न्यूरोसाइंटिस्ट चार्ट 3.4 मील माउस के दृश्य कॉर्टेक्स में मस्तिष्क वायरिंग

शोधकर्ता आर। क्ले रीड और लीला एलबाडी ने 9 अप्रैल, 2025 को जारी इस तस्वीर में सिएटल, यूएस में एक एलन इंस्टीट्यूट लेबोरेटरी में माइक्रोन प्रोजेक्ट से डेटा की जांच की। फोटो क्रेडिट: एलेन इंस्टीट्यूट/हैंडआउट के माध्यम से रायटर

न्यूरोसाइंटिस्टों ने एक स्तनधारी मस्तिष्क के सबसे बड़े वायरिंग आरेख और कार्यात्मक मानचित्र का उत्पादन किया है, जो कि विज़न में शामिल माउस के सेरेब्रल कॉर्टेक्स के एक हिस्से से ऊतक का उपयोग करके आज तक है, एक उपलब्धि जो मानव मस्तिष्क के काम करने में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है।

उन्होंने एक ऊतक के नमूने में सेरेब्रल आर्किटेक्चर पर काम किया, जिसमें लगभग 84,000 तंत्रिका कोशिकाओं सहित 200,000 से अधिक कोशिकाओं के असर वाले रेत के एक दाने के आकार को न्यूरॉन्स कहा जाता है, और इन न्यूरॉन्स के बीच लगभग 524 मिलियन कनेक्शन जंक्शनों पर सिनैप्स कहा जाता है। सभी में, उन्होंने डेटा एकत्र किया जो मस्तिष्क के एक हिस्से में न्यूरोनल वायरिंग के लगभग 3.4 मील (5.4 किलोमीटर) को कवर करता है जो आंखों से दृश्य जानकारी को संसाधित करता है।

“लाखों सिनैप्स और सैकड़ों हजारों कोशिकाएं आकार और आकारों की ऐसी विविधता में आती हैं, और एक विशाल जटिलता होती है। उनकी जटिलता को देखते हुए, कम से कम हमें, हमारे अपने दिमाग की सरासर जटिलता के बारे में विस्मय की भावना,” बुधवार को प्रकाशन के लिए लीड साइंस के लीड साइंटिस्ट के न्यूरोसाइंटिस्ट फॉरेस्ट कोलमैन ने कहा।

सेरेब्रल कॉर्टेक्स मस्तिष्क की बाहरी परत, सचेत धारणाओं, निर्णयों और आंदोलनों की योजना और निष्पादन की मुख्य साइट है।

“वैज्ञानिक मस्तिष्क की संरचना और शरीर रचना का अध्ययन कर रहे हैं – जिसमें विभिन्न सेल प्रकारों की आकृति विज्ञान और वे कैसे जुड़ते हैं – एक सदी से अधिक के लिए। साथ ही, वे न्यूरॉन्स के कार्य को चिह्नित कर रहे हैं – उदाहरण के लिए, वे क्या जानकारी प्रक्रिया करते हैं,” वे क्या जानकारी है, जो कि बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन के न्यूरोसाइंटिस्ट एंड्रियास टोलियास ने कहा है, एक शोध नेताओं में से एक।

“हालांकि, यह समझना कि सर्किट स्तर पर न्यूरोनल फ़ंक्शन कैसे उभरता है, चुनौतीपूर्ण रहा है, क्योंकि हमें एक ही न्यूरॉन्स में फ़ंक्शन और वायरिंग दोनों का अध्ययन करने की आवश्यकता है। हमारा अध्ययन एक एकल व्यक्तिगत माउस के भीतर मस्तिष्क संरचना और कार्य को व्यवस्थित रूप से एकजुट करने के लिए आज तक का सबसे बड़ा प्रयास करता है,” टोलियास ने कहा।

जबकि माउस और मानव दिमाग के बीच उल्लेखनीय अंतर हैं, कई संगठनात्मक सिद्धांत प्रजातियों में संरक्षित हैं।

अनुसंधान ने इस क्षेत्र के एक हिस्से पर ध्यान केंद्रित किया, जिसे प्राथमिक दृश्य कॉर्टेक्स कहा जाता है, जो मस्तिष्क के दृश्य सूचना के प्रसंस्करण के पहले चरण में शामिल था।

अनुसंधान को माइक्रोन द्वारा संचालित किया गया था, कॉर्टिकल नेटवर्क से मशीन इंटेलिजेंस के लिए छोटा, एक वैज्ञानिक संघ है जिसमें विभिन्न संस्थानों के 150 से अधिक वैज्ञानिक शामिल थे।

बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन के शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क कोशिका प्रतिक्रियाओं को रिकॉर्ड करके प्राथमिक दृश्य कॉर्टेक्स के एक क्यूबिक मिलीमीटर में तंत्रिका गतिविधि का एक नक्शा बनाया, जबकि प्रयोगशाला माउस “द मैट्रिक्स” फिल्मों सहित विभिन्न प्रकार के वीडियो छवियों को देखते हुए एक ट्रेडमिल पर चला गया। इन कोशिकाओं को एक फ्लोरोसेंट पदार्थ का उत्सर्जन करने के लिए माउस को आनुवंशिक रूप से संशोधित किया गया था जब न्यूरॉन्स सक्रिय थे।

उसी न्यूरॉन्स को तब एलन इंस्टीट्यूट में imaged किया गया था। उन छवियों को तीन आयामों में इकट्ठा किया गया था, और प्रिंसटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने न्यूरॉन्स और उनके कनेक्शन पैटर्न को फिर से बनाने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता और मशीन सीखने का उपयोग किया।

मस्तिष्क को न्यूरॉन्स सहित कोशिकाओं के एक नेटवर्क द्वारा पॉप्युलेट किया जाता है जो संवेदी उत्तेजनाओं द्वारा सक्रिय होते हैं जैसे कि दृष्टि या ध्वनि या स्पर्श और सिनैप्स द्वारा जुड़े होते हैं। संज्ञानात्मक फ़ंक्शन में न्यूरॉन्स की सक्रियता और मस्तिष्क कोशिकाओं के बीच कनेक्शन के बीच परस्पर क्रिया शामिल है।

शोधकर्ता इस प्रकार के अनुसंधान से व्यावहारिक लाभ देखते हैं।

“सबसे पहले, ब्रेन वायरिंग नियमों को समझने से विभिन्न न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग विकारों पर प्रकाश डाला जा सकता है, जिसमें ऑटिज्म और सिज़ोफ्रेनिया शामिल हैं, जो सूक्ष्म तारों की असामान्यताओं से उत्पन्न हो सकता है। दूसरा, यह जानकर कि न्यूरोनल वायरिंग आकार मस्तिष्क समारोह हमें अनुभूति के मौलिक तंत्र को उजागर करने की अनुमति देता है,” टोलियास ने कहा।

अनुसंधान में हाइलाइट किए गए एक प्रमुख खोज में एक नक्शा शामिल था कि कैसे मस्तिष्क में न्यूरॉन्स के एक व्यापक वर्ग को शामिल करने वाले कनेक्शनों को निरोधात्मक कोशिकाओं का आयोजन किया जाता है। जब ये न्यूरॉन्स सक्रिय हो जाते हैं, तो वे उन कोशिकाओं को बनाते हैं जिनसे वे कम सक्रिय होते हैं। यह उत्तेजक कोशिकाओं के विपरीत खड़ा है, जो कोशिकाओं को बनाते हैं जिनसे वे सक्रिय होने की अधिक संभावना को जोड़ते हैं। निरोधात्मक कोशिकाएं लगभग 15% कॉर्टिकल न्यूरॉन्स का प्रतिनिधित्व करती हैं।

“हमने पाया कि हम सहित कई की तुलना में निषेध के कई और अधिक विशिष्ट पैटर्न पाए गए,” कोलमैन ने कहा।

“निरोधात्मक कोशिकाएं केवल बेतरतीब ढंग से अपने आस -पास की सभी उत्तेजक कोशिकाओं से जुड़ती नहीं हैं, लेकिन इसके बजाय कनेक्ट करने के लिए बहुत विशिष्ट प्रकार के न्यूरॉन्स को चुनें। आगे, यह ज्ञात था कि कॉर्टेक्स में चार प्रमुख प्रकार के निरोधात्मक न्यूरॉन्स हैं, लेकिन विशिष्टता के पैटर्न इन श्रेणियों को बहुत अधिक महीन समूहों में तोड़ते हैं,” कोलमैन ने कहा।

10 अप्रैल, 2025 को प्रकाशित