रदर्शित करती हैं। इसके अतिरिक्त, उनके पास एक अविश्वसनीय रूप से परिष्कृत आनुवंशिक टूलकिट है, जिसका अर्थ है कि शोधकर्ता व्यक्तिगत न्यूरॉन्स या न्यूरॉन की आबादी से गतिविधि को नियंत्रित और रिकॉर्ड कर सकते हैं।

इस अध्ययन की सह-वरिष्ठ लेखिका और एचएमएस में न्यूरोबायोलॉजी की जोसेफ बी. मार्टिन प्रोफेसर रेचल विल्सन ने इस उपलब्धि पर टिप्पणी करते हुए कहा, “हम पहली बार सभी न्यूरॉन्स और उनके कनेक्शन को एक पूर्ण इकाई के रूप में देख सकते हैं और पूछ सकते हैं, ‘इससे हम क्या सीखते हैं?’” तंत्रिका कनेक्शन का यह अत्यधिक विस्तृत आरेख — जिसे कनेक्टोम कहा जाता है — अब तक प्रकाशित फल मक्खी के मस्तिष्क के कनेक्टोम में उसकी रीढ़ की हड्डी के समकक्ष, जिसे तंत्रिका कॉर्ड (nerve cord) कहा जाता है, का नक्शा जोड़ता है।

एचएमएस में न्यूरोबायोलॉजी के एसोसिएट प्रोफेसर और बोस्टन चिल्ड्रेन हॉस्पिटल में एचएमएस के न्यूरोलॉजी प्रोफेसर, सह-वरिष्ठ लेखक वेई-चुंग एलन ली ने महत्व पर जोर देते हुए कहा, “एक केंद्रीय तंत्रिका तंत्र का कनेक्टोम जितना संभव हो उतना पूर्ण होना वास्तव में महत्वपूर्ण है ताकि हम मस्तिष्क और शरीर को जोड़ सकें और व्यवहार के बारे में समग्र रूप से सोचना शुरू कर सकें।” 2024 में, फ्लाईवायर कंसोर्टियम — मला मूर्ति और प्रिंसटन के सेबेस्टियन सेउंग के नेतृत्व में — एक फल मक्खी के मस्तिष्क का एक पूर्ण कनेक्टोम प्रकाशित कर चुका था। इसी बीच, ली और उनके सहयोगियों ने एक फल मक्खी के तंत्रिका कॉर्ड का एक कनेक्टोम विकसित करने पर काम किया, जो उसके पैरों, पंखों और अन्य उपांगों को नियंत्रित करता है और संवेदी जानकारी को संसाधित करता है।

विल्सन लैब में न्यूरोबायोलॉजी में रिसर्च फेलो और सह-प्रथम लेखक हेलेन यांग ने बताया, “मस्तिष्क और तंत्रिका कॉर्ड के कनेक्टोम अपने आप में उपयोगी हैं, लेकिन जब तक आप दोनों को नहीं जोड़ सकते, तब तक यह समझना मुश्किल है कि जानकारी मस्तिष्क और शरीर के बीच कैसे चलती है।” विल्सन लैब में न्यूरोबायोलॉजी में एक अन्य रिसर्च फेलो और सह-प्रथम लेखक अलेक्जेंडर बेट्स ने आगे कहा कि जबकि मस्तिष्क में अधिकांश न्यूरॉन्स होते हैं, तंत्रिका कॉर्ड में न्यूरॉन्स “कुछ सबसे उपयोगी” होते हैं क्योंकि वे सनसनी और गति जैसी चीजों में शामिल होते हैं और उनकी व्याख्या करना आसान होता है।

प्रिंसटन में न्यूरोसाइंस की कैरोल और मार्नी मार्सिन ’96 प्रोफेसर और प्रिंसटन न्यूरोसाइंस इंस्टीट्यूट (PNI) की निदेशक, सह-वरिष्ठ लेखक मूर्ति ने कहा कि फ्लाईवायर टीम ली लैब में इमेज किए गए ब्रेन एंड न्यूरल कॉर्ड (BANC) डेटासेट पर काम करने के लिए उत्साहित थी। उन्होंने कहा, “नया कनेक्टोम इस क्षेत्र के लिए एक बड़ी प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें यह समझने की क्षमता है कि मस्तिष्क में सर्किट शरीर से प्रतिक्रिया कैसे प्राप्त करते हैं और उसकी क्रियाओं को कैसे नियंत्रित करते हैं।” पीएनआई के सह-लेखक एरी मैट्सलियाह ने जोड़ा, “पहली बार, हम एक पूरे तंत्रिका तंत्र में सनसनी से कार्रवाई तक सूचना के प्रवाह का पालन कर सकते हैं।”

शक्तिशाली उपकरण का उदय

इस कनेक्टोम को बनाने के लिए, टीम ने एक ही फल मक्खी के हजारों पतले, धारावाहिक खंड तैयार किए। फिर उन्होंने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके इन खंडों की लाखों छवियां प्राप्त कीं, जिनसे न्यूरॉन्स और उनके बीच के कनेक्शन का विवरण मिला। इसके बाद, कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) उपकरणों का उपयोग करके, इन छवियों को संरेखित किया गया और एक सुसंगत 3डी मानचित्र में बदल दिया गया।

यह कनेक्टोम दर्शाता है कि प्रत्येक व्यक्तिगत न्यूरॉन मस्तिष्क और तंत्रिका कॉर्ड में सिनेप्स स्तर पर हर दूसरे न्यूरॉन से कैसे जुड़ता है। यद्यपि यह मानचित्र मक्खी के पूरे शरीर को कवर नहीं करता है, टीम पहचानने योग्य न्यूरॉन्स और उपलब्ध वैज्ञानिक साहित्य का उपयोग करके केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में न्यूरॉन्स को उसके कई उपांगों और संवेदी अंगों में जोड़ने में सफल रही, जिससे कनेक्टोम को प्रभावी ढंग से “शरीर से जुड़ा” (embodied) बना दिया गया।

ली ने कहा कि शोधकर्ता प्रयोगशाला में परीक्षण के लिए नई परिकल्पनाएं तैयार करने के लिए इस कनेक्टोम का उपयोग कर सकते हैं। उन्होंने इसकी तुलना एक नई यात्रा की योजना बनाते समय गूगल मैप्स में उपलब्ध व्यापक जानकारी से की। ली ने कहा, “कनेक्टोम ने हमें दिखाया है कि हमारी अधिकांश परिकल्पनाएं बहुत सरल हैं। अब, हम और अधिक जटिल परिकल्पनाएं विकसित कर सकते हैं और उनका परीक्षण करने के लिए प्रयोगों के साथ आगे बढ़ सकते हैं।”

अध्ययन के लेखकों ने पहले ही इस कनेक्टोम का उपयोग मोटर नियंत्रण — विशेष रूप से, एक मक्खी अपने पैरों और शरीर के अन्य हिस्सों को कैसे हिलाती है — का पता लगाने के लिए किया है। तंत्रिका विज्ञान में एक लंबे समय से चला आ रहा विचार यह था कि मस्तिष्क में एक केंद्रीकृत नियंत्रक होता है जो किसी जानवर द्वारा की जाने वाली क्रियाओं के बारे में निर्णय लेने के लिए जिम्मेदार होता है।

हालांकि, इस शोध में उन्हें ऐसा कुछ नहीं मिला।

इसके बजाय, उन्होंने पाया कि फल मक्खी में मोटर नियंत्रण ज्यादातर स्थानीय स्तर पर होता है — उदाहरण के लिए, एक मक्खी के पैर की गति मुख्य रूप से उस पैर के तंत्रिका सर्किट द्वारा नियंत्रित होती है। एक पैर के लिए स्थानीय सर्किट तब चलने जैसे जटिल समन्वित आंदोलनों को पूरा करने के लिए अन्य पैरों के लिए सर्किट के साथ संवाद करते हैं।

यही बात एक मक्खी के पंखों, मुंह और शरीर के अन्य हिस्सों के तंत्रिका सर्किट के लिए भी सही थी। इसके अलावा, टीम ने पाया कि ये मोटर सर्किट अन्य प्रकार के सर्किट — जैसे कि दृश्य या अंतःस्रावी प्रणाली में — के साथ इंटरफेस करते हैं जो व्यवहार को आकार देने के लिए आवश्यक अतिरिक्त जानकारी प्रदान करते हैं। बेट्स ने कहा, “हमारे निष्कर्ष बताते हैं कि क्रियाओं का नियंत्रण स्थानीय मॉड्यूलों में अत्यधिक वितरित होता है जो अलग-अलग तरीकों से जुड़ते हैं और एक साथ काम करते हैं।”

भविष्य की दिशाएं

शोधकर्ता अपने कनेक्टोम का उपयोग करके अनुसंधान के लिए अंतहीन भविष्य की दिशाएं देखते हैं। यांग इसकी तुलना मानव जीनोम परियोजना से करती हैं, जो एक और बड़े पैमाने पर, ओपन-सोर्स संसाधन है जिसके अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला रही है। निकट भविष्य में, शोधकर्ता कनेक्टोम में और जानकारी जोड़ने की योजना बना रहे हैं, जिसमें न्यूरोपेप्टाइड्स के बारे में भी जानकारी शामिल है, जो छोटे, प्रोटीन जैसे अणु होते हैं जिनका उपयोग न्यूरॉन्स संवाद करने के लिए करते हैं।

कनेक्टोम से मिली अंतर्दृष्टि यह बता सकती है कि तंत्रिका तंत्र विभिन्न प्रजातियों में कैसे काम करते हैं, जिसमें मनुष्य भी शामिल हैं। बेट्स ने कहा कि फल मक्खियों में बहुत सारी तंत्रिका संबंधी खोजें अकशेरुकी से स्तनधारियों में स्थानांतरित हुई हैं, जिसमें नेविगेशन, गंध और स्मृति शामिल हैं।

एक बड़ा सवाल, शोधकर्ता सहमत हैं, यह है कि क्या तंत्रिका सर्किट का वितरित नियंत्रण जो उन्होंने मक्खियों में देखा था, अन्य प्रजातियों में भी होता है — कुछ ऐसा जिसकी ली अब चूहों में जांच कर रहे हैं। यांग ने कहा, “मुझे आश्चर्य होगा अगर यह केवल मक्खी के लिए अद्वितीय है। हमारे पास अन्य जानवरों में इस स्तर का संकल्प नहीं है, लेकिन हम जानते हैं कि उनमें इनमें से कई स्थानीय सर्किट होते हैं।”

यह काम कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) में भी अनुप्रयोग हो सकता है। उदाहरण के लिए, कनेक्टोम ठोस, जैविक जानकारी प्रदान करता है जो आभासी दुनिया को नेविगेट करने वाले कृत्रिम एजेंटों के डिजाइन को सूचित कर सकता है — ऐसी प्रणालियां जिनका उपयोग बुद्धिमत्ता का अध्ययन करने और एआई को परिष्कृत और प्रशिक्षित करने के लिए तेजी से किया जाता है।

यांग ने कहा, “एक बात जो मुझे हमेशा चकित करती है वह यह है कि यह छोटी सी मक्खी बहुत कुछ करती है; यहां तक कि हमारे सबसे अच्छे एआई एजेंट और रोबोट भी वह सब कुछ नहीं कर सकते जो एक मक्खी करती है। तंत्रिका तंत्र कैसे व्यवस्थित होता है, इसमें एआई के लिए सबक हो सकते हैं।”

संदर्भ और कड़ियां (References & Links)

• मूल समाचार विज्ञप्ति: हार्वर्ड मेडिकल स्कूल
• शोध पत्र: नेचर (फल मक्खी केंद्रीय तंत्रिका तंत्र का पूर्ण कनेक्टोम)
• कनेक्टोम ऑनलाइन संसाधन: फ्लाईवायर कोडेक्स