वाशिंगटन – “द मैट्रिक्स” से क्लिप देखने के लिए एक माउस के लिए धन्यवाद, वैज्ञानिकों ने आज तक एक मस्तिष्क का सबसे बड़ा कार्यात्मक मानचित्र बनाया है – 84,000 न्यूरॉन्स को जोड़ने वाले वायरिंग का एक आरेख, क्योंकि वे संदेशों को आग लगाते हैं।
एक खसखस के आकार के बारे में उस माउस के मस्तिष्क के एक टुकड़े का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने उन न्यूरॉन्स की पहचान की और पता लगाया कि कैसे उन्होंने सिनैप्स नामक 500 मिलियन जंक्शनों के माध्यम से शाखा-जैसे फाइबर के माध्यम से संवाद किया।
बड़े पैमाने पर डेटासेट, बुधवार द्वारा प्रकाशित किया गया जर्नल नेचर, हमारे दिमाग कैसे काम करते हैं, इसके रहस्य को उजागर करने की दिशा में एक कदम है। डेटा, एक 3 डी पुनर्निर्माण में इकट्ठा किया गया है जो अलग -अलग मस्तिष्क सर्किटरी को चित्रित करने के लिए रंगीन है, अतिरिक्त शोध के लिए दुनिया भर में वैज्ञानिकों के लिए खुला है – और के लिए बस जिज्ञासु एक झलक लेने के लिए।
“यह निश्चित रूप से खौफ की भावना को प्रेरित करता है, जैसे आकाशगंगाओं की तस्वीरों को देख रहा है,” परियोजना के प्रमुख शोधकर्ताओं में से एक, सिएटल में एलेन इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन साइंस के फॉरेस्ट कोलमैन ने कहा। “आपको यह समझ में आता है कि आप कितने जटिल हैं। हम एक छोटे से हिस्से को देख रहे हैं … एक माउस के मस्तिष्क और सुंदरता और जटिलता को जो आप इन वास्तविक न्यूरॉन्स और उनके बीच लाखों लाखों कनेक्शनों में देख सकते हैं।”
हम कैसे सोचते हैं, महसूस करते हैं, देखते हैं, बात करते हैं और आगे बढ़ते हैं, मस्तिष्क में न्यूरॉन्स, या तंत्रिका कोशिकाओं के कारण होते हैं – वे कैसे सक्रिय होते हैं और एक दूसरे को संदेश भेजते हैं। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से उन संकेतों को जाना है, जो एक न्यूरॉन से एक न्यूरॉन से चलते हैं, जिसे एक्सॉन और डेंड्राइट्स कहा जाता है, अगले न्यूरॉन में कूदने के लिए सिनैप्स का उपयोग करते हुए। लेकिन न्यूरॉन्स के नेटवर्क के बारे में कम जाना जाता है जो कुछ कार्यों को करते हैं और उस वायरिंग के व्यवधान अल्जाइमर, ऑटिज्म या अन्य विकारों में एक भूमिका कैसे निभा सकते हैं।
एलन इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिक क्ले रीड ने कहा, “आप एक हजार परिकल्पनाएं कर सकते हैं कि मस्तिष्क की कोशिकाएं कैसे अपना काम कर सकती हैं, लेकिन आप उन परिकल्पनाओं का परीक्षण नहीं कर सकते हैं जब तक कि आप शायद सबसे मौलिक चीज नहीं जानते हैं – उन कोशिकाओं को एक साथ कैसे तार दिया जाता है,” जिन्होंने तंत्रिका कनेक्शन का अध्ययन करने के लिए पायनियर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी की मदद की।
नई परियोजना के साथ, 150 से अधिक शोधकर्ताओं की एक वैश्विक टीम ने तंत्रिका कनेक्शनों को मैप किया, जो कोलमैन ने स्पेगेटी के पेचीदा टुकड़ों की तुलना विज़न के लिए जिम्मेदार माउस मस्तिष्क के हिस्से के माध्यम से की है।
पहला कदम: विज्ञान-फाई फिल्मों, खेल, एनीमेशन और प्रकृति का एक माउस वीडियो स्निपेट दिखाएं।
बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन की एक टीम ने बस इतना ही किया, एक माउस का उपयोग करके एक जीन के साथ इंजीनियर किया जाता है जो सक्रिय होने पर अपने न्यूरॉन्स को चमक देता है। शोधकर्ताओं ने यह रिकॉर्ड करने के लिए एक लेजर-संचालित माइक्रोस्कोप का उपयोग किया कि कैसे पशु के दृश्य प्रांतस्था में व्यक्तिगत कोशिकाएं जलाए जाते हैं क्योंकि उन्होंने छवियों को चमकते हुए संसाधित किया था।
इसके बाद, एलन इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने मस्तिष्क के ऊतक के उस छोटे से टुकड़े का विश्लेषण किया, एक विशेष उपकरण का उपयोग करके इसे 25,000 से अधिक परतों में शेव करने के लिए, प्रत्येक मानव बालों की तुलना में प्रत्येक पतला। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ, उन्होंने उन वर्गों के लगभग 100 मिलियन उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों को लिया, उन स्पेगेटी-जैसे फाइबर को रोशन किया और 3 डी में डेटा को फिर से स्थापित किया।
अंत में, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने उन सभी वायरिंग का पता लगाने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग किया और “प्रत्येक व्यक्तिगत तारों को एक अलग रंग में पेंट करें ताकि हम उन्हें व्यक्तिगत रूप से पहचान सकें,” कोलमैन ने समझाया।
उन्होंने अनुमान लगाया कि माइक्रोस्कोपिक वायरिंग, अगर बाहर रखी जाती है, तो 3 मील (5 किलोमीटर) से अधिक मापेंगे। महत्वपूर्ण रूप से, माउस के मस्तिष्क में गतिविधि के साथ उस सभी शारीरिक रचना का मिलान करते हुए क्योंकि यह फिल्मों को देखता था, शोधकर्ताओं को यह पता लगाने की अनुमति देता है कि सर्किटरी ने कैसे काम किया।
प्रिंसटन के शोधकर्ताओं ने डेटा की डिजिटल 3 डी प्रतियां भी बनाईं, जिनका उपयोग अन्य वैज्ञानिक नए अध्ययनों को विकसित करने में कर सकते हैं।
क्या इस तरह के मैपिंग से वैज्ञानिकों को अंततः मस्तिष्क रोगों के लिए उपचार मिल सकता है? शोधकर्ता इसे एक मूलभूत कदम कहते हैं, जैसे कि कैसे मानव जीनोम परियोजना जो पहले जीन मैपिंग प्रदान करती थी, अंततः जीन-आधारित उपचारों का नेतृत्व करती थी। एक पूर्ण माउस मस्तिष्क का मानचित्रण एक अगला लक्ष्य है।
प्रोजेक्ट के प्रमुख शोधकर्ताओं, प्रिंसटन न्यूरोसाइंटिस्ट और कंप्यूटर वैज्ञानिक सेबस्टियन सेब, ने एक बयान में कहा, “इस परियोजना द्वारा विकसित प्रौद्योगिकियां हमें वास्तव में कनेक्टिविटी के कुछ प्रकार के असामान्य पैटर्न की पहचान करने का हमारा पहला मौका देगी, जो एक विकार को जन्म देती है,” प्रोजेक्ट के प्रमुख शोधकर्ताओं, प्रिंसटन न्यूरोसाइंटिस्ट और कंप्यूटर वैज्ञानिक सेबस्टियन सेब ने एक बयान में कहा।
हार्वर्ड न्यूरोसाइंटिस्ट मारिएला पेटकोवा और ग्रेगोर शूहकेनच ने लिखा, “यह काम एक प्रमुख छलांग को आगे बढ़ाता है और भविष्य की खोजों के लिए एक अमूल्य सामुदायिक संसाधन प्रदान करता है, जो परियोजना में शामिल नहीं थे।
उन्होंने कहा कि विशाल और सार्वजनिक रूप से साझा किए गए डेटा “अनुभूति और व्यवहार के अंतर्निहित जटिल तंत्रिका नेटवर्क को उजागर करने में मदद करेंगे।”
कॉर्टिकल नेटवर्क, या माइक्रोन से मशीन इंटेलिजेंस, कंसोर्टियम को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ के ब्रेन इनिशिएटिव और IARPA, इंटेलिजेंस एडवांस्ड रिसर्च प्रोजेक्ट्स एक्टिविटी द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
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