Tuesday, March 5, 2024
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नई एमआरआई तकनीक मिलीसेकंड टाइमस्केल्स पर मस्तिष्क की गतिविधि को ट्रैक करती है

कल (13 अक्टूबर) को प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए नया दृष्टिकोण न्यूरोसाइंटिस्टों को मिलीसेकंड टाइमस्केल्स पर मस्तिष्क के संकेतों के प्रसार को गैर-आक्रामक रूप से ट्रैक करने की अनुमति दे सकता है। विज्ञान.

तकनीक, जिसे इसके निर्माता “न्यूरॉनल गतिविधि की प्रत्यक्ष इमेजिंग” (डायना) कहते हैं, मौजूदा चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) तकनीक का उपयोग क्विकफायर, आंशिक छवियों की श्रृंखला लेने के लिए करती है, और फिर उन छवियों को एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन तस्वीर बनाने के लिए जोड़ती है जिनमें से मस्तिष्क के बिट्स सक्रिय होते हैं जब।

डायना का अब तक केवल संवेदनाहारी चूहों में परीक्षण किया गया है, और इसके अंतर्निहित तंत्र पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं, नोट्स मैथ्यू सेल्फ, नीदरलैंड इंस्टीट्यूट फॉर न्यूरोसाइंस में एक न्यूरोसाइंटिस्ट जो काम में शामिल नहीं था। लेकिन बशर्ते इसे अन्य प्रयोगशालाओं में दोहराया जा सके, यह विधि मस्तिष्क इमेजिंग में “प्रमुख प्रगति” का प्रतिनिधित्व कर सकती है, वे कहते हैं।

“यह पहली तकनीक होगी जो उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प दोनों के साथ तंत्रिका गतिविधि को गैर-आक्रामक रूप से मापने में सक्षम होगी,” सेल्फ बताते हैं। “मैं निश्चित रूप से इसे आजमाने के लिए बहुत उत्सुक हूं।”

जिन शोधकर्ताओं ने बात की वैज्ञानिक कहते हैं कि वे पहले से ही नई तकनीक की क्षमता को लेकर उत्साहित हैं।

एमआरआई तकनीक ऊतक की विस्तृत छवियों का उत्पादन करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र और रेडियो तरंगों का उपयोग करती है। इसका उपयोग इस तथ्य पर निर्भर करता है कि विभिन्न सामग्रियों में अलग-अलग चुंबकीय गुण होते हैं, जिससे स्कैनर को विभिन्न ऊतकों के बीच अंतर करने या समय के साथ ऊतक में परिवर्तन की निगरानी करने की अनुमति मिलती है।

शोधकर्ताओं ने लंबे समय से इस तकनीक के एक संस्करण का उपयोग किया है, जिसे रक्त ऑक्सीजन स्तर-निर्भर कार्यात्मक एमआरआई के रूप में जाना जाता है।बोल्ड एफएमआरआई), यह अध्ययन करने के लिए कि मानव मस्तिष्क कैसे काम करता है। यह विधि न्यूरोनल गतिविधि के लिए एक प्रॉक्सी के रूप में मस्तिष्क के विशेष क्षेत्रों में रक्त प्रवाह में परिवर्तन का पता लगाती है।

बोल्ड fMRI एक मिलीमीटर या उससे कम मस्तिष्क के ऊतकों की गतिविधि को इंगित कर सकता है। लेकिन तकनीक का अस्थायी समाधान कम प्रभावशाली है। रक्त प्रवाह में परिवर्तन सेकंड में होता है-न्यूरॉनल संकेतों के मिलीसेकंड टाइमस्केल की तुलना में बहुत धीमा। एफएमआरआई से छवियां अक्सर एक साथ सक्रिय एक संपूर्ण तंत्रिका पथ दिखाती हैं, जब वास्तव में, मार्ग के एक हिस्से से दूसरे हिस्से तक एक तंत्रिका संकेत फैलता है।

देखना “मनुष्य में कौन से न्यूरॉन्स सबसे पहले सोते हैं? एफएमआरआई बता सकता है

अन्य गैर-इनवेसिव तकनीकें जो सीधे विद्युत गतिविधि को मापती हैं, जैसे कि इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी (ईईजी) और मैग्नेटोएन्सेफलोग्राफी (एमईजी), न्यूरोनल फायरिंग के समय को इंगित करने में बहुत बेहतर हैं, लेकिन जब यह स्थानिक संकल्प की बात आती है तो बहुत खराब होती है।

नए अध्ययन में, जंग-योन पार्क, दक्षिण कोरिया के सुंगक्यूंकवान विश्वविद्यालय में एक बायोमेडिकल इंजीनियर, और उनके सहयोगियों ने समस्या से निपटने के लिए एक नया तरीका निकाला। पारंपरिक fMRI की तरह, हर कुछ सेकंड में मस्तिष्क के एक विशेष क्रॉस-सेक्शन की पूरी छवियां लेने के बजाय, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने अपने MRI उपकरण सेट किए ताकि यह बहुत कम अंतराल पर बहुत छोटी, आंशिक छवियों के अनुक्रमों को इकट्ठा कर सके – बस एक कुछ मिलीसेकंड अलग। फिर वे प्रत्येक समय बिंदु पर उस मस्तिष्क क्रॉस-सेक्शन का पूरा दृश्य प्राप्त करने के लिए इन आंशिक छवियों को एक साथ सिलाई करने में सक्षम होंगे।

यह देखने के लिए कि क्या वे इस दृष्टिकोण के साथ मस्तिष्क गतिविधि के किसी भी संकेत की पहचान कर सकते हैं, शोधकर्ताओं ने एमआरआई स्कैनर में एनेस्थेटाइज्ड चूहों को पॉप किया, फिर बिजली के प्रवाह के साथ जानवरों के व्हिस्कर पैड को हल्के ढंग से ज़ैप किया। उन्होंने पाया कि उनकी तकनीक द्वारा निर्मित छवियां सोमैटोसेंसरी कॉर्टेक्स में किसी प्रकार का संकेत दर्ज कर रही थीं- माउस मस्तिष्क का थोड़ा सा हिस्सा जो व्हिस्कर उत्तेजना को महसूस करता है- 25 मिलीसेकंड या जैप के बाद।

इसकी और खोज करते हुए, उन्होंने पाया कि “डायना सिग्नल” वास्तव में समय के साथ घूमता रहा। यह मस्तिष्क के एक क्षेत्र में दिखाई दिया, जिसे थैलेमस कहा जाता है, व्हिस्कर जैप के बाद लगभग 10 मिलीसेकंड, सोमैटोसेंसरी कॉर्टेक्स के एक सेक्शन में लगभग 25 मिलीसेकंड सेकेंड मार्क पर चला गया, और फिर कुछ मिलीसेकंड बाद सोमैटोसेंसरी कॉर्टेक्स के दूसरे हिस्से में उछला।

एक बड़ी पहेली यह है कि डायना वास्तव में क्या पता लगा रही है।

इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और जैसी आक्रामक तकनीकों के साथ एक ही मस्तिष्क क्षेत्र का माप लेना ऑप्टोजेनेटिक्सटीम ने दिखाया कि उनका डायना संकेत वास्तव में व्हिस्कर उत्तेजना के जवाब में न्यूरोनल गतिविधि के प्रसार का पता लगा रहा था।

पीटर बैंडेटिनी, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ मेंटल हेल्थ (एनआईएमएच) के एक न्यूरोसाइंटिस्ट और भौतिक विज्ञानी, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, टीम के काम को “अविश्वसनीय रूप से आश्वस्त करने वाला” कहते हैं। उन्होंने कहा, कई टीमों ने पहले एमआरआई के अस्थायी समाधान को बढ़ावा देने का प्रयास किया है, लेकिन कुछ अपने दावों को मजबूत करने के लिए इतनी लंबाई तक गए हैं। कागज में यह दिखाने के लिए कि तकनीक वास्तव में न्यूरोनल संकेतों के प्रसार को ट्रैक कर रही थी, “प्रयोग के दौरे की शक्ति” शामिल थी।

पार्क बताता है वैज्ञानिक कि उन्हें यकीन नहीं है कि शोधकर्ताओं ने पहले इस प्रभाव की सूचना क्यों नहीं दी, यह देखते हुए कि इसके लिए विशेष रूप से विशेष उपकरण की आवश्यकता नहीं है, लेकिन कहते हैं कि यह संभावना है कि लोगों ने इस तरह से चित्र बनाने के बारे में नहीं सोचा था। बैंडेटिनी ने नोट किया कि डायना जैसी तीव्र आंशिक छवियों को लेने के लिए एक एमआरआई मशीन को हैक करने के लिए एक महत्वपूर्ण मात्रा में विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है-और एक विश्वास है कि यह कुछ दिलचस्प हो सकता है।

एक बड़ी पहेली यह है कि डायना वास्तव में क्या पता लगा रही है। पार्क और सहकर्मियों ने अपने अध्ययन में दिखाया कि बोल्ड प्रभाव जिम्मेदार होने की संभावना नहीं है, और इसके बजाय सुझाव देते हैं कि उनकी विधि फायरिंग न्यूरॉन्स की झिल्ली क्षमता में परिवर्तन दर्ज कर रही है, शायद झिल्ली की सतह पर पानी की मात्रा में उतार-चढ़ाव के माध्यम से या सेल सूजन के माध्यम से। यह एक संभावना है, स्व कहते हैं, लेकिन कुल मिलाकर, “तंत्र सुपर स्पष्ट नहीं है। . . . मुझे लगता है कि भविष्य के अध्ययनों में इसे प्रदर्शित करने की आवश्यकता है।”

अपने वर्तमान स्वरूप में, डायना की कुछ सीमाएं हैं, पार्क को नोट करता है, जिसे विधि से संबंधित पेटेंट पर सह-आविष्कारक के रूप में नामित किया गया है। जिस तरह से अलग-अलग समय पर ली गई आंशिक छवियों को मिलाकर विधि पूर्ण-मस्तिष्क स्नैपशॉट को एक साथ जोड़ती है, तकनीक तथाकथित गति कलाकृतियों के लिए अतिसंवेदनशील होने की संभावना है – जानवरों के बीच अपना सिर हिलाने के कारण होने वाली रुकावटें। यह डायना को जानवरों या लोगों को जगाने के लिए अनुवाद करने में कुछ चुनौतियां पेश कर सकता है।

DIANA जो संकेत उठा रहा है, वह भी अपेक्षाकृत कमजोर है—बोल्ड fMRI से छोटे परिमाण के क्रम के आसपास, बैंडेटिनी नोट करता है। उनका कहना है कि टीम के दृष्टिकोण की नकल करने में सक्षम होने के लिए समूहों को अपेक्षाकृत परिष्कृत एमआरआई उपकरण की आवश्यकता होगी, साथ ही एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल जिसमें कई स्कैन से औसत परिणामों की अनुमति देने के लिए दोहराए गए कार्य या उत्तेजना शामिल हैं, वे कहते हैं। “आपको एक ही चीज़ के बहुत सारे दोहराव की ज़रूरत है, और बहुत, बहुत सटीक संकल्प।”

हालांकि, जिन शोधकर्ताओं ने बात की वैज्ञानिक कहते हैं कि वे पहले से ही नई तकनीक की क्षमता को लेकर उत्साहित हैं। बैंडेटिनी टीम के अन्य प्रयोगों की ओर इशारा करती है जो सुझाव देते हैं कि डायना उत्तेजक और के बीच अंतर करने में सक्षम हो सकती है निरोधात्मक न्यूरोनल सिग्नल- कुछ ऐसा जो इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी जैसी आक्रामक तकनीकों के साथ भी चुनौतीपूर्ण है। “यह सुपर रोमांचक है। इससे यह समझने का एक पूरा क्षेत्र खुल जाएगा कि मस्तिष्क कैसे इंटरैक्ट करता है।”

स्वयं, जो दृश्य प्रसंस्करण का अध्ययन करता है, का कहना है कि वह कई समूहों के बारे में जानता है जो पहले से ही लोगों में डायना को काम करने की कोशिश कर रहे हैं। हालांकि तकनीक अभी भी कुछ आक्रामक प्रौद्योगिकियों के साथ प्राप्त एकल-कोशिका संकल्प की पेशकश नहीं कर सकती है, लेकिन अगर यह अन्य प्रयोगशालाओं में काम करती है तो व्यापक प्रभाव पड़ता है, वे कहते हैं। “सिद्धांत रूप में, इसे मनुष्यों में लिया जा सकता है, इसे शायद रोगी अध्ययन में भी लिया जा सकता है – यह स्वास्थ्य और बीमारी में मस्तिष्क को समझने के लिए अनुसंधान की एक पूरी दुनिया खोल सकता है।”

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