मानव मस्तिष्क में कई परतें होती हैं। इसके झुर्रीदार बाहरी हिस्से से लेकर इसकी सबसे गहरी गहराइयों तक, वैज्ञानिक सभी को समझने की कोशिश कर रहे हैं। लेकिन मस्तिष्क की जटिल तंत्रिका सर्किटरी को समझने में, वे सतह पर घूमती गतिविधि के पैटर्न को नजरअंदाज कर देते हैं।
ऑस्ट्रेलिया में सिडनी विश्वविद्यालय और चीन में फ़ुडन विश्वविद्यालय के द्रव भौतिकविदों की एक टीम ने मस्तिष्क के तंत्रिका ऊतक की सबसे बाहरी परत में तरंगित होने वाले मस्तिष्क संकेतों की खोज की। सेरेब्रल कॉर्टेक्स, 100 युवा वयस्कों के मस्तिष्क के स्कैन पर। सिग्नल स्वाभाविक रूप से सर्पिल के रूप में व्यवस्थित होते हैं, जैसे बहते बाथटब में भंवर या अशांत हवा के बवंडर।
“सर्पिल संज्ञानात्मक प्रसंस्करण से कैसे संबंधित हैं, इसकी अंतर्दृष्टि प्राप्त करने से मस्तिष्क की गतिशीलता और कार्यों के बारे में हमारी समझ में काफी वृद्धि हो सकती है।” कहते हैं वरिष्ठ लेखक पुलिन गोंग, सिडनी विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी।
कॉर्टेक्स न्यूरॉन-सघन ऊतक की झुर्रीदार बाहरी परत है जो हमारे मस्तिष्क के दो गोलार्धों में मुड़ती है, जो भाषा और यादों को संग्रहीत करने जैसे जटिल संज्ञानात्मक कार्यों की गणना के लिए जिम्मेदार है।
तंत्रिका विज्ञानियों ने कॉर्टेक्स जैसे क्षेत्रों की आंतरिक कार्यप्रणाली को समझने के लिए मस्तिष्क गतिविधि को नीचे से ऊपर तक मैप करने पर ध्यान केंद्रित किया है: इमेजिंग कोशिकाएं यह निर्धारित करने के लिए कि वे नेटवर्क के रूप में कैसे संचार करते हैं जो उनके कार्य को जन्म देते हैं।
एक रोमांचक मोड़ में, टीम ने भाग के रूप में एकत्र किए गए मस्तिष्क इमेजिंग डेटा का विश्लेषण किया ह्यूमन कनेक्टोम प्रोजेक्ट अशांत प्रवाह में जटिल तरंग पैटर्न का अध्ययन करने वाले द्रव भौतिकविदों के लिए सबसे परिचित तरीकों का उपयोग करना।
कार्यात्मक एमआरआई स्कैन इमेजिंग डेटा उत्पन्न करता है जो दिखाता है कि मस्तिष्क कब और कहाँ गतिविधि के दौरान ‘रोशनी’ देता है, ऑक्सीजन युक्त रक्त से भर जाता है। डेटा में पहचाने गए सर्पिल पैटर्न बहुरूपदर्शक तरंगों से मिलते जुलते हैं या, जब दिशात्मक भंवरों में सरलीकृत होते हैं, तो मौसम मानचित्र पर गोलाकार दबाव रेखाएं होती हैं।
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“ये सर्पिल पैटर्न जटिल और जटिल गतिशीलता प्रदर्शित करते हैं, जो चरण विलक्षणताओं के रूप में जाने जाने वाले केंद्रीय बिंदुओं के चारों ओर घूमते हुए मस्तिष्क की सतह पर घूमते हैं,” बताते हैं घंटा.
“जैसे भंवर अशांति में कार्य करते हैं, सर्पिल जटिल अंतःक्रियाओं में संलग्न होते हैं, जो मस्तिष्क की जटिल गतिविधियों को व्यवस्थित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं,” उन्होंने कहा। परिकल्पना करता है.
लयबद्ध, सर्पिल तरंगों का पहले भी पता लगाया जा चुका है तंत्रिका सर्किटके माध्यम से चल रहा है स्थानीय मस्तिष्क क्षेत्र जो दृश्य, श्रवण और सोमाटोसेंसरी कॉर्टिस जैसे संवेदी इनपुट को संभालता है।
ये यात्रा तरंगें सेलुलर स्तर पर काफी दिलचस्प हैं, खासकर जब आप विचार करते हैं कि शरीर और प्रकृति में कहीं और भी अशांत भंवर कैसे देखे गए हैं: तैराकी बैक्टीरिया का निलंबन, हृदय का जैवरासायनिक संकेतन और इसमें जीवित कोशिकाओं की झिल्लियाँ.
मस्तिष्क गतिविधि में दक्षिणावर्त और वामावर्त सर्पिलों को दर्शाने वाला रेखाचित्र। (ज़ू एट अल., प्रकृति मानव व्यवहार2023)
लेकिन संपूर्ण सेरेब्रल कॉर्टेक्स में भँवर जैसी तरंगें कैसे उत्पन्न हो सकती हैं, इसका अब तक पता नहीं लगाया गया है, जिससे यह समझने में अंतर रह गया है कि प्रत्येक क्षेत्र में मस्तिष्क के कार्यों को कैसे जोड़ा जा सकता है।
सर्पिल तरंगें परस्पर जुड़ी कोशिकाओं के कई नेटवर्क तक फैली हुई दिखाई दीं और सटीक संरचनात्मक स्थानों पर स्थित थीं, जिससे पता चलता है कि वे मस्तिष्क गतिविधि के समन्वय में कुछ भूमिका निभा सकती हैं।
इस कामकाजी सिद्धांत का अतिरिक्त विश्लेषणों के साथ परीक्षण किया गया, जिससे पता चला कि भाषा प्रसंस्करण और कहानियों को सुनने और गणित की समस्याओं का उत्तर देने जैसे स्मृति कार्यों के दौरान मस्तिष्क की गतिविधियों को फिर से व्यवस्थित करने के लिए मस्तिष्क के सर्पिलों ने दिशाओं को बदल दिया।
“इन मस्तिष्क सर्पिलों की एक प्रमुख विशेषता यह है कि वे अक्सर उन सीमाओं पर उभरते हैं जो मस्तिष्क में विभिन्न कार्यात्मक नेटवर्क को अलग करती हैं,” बताते हैं सिडनी विश्वविद्यालय के स्नातक भौतिकी के छात्र यिबेन जू।
उन स्थानों पर, शोधकर्ताओं का मानना है कि घूमने वाले सर्पिल एक द्वार के रूप में कार्य कर सकते हैं, जिससे मस्तिष्क की गतिविधि दूसरे क्षेत्र में प्रवाहित हो सकती है जब स्पिन विरोध कर रहे हैंया एक दीवार के रूप में, इसे अवरुद्ध करना जब वे एक ही दिशा में घूमते हैं.
“अपनी घूर्णी गति के माध्यम से, वे इन नेटवर्कों के बीच गतिविधि के प्रवाह को प्रभावी ढंग से समन्वयित करते हैं,” जू का सुझाव.
ये निष्कर्ष एक वैकल्पिक सिद्धांत पर फिट बैठते हैं कि अलग-अलग कोशिकाओं की गतिविधि से मस्तिष्क की जटिल कार्यप्रणाली कैसे उत्पन्न होती है। सिद्धांत से पता चलता है कि मस्तिष्क की गतिविधि के तरंग-जैसे पैटर्न मस्तिष्क के आकार – सिलवटों, खांचे और आकृति – द्वारा गढ़े जाते हैं, न कि इसके अंतर्संबंधों से।
जापान में टोकुशिमा विश्वविद्यालय के न्यूरोबायोलॉजिस्ट केंटारोह ताकागाकी, जो इस काम में शामिल नहीं थे, कहते हैं गोंग और सहकर्मियों के परिणाम मस्तिष्क की स्तंभ परिकल्पना के लिए “एक स्पष्ट प्रतिबिंदु” प्रस्तुत करते हैं, जो बताता है कि कैसे कॉर्टेक्स को न्यूरॉन्स के स्तंभों में व्यवस्थित किया जाता है जो ब्लॉकों में जानकारी को संसाधित करते हैं।
हालाँकि, अध्ययन में उपयोग की गई एफएमआरआई रिकॉर्डिंग ने केवल मस्तिष्क गतिविधि की धीमी गति से चलने वाली तरंगों को कैप्चर किया है, इसलिए यह देखने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है कि क्या तेज मस्तिष्क तरंग दोलनों और उच्च रिज़ॉल्यूशन स्कैन में समान पैटर्न उभरते हैं।
“मस्तिष्क गतिविधि के रहस्यों को उजागर करके और इसके समन्वय को नियंत्रित करने वाले तंत्र को उजागर करके, हम अनुभूति और मस्तिष्क कार्य को समझने की पूरी क्षमता को अनलॉक करने के करीब पहुंच रहे हैं,” गोंग कहते हैं.
अध्ययन में प्रकाशित किया गया है प्रकृति मानव व्यवहार.
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