स्मृतियों का स्वरूप देखना

आईएसटीए वैज्ञानिक हिप्पोकैम्पस के अंदर स्मृति प्रसंस्करण पर गहराई से नज़र डालते हैं

एक समुद्री घोड़े से मिलता-जुलता, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है कि ग्रीक शब्द “हिप्पोस” (घोड़ा) और “कैम्पस” (समुद्री राक्षस) है, हिप्पोकैम्पस एक मस्तिष्क क्षेत्र है जो स्मृति निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है। लेकिन हाल तक, वैज्ञानिक स्मृति निर्माण को विशिष्ट आणविक संकेतों से जोड़ने में सक्षम नहीं हुए हैं। अब, इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया (आईएसटीए) और मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर मल्टीडिसिप्लिनरी साइंसेज के वैज्ञानिकों की एक टीम ने संभवतः इस ब्लैक बॉक्स को खोला है। उनके परिणाम प्रकाशित किए गए हैं पीएलओएस जीवविज्ञान।

मरीज 'एचएम' के नाम से जाने जाने वाले हेनरी गुस्ताव मोलाइसन मिर्गी से पीड़ित थे। दौरे से परेशान होकर, उन्हें एक सर्जन के पास भेजा गया, जिन्होंने मिर्गी को उनके मस्तिष्क के अंदर टेम्पोरल लोब, हिप्पोकैम्पस के घर, में स्थानीयकृत किया।

1 सितंबर, 1953 को एचएम की मिर्गी का इलाज करने के लिए उनके मस्तिष्क की सर्जरी की गई, जिसमें उनके हिप्पोकैम्पस को हटा दिया गया। सर्जरी के बाद, मिर्गी और दौरे गायब हो गए, फिर भी एचएम ने गंभीर दुष्प्रभाव विकसित किए। वह अब एंटेरोग्रेड भूलने की बीमारी से पीड़ित था, उसे सर्जरी से पहले की सभी घटनाएं याद थीं लेकिन नई यादें बनाने में असमर्थ था। उनके मामले ने हिप्पोकैम्पस को मस्तिष्क के कार्य और स्मृति निर्माण से जोड़ने में मदद की।

आजकल, हिप्पोकैम्पस को मानव मस्तिष्क में एक महत्वपूर्ण क्षेत्र के रूप में पहचाना जाता है, जो स्मृति निर्माण और स्थानिक नेविगेशन में शामिल है। यह अल्पकालिक स्मृति को दीर्घकालिक स्मृति में परिवर्तित करता है, जिससे व्यक्तिगत अनुभव के संशोधन की सुविधा मिलती है।

ओलेना किम, युजी ओकामोटो और के नेतृत्व में एक नए अध्ययन में जीवन विज्ञान के लिए मैग्डेलेना वाल्ज़ प्रोफेसर इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया (आईएसटीए) पीटर जोनास में न्यूरोसाइंटिस्टों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने मेमोरी प्रोसेसिंग को संचालित करने वाले आणविक तंत्र के बारे में नए विवरण उजागर किए। वैज्ञानिकों ने इसकी संरचना, आवश्यक अणुओं और कार्यक्षमता का अध्ययन करने के लिए दृष्टिकोणों को मिलाकर हिप्पोकैम्पस में विशिष्ट तंत्रिका कोशिकाओं (न्यूरॉन्स) के बीच एक प्रमुख कनेक्शन बिंदु- मॉसी फाइबर सिनैप्स पर सटीक नज़र डाली।

स्मृति केंद्र

हिप्पोकैम्पस के अंदर, कई प्रकार के न्यूरॉन्स स्मृति प्रसंस्करण में शामिल होते हैं। उदाहरण के लिए, ग्रेन्युल कोशिकाएँ आने वाली सूचनाओं को संभालने के लिए महत्वपूर्ण हैं। आईएसटीए स्नातक और अब ऑस्ट्रियन एकेडमी ऑफ साइंसेज (ÖAW) के इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर बायोटेक्नोलॉजी (आईएमबीए) में पोस्टडॉक ओलेना किम बताती हैं, “ग्रैन्यूल कोशिकाएं मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों से विभिन्न संकेत प्राप्त करती हैं, जिन्हें उन्हें संसाधित करना चाहिए और आगे प्रसारित करना चाहिए।”

ये संकेत ग्रेन्युल कोशिकाओं के अक्षतंतु-उनके बांह जैसे विस्तार, जिसे मॉसी फाइबर के रूप में जाना जाता है, के माध्यम से प्रेषित होते हैं। ये रेशे पिरामिडनुमा कोशिकाओं-मॉसी फाइबर सिनैप्स-के लिए एक संपर्क बिंदु बनाते हैं। इस संबंध में, न्यूरोट्रांसमीटर के रूप में संदेशवाहक अणु संचार की सुविधा प्रदान करते हैं, अंततः स्मृति के निर्माण और भंडारण को ट्रिगर करते हैं।

मोसी फाइबर सिनैप्स की विशेषता उनकी उच्च प्लास्टिसिटी है, जिसका अर्थ है कि वे उत्तेजनाओं के आधार पर अपनी गतिविधि, संरचना और कनेक्शन बदल सकते हैं। यह अनुकूलनशीलता हिप्पोकैम्पस को जानकारी को सही ढंग से संसाधित करने और समान संकेतों के बीच अंतर करने में मदद करती है।

किम एक उदाहरण देते हैं, “मान लीजिए, आपका सामना एक पैंथर और एक काली बिल्ली से होता है, दोनों काले और बिल्ली के समान दिखते हैं। फिर भी आप एक को बिल्ली और एक को पैंथर के रूप में अलग कर सकते हैं। मोसी फाइबर सिनैप्स एन्कोडिंग और प्रसंस्करण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं ये विशिष्ट विशेषताएं, अंततः स्मृति और जानकारी को पुनः प्राप्त करती हैं।”

क्लोज़-अप में मॉसी फ़ाइबर सिनेप्सेस

मॉसी फाइबर सिनैप्स में सिग्नल प्रोसेसिंग कैसे काम करती है, इसका सटीक आणविक विवरण अभी भी अज्ञात है। 2020 में, पीटर जोनास, कैरोलिना बोर्गेस-मेरजेन और ओलेना किम ने 'फ्लैश एंड फ्रीज' नामक एक नई तकनीक का उपयोग करके मॉसी फाइबर सिनैप्स की संरचना का अध्ययन करने के लिए काम शुरू किया – एक शक्तिशाली उपकरण, जहां उत्तेजित होने के तुरंत बाद न्यूरॉन्स जमे हुए होते हैं। .

किम कहते हैं, “उस समय, हम मॉसी फाइबर सिनैप्स में संरचनात्मक परिवर्तनों को उनकी कार्यक्षमता से जोड़ने में सक्षम थे।” “हालांकि, हम तकनीक को और आगे बढ़ाना चाहते थे और न केवल सिनैप्स की संरचना को देखना चाहते थे, बल्कि सिग्नल संसाधित होने पर आणविक स्तर पर होने वाले परिवर्तनों को भी देखना चाहते थे।”

वैज्ञानिक विशेष रूप से न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज ज़ोन में स्थित दो प्रोटीनों में रुचि रखते थे: सीएवी2.1 कैल्शियम चैनल, जो महत्वपूर्ण हैं क्योंकि उन चैनलों के माध्यम से कैल्शियम का प्रवाह न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज को ट्रिगर करता है, और मुन्क13, एक प्रमुख कारक, जो न्यूरोट्रांसमीटर की तैयारी पर संकेत देता है। रिहा हो जाइए।

किम आगे कहते हैं, “हमारे अध्ययन से पहले, इन दो प्रोटीनों पर सारा काम रासायनिक रूप से स्थिर मस्तिष्क के नमूनों से किया गया था।” चूँकि वे नमूने जीवित नहीं हैं, वे गतिशील प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान नहीं करते हैं। “हमारे नए अध्ययन के लिए, हम इन प्रोटीनों की गतिशीलता, प्राकृतिक संरचना और स्थानीयकरण को संरक्षित करने के लिए जीवित मस्तिष्क ऊतक का उपयोग करने के लिए उत्सुक थे।”

चाँद जैसी सतह

अपने आईएसटीए सहयोगियों, प्रोफेसर रयुची शिगेमोटो और स्टाफ वैज्ञानिक वाल्टर कॉफमैन की मदद से, वैज्ञानिकों ने 'फ्रीज फ्रैक्चर लेबलिंग' तकनीक का इस्तेमाल किया। उन्होंने स्मृति निर्माण की प्रक्रिया को सक्रिय करने के लिए चूहे के मस्तिष्क के ऊतकों के नमूनों में कणिका कोशिकाओं को रासायनिक रूप से उत्तेजित किया। फिर, मस्तिष्क के ऊतक तुरंत जम गए और दो हिस्सों में विभाजित हो गए। अनुभाग का आंतरिक भाग अंदर ऊतक की उजागर सतह का प्रतिनिधित्व करता है – उस विशिष्ट क्षण में ऊतक का एक 3डी पदचिह्न, एम्बेडेड प्रोटीन और अणुओं के साथ।

उन्हें दृश्यमान बनाने के लिए Cav2.1 और Munc13 को लेबल करने के बाद, शोधकर्ताओं ने उनके सटीक स्थानीयकरण का पता लगाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। चंद्रमा के क्लोज़-अप से मिलती-जुलती छवियों से पता चला कि उत्तेजना पर, ये दोनों प्रोटीन पुन: व्यवस्थित हो गए और एक साथ करीब आ गए।

आगे के परीक्षण से पता चला कि पुनर्व्यवस्था का मॉसी फाइबर सिनैप्स की कार्यक्षमता के साथ गहरा संबंध है। पीटर जोनास संक्षेप में बताते हैं, “सक्रियण पर, दो परिवर्तन होते हैं। पहला, झिल्ली के पास पुटिकाओं की संख्या बढ़ जाती है। दूसरा, कैव2.1 और मुनक13 की नैनो-पुनर्व्यवस्था होती है, जिससे सिनैप्स अधिक शक्तिशाली और अधिक सटीक हो जाते हैं। दोनों परिवर्तन हो सकते हैं स्मृति निर्माण में योगदान करें।”

अध्ययन हिप्पोकैम्पस में एक प्रमुख सिनेप्स पर संरचना और कार्य के बीच संबंध पर प्रकाश डालता है। हमारी स्मृतियाँ अक्सर ज्वलंत छवियाँ उत्पन्न करती हैं। लेकिन अब तक, हम उन आणविक संकेतों को पकड़ने में सक्षम नहीं हो पाए हैं जो स्मृति निर्माण को उजागर करते हैं। वर्तमान अध्ययन उसमें एक आधारशिला स्थापित करता है।

प्रकाशन:

ओ. किम, वाई. ओकामोटो, डब्ल्यूए कॉफ़मैन, एन. ब्रोज़, आर. शिगेमोटो और पी. जोनास। 2024. प्रीसिनेप्टिक सीएमपी-पीकेए-मध्यस्थता पोटेंशियेशन हिप्पोकैम्पस मॉसी फाइबर बॉटन में सिनैप्टिक वेसिकल पूल और चैनल-वेसिकल युग्मन के पुनर्संरचना को प्रेरित करता है।.पीएलओएस जीवविज्ञान. डीओआई: 10.1371/जर्नल.पीबीओ.3002879

मूलभूत प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए, उदाहरण के लिए, तंत्रिका विज्ञान, प्रतिरक्षा विज्ञान, या आनुवंशिकी के क्षेत्र में, अनुसंधान में जानवरों का उपयोग अपरिहार्य है। कोई भी अन्य विधि, जैसे कि सिलिको मॉडल, विकल्प के रूप में काम नहीं कर सकती। जानवरों को ऑस्ट्रियाई कानून के सख्त नियमों के अनुसार पाला, रखा और इलाज किया जाता है। सभी पशु प्रक्रियाओं को संघीय शिक्षा, विज्ञान और अनुसंधान मंत्रालय द्वारा अनुमोदित किया जाता है।