भारतीय वैज्ञानिकों ने मस्तिष्क के अंतिम सीमा का नक्शा तैयार किया

एक सदी से भी अधिक समय से, तंत्रिका वैज्ञानिक मानव मस्तिष्क का अध्ययन उसी प्रकार करते आ रहे हैं जैसे प्रारंभिक मानचित्रकार अज्ञात भूमि का नक्शा बनाते थे: बिखरे हुए अवलोकनों से एक विशाल परिदृश्य को जोड़ना। आज भी, अल्जाइमर जैसे विकारों का निदान करने वाले रोगविज्ञानी आमतौर पर एक ऐसे अंग के कुछ ऊतक नमूनों की जांच करते हैं जिसमें लगभग 86 अरब न्यूरॉन होते हैं। अधिकांश परिदृश्य अदृश्य रहता है।

यही कारण है कि भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान मद्रास के सुधा गोपालकृष्णन ब्रेन सेंटर के वैज्ञानिकों का मानना है कि उन्होंने तंत्रिका विज्ञान के सबसे बड़े अंतरालों में से एक को भरने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है। उन्होंने मानव मस्तिष्क स्टेम का कोशिकीय स्तर पर अब तक का सबसे विस्तृत त्रि-आयामी एटलस तैयार किया है - एक डिजिटल मानचित्र जो वैज्ञानिकों को पूरे मस्तिष्क के एमआरआई स्कैन से लेकर व्यक्तिगत तंत्रिका कोशिकाओं तक सहजता से यात्रा करने की अनुमति देता है।

एंकर नामक यह एटलस भ्रूण, बचपन और वयस्क मस्तिष्क के 500 से अधिक ऊतक खंडों को जोड़ता है। यह उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली माइक्रोस्कोप छवियों से निर्मित है, जो मस्तिष्क स्टेम का एक विस्तृत त्रि-आयामी मानचित्र बनाता है और मस्तिष्क कोशिकाओं और तंत्रिका मार्गों के 200 से अधिक समूहों की पहचान करता है। आठ रासायनिक मार्कर विभिन्न कोशिका प्रकारों को अलग करने में मदद करते हैं, जो मस्तिष्क के इस महत्वपूर्ण लेकिन कम समझे जाने वाले हिस्से की अब तक की सबसे स्पष्ट तस्वीरों में से एक प्रस्तुत करते हैं।

मस्तिष्क स्टेम का महत्व

मस्तिष्क स्टेम मस्तिष्क का केवल एक छोटा सा हिस्सा है, फिर भी यह मनुष्य को जीवित रखता है। यह मस्तिष्क को रीढ़ की हड्डी से जोड़ता है और श्वास, दिल की धड़कन, नींद, जागने और गति को नियंत्रित करता है। इसके भीतर कोशिकाओं के छोटे समूहों को नुकसान विनाशकारी हो सकता है, लेकिन इस क्षेत्र की सघन संरचना ने लंबे समय से इसे विस्तार से मैप करने के प्रयासों को विफल किया है।

एंकर एटलस का महत्व

एंकर का महत्व केवल एक और शारीरिक मानचित्र तैयार करने में नहीं है, बल्कि दो ऐसी दुनियाओं को जोड़ने में है जो बड़े पैमाने पर अलग-अलग रही हैं: चिकित्सा इमेजिंग, जो मस्तिष्क को समग्र रूप से दिखाती है, और कोशिकीय विकृति विज्ञान, जो इसे एक कोशिका में प्रकट करता है। एक तंत्रिका वैज्ञानिक ने इस परियोजना को इंजीनियरिंग, तंत्रिका विज्ञान और चिकित्सा का 'अभूतपूर्व एकीकरण' बताया।

डॉक्टर आमतौर पर शव परीक्षण या न्यूरोसर्जरी के दौरान हटाए गए ऊतकों की जांच करके पूरे मस्तिष्क की जांच शुरू करते हैं। एक वयस्क मस्तिष्क का वजन लगभग 1.2-1.5 किलोग्राम होता है, और इसकी तह और प्रमुख संरचनाएं सूक्ष्म जांच शुरू होने से पहले महत्वपूर्ण सुराग प्रकट कर सकती हैं। एक न्यूरोपैथोलॉजिस्ट ने कहा, 'एक न्यूरोपैथोलॉजिस्ट के रूप में, मैं माइक्रोस्कोप के नीचे छोटे टुकड़ों को देखने से पहले नग्न आंखों से पूरे मस्तिष्क की जांच शुरू करता हूं। अल्जाइमर रोग के लिए, हम केवल 15 से 20 खंडों की जांच कर सकते हैं - जो पूरे अंग का एक प्रतिशत का एक अंश मात्र है।'

यह स्पेनिश तंत्रिका वैज्ञानिक सैंटियागो रेमन वाई काजल के अग्रणी कार्य के बाद से एक सदी से भी अधिक समय से प्रचलित है। आधुनिक एमआरआई पूरे मस्तिष्क को प्रकट करता है लेकिन इसमें कोशिकीय विवरण का अभाव है; माइक्रोस्कोप व्यक्तिगत कोशिकाओं को प्रकट करते हैं लेकिन केवल पृथक स्लाइस में।

एंकर उस अंतर को पाटने का प्रयास करता है। उपयोगकर्ता एमआरआई पर देखे गए पूरे मस्तिष्क स्टेम से लेकर व्यक्तिगत न्यूरॉन्स तक ज़ूम कर सकते हैं, जबकि उनके सटीक स्थानिक संबंधों को बनाए रख सकते हैं। शोधकर्ताओं ने एटलस को ऑनलाइन स्वतंत्र रूप से उपलब्ध कराया है, उम्मीद है कि यह दुनिया भर के तंत्रिका वैज्ञानिकों, न्यूरोलॉजिस्ट और न्यूरोसर्जनों के लिए एक संदर्भ उपकरण बन जाएगा।

अनुप्रयोग और भविष्य की दिशा

इसके अनुप्रयोग शरीर रचना से कहीं आगे तक फैल सकते हैं। स्वस्थ मस्तिष्क स्टेम मानचित्रों की रोगग्रस्त ऊतकों से तुलना करके, वैज्ञानिक पार्किंसंस रोग और स्ट्रोक से लेकर अल्जाइमर रोग और अचानक शिशु मृत्यु सिंड्रोम तक के विकारों को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं। अधिक सटीक मानचित्र न्यूरोसर्जनों को मस्तिष्क के सबसे नाजुक क्षेत्रों में से एक में अधिक आत्मविश्वास के साथ नेविगेट करने में भी मदद कर सकते हैं।

एक मस्तिष्क वैज्ञानिक ने कहा कि इस तरह के विस्तृत मस्तिष्क एटलस का न्यूरोलॉजिकल रोगों के अध्ययन पर 'परिवर्तनकारी प्रभाव' हो सकता है, जिससे यह पता चल सके कि अल्जाइमर या ऑटिज्म जैसी स्थितियों से प्रभावित मस्तिष्क स्वस्थ मस्तिष्क से कोशिका-दर-कोशिका कैसे भिन्न होते हैं। वे यह समझाने में भी मदद कर सकते हैं कि कोविड-19 सहित संक्रमण, दीर्घकालिक तंत्रिका संबंधी क्षति को कैसे ट्रिगर करते हैं।

स्ट्रोक को एक उदाहरण के रूप में उपयोग करते हुए, एक न्यूरोपैथोलॉजिस्ट ने कहा कि एटलस ने नई विशेषताओं का खुलासा किया है जो डॉक्टरों को मस्तिष्क के ऊतकों को संरक्षित करने में मदद कर सकते हैं जो घायल हैं लेकिन अभी तक मरम्मत से परे नहीं हैं, संभावित रूप से रोगी के परिणामों में सुधार हो सकता है।

एटलस का एक हिस्सा इसकी सादगी में निहित है। मरणोपरांत मस्तिष्क के ऊतकों के पतले स्लाइस की उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों से निर्मित, यह दृष्टिकोण विस्तृत, कोशिका-स्तरीय मैपिंग को किफायती बनाता है। इसने मानव मस्तिष्क स्टेम को अभूतपूर्व पैमाने पर चार्ट करना संभव बना दिया है।

यह उपलब्धि तंत्रिका विज्ञान में एक व्यापक परिवर्तन को दर्शाती है, जहां प्रगति तेजी से जीव विज्ञान पर उतनी ही निर्भर करती है जितनी इंजीनियरिंग और कम्प्यूटेशन पर। लगभग 20 वैज्ञानिकों ने एसजीबीसी में 18 महीने बिताकर 200 से अधिक मस्तिष्क खंडों का मैन्युअल विश्लेषण किया, एमआरआई स्कैन, सूक्ष्म शरीर रचना और 3डी पुनर्निर्माण को एक एकल डिजिटल एटलस में संयोजित किया। केंद्र अब दुनिया भर के सहयोगियों के साथ काम करने वाले 200 से अधिक शोधकर्ताओं, इंजीनियरों और तकनीशियनों को एक साथ लाता है।

परिणाम तंत्रिका विज्ञान में एक आश्चर्यजनक अंतर को दूर करने में मदद करता है। वैज्ञानिकों ने कई पशु प्रजातियों के दिमाग को उल्लेखनीय विस्तार से मैप किया है, लेकिन मानव मस्तिष्क अपेक्षाकृत अज्ञात बना हुआ है क्योंकि मानव मस्तिष्क के ऊतकों के विस्तृत अध्ययन दुर्लभ हैं।

एसजीबीसी अब जीवन के विभिन्न चरणों और अल्जाइमर रोग और मनोभ्रंश सहित तंत्रिका संबंधी विकारों में 100 से अधिक पूरे मानव मस्तिष्कों की इमेजिंग करने की योजना बना रहा है, जो एक संदर्भ पुस्तकालय तैयार करेगा जो यह प्रकट कर सकता है कि रोग मस्तिष्क को कोशिका-दर-कोशिका कैसे बदलता है। नया एटलस मानव मस्तिष्क के रहस्यों को हल नहीं करेगा। लेकिन वैज्ञानिकों को कहीं अधिक विस्तृत नक्शा देकर, यह उन्हें बेहतर प्रश्न पूछने और अंततः उत्तर देने में मदद कर सकता है।