अब, तंत्रिका विज्ञान में एक ऐतिहासिक उपलब्धि यह सब बदलने के लिए तैयार है। दशकों के श्रमसाध्य काम के बाद, शोधकर्ताओं ने एक पूरे वयस्क मस्तिष्क का पहला व्यापक वायरिंग आरेख, या "कनेक्टोम" बनाया है। और कोई भी मस्तिष्क नहीं - यह कनेक्टोम साधारण फल मक्खी, ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर का है। हालाँकि मक्खी का मस्तिष्क मानव मस्तिष्क से बहुत दूर लग सकता है, लेकिन यह उल्लेखनीय उपलब्धि मस्तिष्क के आंतरिक कामकाज को समझने की हमारी खोज में एक बड़ा कदम है।

जर्नल नेचर में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में वर्णित नया ड्रोसोफिला कनेक्टोम, मक्खी के तंत्रिका सर्किटरी के बारे में अभूतपूर्व स्तर का विवरण प्रदान करता है। इसमें 139,255 न्यूरॉन्स और 54.5 मिलियन सिनैप्टिक कनेक्शन शामिल हैं, जो अब तक निर्मित सबसे व्यापक संपूर्ण-मस्तिष्क वायरिंग आरेख का प्रतिनिधित्व करता है। यह उल्लेखनीय संसाधन न केवल एक कार्यशील मस्तिष्क के संगठनात्मक सिद्धांतों पर प्रकाश डालता है, बल्कि यह भी एक आकर्षक झलक प्रदान करता है कि जब हम मानव कनेक्टोम को मैप करने पर अपना लक्ष्य निर्धारित करते हैं तो क्या संभव हो सकता है।

इस सफलता के महत्व को समझने के लिए, हमें सबसे पहले कनेक्टोमिक्स में प्रगति में बाधा डालने वाली दीर्घकालिक चुनौतियों को समझना होगा - तंत्रिका नेटवर्क के मानचित्रण के लिए समर्पित क्षेत्र। न्यूरॉन्स के बीच कनेक्शन के जटिल जाल का पता लगाना एक बहुत ही जटिल कार्य है, जिसके लिए विशेष इमेजिंग तकनीकों और कम्प्यूटेशनल शक्ति की आवश्यकता होती है जो हाल ही में उपलब्ध हुई है।

ऐतिहासिक रूप से, तंत्रिका सर्किट के पुनर्निर्माण के प्रयास मस्तिष्क के छोटे भागों, जैसे रेटिना या मस्तिष्क के एक क्षेत्र तक ही सीमित रहे हैं। जबकि इन आंशिक वायरिंग आरेखों ने अमूल्य अंतर्दृष्टि प्रदान की है, वे वास्तव में यह समझने के लिए आवश्यक समग्र समझ से कम हैं कि मस्तिष्क एक एकीकृत प्रणाली के रूप में कैसे काम करता है। इसके विपरीत, फ्लाई कनेक्टोम पूरे केंद्रीय तंत्रिका तंत्र को शामिल करता है, जो संवेदी इनपुट से मोटर आउटपुट तक सूचना प्रवाह का एक व्यापक दृश्य प्रदान करता है।

पूर्णता का यह स्तर कोई छोटी उपलब्धि नहीं है। व्यक्तिगत सिनेप्स को हल करने के लिए आवश्यक रिज़ॉल्यूशन पर एक पूरे वयस्क मक्खी के मस्तिष्क की इमेजिंग एक बहुत बड़ी तकनीकी चुनौती है, जिसके लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी डेटा के खरबों पिक्सेल प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। और यह तो बस शुरुआत है - अंतिम पुनर्निर्माण की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए डेटा को विशेषज्ञ एनोटेटर्स की टीमों द्वारा श्रमसाध्य रूप से संरेखित, खंडित और प्रूफ़रीड किया जाना चाहिए।

इस ऐतिहासिक उपलब्धि के पीछे सहयोगी प्रयास, फ्लाईवायर कंसोर्टियम का अनुमान है कि पुनर्निर्माण के लिए 33 व्यक्ति-वर्षों की मैन्युअल प्रूफरीडिंग की आवश्यकता थी। इस अत्यंत कठिन प्रयास में न केवल पेशेवर न्यूरोसाइंटिस्ट शामिल थे, बल्कि नागरिक वैज्ञानिकों का एक वैश्विक समुदाय भी शामिल था, जिन्होंने डेटासेट को परिष्कृत करने के लिए अपना समय और विशेषज्ञता स्वेच्छा से दी।

इसका परिणाम अद्वितीय विवरण और पूर्णता का एक संयोजन है, जो मस्तिष्क के तार कैसे जुड़े हैं और वे कैसे काम करते हैं, इस बारे में हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव लाने का वादा करता है। मक्खी के केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के भीतर तंत्रिका कनेक्शन की पूरी सीमा का पता लगाकर, शोधकर्ता अब संवेदी इनपुट से मोटर आउटपुट तक सूचना प्रवाह का पता लगा सकते हैं, विशिष्ट व्यवहारों के अंतर्निहित सर्किट तंत्र को उजागर कर सकते हैं, और मस्तिष्क वास्तुकला को नियंत्रित करने वाले संगठनात्मक सिद्धांतों में नई अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं।

शायद सबसे रोमांचक बात यह है कि इस कनेक्टोम की मक्खी के मस्तिष्क और मानव मस्तिष्क के बीच सेतु के रूप में काम करने की क्षमता है। हालांकि दोनों पैमाने और जटिलता में बहुत अलग हैं, लेकिन वे अपनी अंतर्निहित तंत्रिका संरचना में मौलिक समानताएं साझा करते हैं। मक्खियाँ, अपने तुलनात्मक रूप से सरल तंत्रिका तंत्र के साथ, मस्तिष्क के कार्य के बुनियादी तंत्रों का अध्ययन करने के लिए लंबे समय से मूल्यवान मॉडल जीव रही हैं। नया कनेक्टोम अब हमारे अपने सहित अधिक जटिल मस्तिष्कों की हमारी समझ को निर्देशित करने और सूचित करने के लिए अभूतपूर्व स्तर का विवरण प्रदान करता है।

एक क्षेत्र जहां मक्खी का कनेक्टोम पहले से ही लाभ दे रहा है, वह है संवेदी प्रसंस्करण और संवेदी-मोटर एकीकरण का अध्ययन। मक्खी के दृश्य तंत्र से लेकर उसके मोटर आउटपुट तक के मार्गों का पता लगाकर, शोधकर्ताओं ने इस बारे में नई अंतर्दृष्टि प्राप्त की है कि संवेदी जानकारी को व्यवहारिक आदेशों में कैसे बदला जाता है।

उदाहरण के लिए, कनेक्टोम मक्खी के ओसेलर सिस्टम के अंतर्निहित जटिल सर्किटरी को प्रकट करता है - सरल, लेंस-रहित आँखों का एक सेट जो परिवेशी प्रकाश स्तरों में परिवर्तनों का पता लगाता है। माना जाता है कि ये ओसेली मक्खी की नज़र को स्थिर करने और उसकी उड़ान की गतिविधियों को समन्वित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, लेकिन सटीक तंत्रिका तंत्र मायावी बने हुए हैं।

हालाँकि, नए कनेक्टोम ने शोधकर्ताओं को ओसेलर सिस्टम के पूरे वायरिंग आरेख को मैप करने की अनुमति दी है, जो फोटोरिसेप्टर से मस्तिष्क के एक विशेष क्षेत्र में सूचना के प्रवाह का पता लगाता है जिसे ओसेलर गैंग्लियन कहा जाता है, और फिर अवरोही मोटर न्यूरॉन्स पर जो सिर और शरीर की गतिविधियों को नियंत्रित करते हैं। इस स्तर के विवरण ने शोधकर्ताओं को एक विशिष्ट सर्किट तंत्र का प्रस्ताव करने में सक्षम बनाया है जिसके द्वारा ओसेली मक्खी की स्थिर उड़ान और टकटकी बनाए रखने की क्षमता में योगदान दे सकता है।

महत्वपूर्ण बात यह है कि ओसेलर सर्किट सिर्फ़ एक उदाहरण है कि कनेक्टोम का उपयोग व्यवहार के तंत्रिका आधार को उजागर करने के लिए कैसे किया जा सकता है। इस शारीरिक डेटा को कार्यात्मक अध्ययनों के साथ जोड़कर, शोधकर्ता यह पता लगाना शुरू कर सकते हैं कि मस्तिष्क की वायरिंग किस तरह से व्यवहार के समृद्ध प्रदर्शनों की सूची को जन्म देती है जिसे हम मक्खी में देखते हैं।

बेशक, जटिलता के मामले में मक्खी का मस्तिष्क अभी भी मानव मस्तिष्क से बहुत दूर है। वयस्क मानव मस्तिष्क में लगभग 86 बिलियन न्यूरॉन होते हैं - जो मक्खी में पाए जाने वाले न्यूरॉन की संख्या से 600 गुना अधिक है। और जबकि मक्खी का कनेक्टोम इंजीनियरिंग की एक प्रभावशाली उपलब्धि का प्रतिनिधित्व करता है, मानव मस्तिष्क के कनेक्शनों का जटिल जाल कई गुना अधिक जटिल है।

फिर भी, मक्खी के कनेक्टोम से सीखे गए सबक निस्संदेह मानव मस्तिष्क का मानचित्रण करने के प्रयासों को सूचित और गति प्रदान करेंगे। मक्खी परियोजना के लिए विकसित की गई रणनीतियाँ और प्रौद्योगिकियाँ, उन्नत इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तकनीकों से लेकर डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण के लिए स्केलेबल कम्प्यूटेशनल पाइपलाइनों तक, मानव मस्तिष्क पर अनुकूलित और लागू की जा सकती हैं। और मक्खी की तंत्रिका वास्तुकला से प्राप्त अंतर्दृष्टि सभी प्रजातियों में मस्तिष्क के कार्य को नियंत्रित करने वाले संगठनात्मक सिद्धांतों के बारे में महत्वपूर्ण सुराग प्रदान कर सकती है।

वास्तव में, पहला व्यापक मानव कनेक्टोम बनाने की दौड़ पहले से ही चल रही है। कई प्रमुख पहल, जैसे कि एडवांसिंग इनोवेटिव न्यूरोटेक्नोलॉजीज (BRAIN) कार्यक्रम के माध्यम से यूएस ब्रेन रिसर्च और यूरोपीय मानव मस्तिष्क परियोजना, इस महत्वाकांक्षी लक्ष्य के लिए समर्पित हैं। जबकि तकनीकी चुनौतियाँ दुर्जेय हैं, संभावित लाभ बहुत अधिक हैं।

मानव मस्तिष्क का एक पूरा वायरिंग आरेख न केवल संज्ञान और चेतना की हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव लाएगा, बल्कि न्यूरोलॉजी और मनोचिकित्सा से लेकर कृत्रिम बुद्धिमत्ता तक के क्षेत्रों में अभूतपूर्व प्रगति का मार्ग भी प्रशस्त कर सकता है। मस्तिष्क के जटिल तंत्रिका सर्किटों का मानचित्रण करके, शोधकर्ता न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग संबंधी विकारों की उत्पत्ति के बारे में अभूतपूर्व जानकारी प्राप्त कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से नए नैदानिक उपकरण और लक्षित उपचारों की खोज हो सकती है। और मस्तिष्क की सूचना प्रसंस्करण क्षमताओं को रिवर्स-इंजीनियरिंग करके, हम वास्तव में बुद्धिमान मशीनें बनाने के रहस्यों को खोल सकते हैं जो मानव-स्तर की संज्ञानात्मक क्षमताओं से मेल खा सकती हैं या उनसे भी आगे निकल सकती हैं।

बेशक, मानव कनेक्टोम तक पहुँचने का रास्ता लंबा और बाधाओं से भरा है। मानव मस्तिष्क का विशाल आकार, इसकी तंत्रिका संरचना की अंतर्निहित जटिलता के साथ मिलकर, कठिन तकनीकी चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है जिसके लिए वर्षों तक निरंतर प्रयास और नवाचार की आवश्यकता होगी। और एक बार जब एक व्यापक वायरिंग आरेख प्राप्त हो जाता है, तो उस शारीरिक ज्ञान को मस्तिष्क की कार्यात्मक समझ में बदलना अपने आप में एक बड़ी चुनौती होगी।

फिर भी फ्लाई कनेक्टोम परियोजना की सफलता आशा की एक किरण प्रदान करती है। यह दर्शाता है कि पर्याप्त संसाधनों, अत्याधुनिक तकनीक और सहयोगात्मक भावना के साथ, असंभव प्रतीत होने वाले कार्य को भी प्राप्त किया जा सकता है। और जैसा कि फ्लाई कनेक्टोम ने दिखाया है, एक “सरल” मस्तिष्क से प्राप्त अंतर्दृष्टि का ज्ञात ब्रह्मांड में सबसे जटिल जैविक संरचना - मानव मस्तिष्क की हमारी समझ के लिए गहरा प्रभाव हो सकता है।

जब हम भविष्य की ओर देखते हैं, तो ड्रोसोफिला कनेक्टोम इस बात का एक शानदार उदाहरण है कि जब वैज्ञानिक असंभव लगने वाले कामों पर नज़र डालते हैं, तो क्या हासिल किया जा सकता है। यह मानवीय सरलता, दृढ़ता और सहयोगी विज्ञान की परिवर्तनकारी क्षमता की शक्ति का प्रमाण है। और यह उन सफलताओं का एक आकर्षक पूर्वावलोकन है जो मस्तिष्क के रहस्यों को जानने की हमारी खोज को जारी रखते हुए आगे आ सकती हैं।

अग्रिम पठन

1. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07558-y
2. फ्लाईवायर कंसोर्टियम और मैप किए गए मस्तिष्क की खोज - https://flywire.ai/