जब एक जानवर एक नया वातावरण नेविगेट करना सीखता हैकुछ मस्तिष्क कोशिकाएं विशिष्ट स्थानों पर प्रतिक्रिया देना शुरू करती हैं। इन न्यूरॉन्स को लंबे समय से स्थानिक यादें बनाने के लिए महत्वपूर्ण के रूप में देखा जाता है। एक बार जब एक स्मृति स्थापित हो जाती है, तो इसे अक्सर स्थिर माना जाता है।
लेकिन में एक नया अध्ययन प्रकृति तंत्रिका विज्ञान उस दृश्य को चुनौती दी है। शोधकर्ताओं ने चूहों में 2,500 से अधिक न्यूरॉन्स को ट्रैक किया, जो एक इनाम के लिए एक आभासी ट्रैक चलाने के लिए सीख रहा था। उन्होंने पाया कि यहां तक कि सबसे स्थिर मेमोरी सिग्नल को प्लास्टिसिटी के माध्यम से दैनिक रूप से पुनर्निर्माण किया गया था, एक प्रकार का न्यूरोनल रिवाइरिंग।
“यह वास्तव में आश्चर्यजनक था,” अध्ययन के पहले लेखक सचिन वैद्या ने कहा, टेक्सास के बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन में एसोसिएट प्रोफेसर। “मेमोरी को स्थायी सिनैप्टिक ताकत द्वारा तय नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसके बजाय कुछ स्थिर सिनैप्स पर भरोसा कर सकते हैं जो प्रत्येक दिन नेटवर्क पर फिर से ट्रिगर प्लास्टिसिटी को ट्रिगर करते हैं।”
दूसरे शब्दों में, चूहे सिर्फ एक स्मृति को पुनः प्राप्त नहीं कर रहे थे: वे सक्रिय रूप से इसे फिर से संगठित कर रहे थे।
“यह नहीं है,” वैद्या ने कहा। “यह एक ऐसा तंत्र है जो स्थिरता और लचीलेपन को संतुलित करता है, नेटवर्क को अनुकूलित करते समय मेमोरी के कोर को संरक्षित करता है।”
यह गूँजता है कि कुछ वैज्ञानिकों ने लंबे समय से संदेह किया है।
“भले ही स्थान समान रह सकता है, समय हमेशा आगे बढ़ रहा है,” रटगर्स विश्वविद्यालय के व्यवहार न्यूरोसाइंटिस्ट ट्रेसी शोर्स ने कहा। “हर बार जब आप एक अनुभव पर प्रतिबिंबित करते हैं, तो समय उन्नत हो जाता है, और इसलिए यह स्मृति कम से कम भाग में, भी नया भी है।”
देखें कि वे कैसे चलते हैं
यह समझने के लिए कि समय के साथ यादें कैसे बनी रहती हैं, शोधकर्ताओं ने एक आभासी ट्रैक पर चलने के लिए चूहों को प्रशिक्षित किया। चूहे एक छोटे मंच पर खड़े थे और आगे की गति को अनुकरण करने के लिए एक चलती दृश्य दृश्य देखे। अंत तक पहुंचने से उन्हें पानी का इनाम मिला। कई दिनों से, चूहों ने इनाम का अनुमान लगाना सीखा और अधिक मज़बूती से भाग लिया।
जैसा कि वे भागते हैं, वैज्ञानिकों ने CA1 नामक एक हिप्पोकैम्पल क्षेत्र में सैकड़ों व्यक्तिगत न्यूरॉन्स में गतिविधि की निगरानी की, जो जानवरों को अंतरिक्ष में अपने स्थान को ट्रैक करने में मदद करता है। दो-फोटॉन कैल्शियम इमेजिंग का उपयोग करते हुए, टीम ने कई दिनों में कोशिकाओं के एक ही सेट को रिकॉर्ड किया।
उन्होंने एक प्रकार के सिग्नल पर ध्यान केंद्रित किया जिसे एक स्थान फ़ील्ड कहा जाता है, जहां एक सेल एक विशिष्ट स्थान पर सक्रिय हो जाता है। मस्तिष्क में इन “जीपीएस टैग” को स्थानिक स्मृति के प्रमुख संकेतक माना जाता है। अध्ययन में, टीम ने कई दिनों तक उन स्थानों की पहचान की जो कई दिनों तक बनी रहीं – आमतौर पर मेमोरी स्थिरता के संकेतों के रूप में लिया जाता है।
समय के साथ एक ही कोशिकाओं को ट्रैक करते हुए, उन्होंने पूछा: क्या ये स्थानिक संकेत स्थिर रहे या समय के साथ शिफ्ट किया गया?
स्थिरता जो स्थिर नहीं है
जैसे -जैसे प्रशिक्षण आगे बढ़ता गया, अधिक न्यूरॉन्स ने प्लेस फ़ील्ड का गठन किया, वर्चुअल ट्रैक पर विशिष्ट स्थानों पर मज़बूती से फायरिंग की। इन पैटर्न ने सुझाव दिया कि एक स्थानिक स्मृति का गठन किया गया था।
कुछ स्थान क्षेत्र संक्षेप में दिखाई दिए और फिर गायब हो गए जबकि अन्य लगातार स्थानों में सक्रिय रहे। इन लंबे समय तक चलने वाले पैटर्न को आमतौर पर एक स्थिर मेमोरी ट्रेस के सबूत के रूप में व्याख्या किया गया था। टीम ने इन अधिक लगातार पैटर्न पर ध्यान केंद्रित किया।
वे एक प्लास्टिसिटी तंत्र के संकेतों की तलाश करते थे, जिसे व्यवहारिक टाइमस्केल सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी कहा जाता था। यह एक मेमोरी को जगह में मुहर लगाने जैसा है: जब एक न्यूरॉन एक मजबूत इनपुट प्राप्त करता है, तो यह गतिविधि के एक फटने को फायर करता है जो एक स्थायी निशान छोड़ देता है। यह एक नए स्थान पर गतिविधि में अचानक छलांग के रूप में दिखाई दिया, इसके बाद वहां फायरिंग जारी रही।
हड़ताली, यहां तक कि स्थिर स्थान के क्षेत्रों वाले न्यूरॉन्स ने अगले दिन एक ही स्थान पर नए व्यवहार टाइमस्केल सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी हस्ताक्षर दिखाए। स्थिरता, दूसरे शब्दों में, स्थिर नहीं थी: इसे नई प्लास्टिसिटी घटनाओं के माध्यम से फिर से बनाया गया था।
ये प्रतिक्रियाएं अक्सर एक ही स्थान पर होती हैं और एक दिन पहले सक्रिय कोशिकाओं में अधिक संभावना थी। समय के साथ, पूर्व गतिविधि वाली कोशिकाओं को पुन: सक्रिय करने की संभावना बढ़ गई, यह सुझाव देते हुए कि एक स्मृति की स्थिरता बार -बार भर्ती से उभरी।
लेकिन क्या कुछ सिनैप्स को ‘स्थिर’ के रूप में चिह्नित किया गया है?
मानेसर में नेशनल ब्रेन रिसर्च सेंटर में एक न्यूरोसाइंटिस्ट और प्रोफेसर सौरव बनर्जी ने लंबे समय तक गैर-कोडिंग आरएनए (LNCRNAs) की ओर इशारा किया, अणु जो प्रोटीन नहीं बनाते हैं, लेकिन विशिष्ट साइटों पर जीन गतिविधि को विनियमित करने में मदद करते हैं।
“हमारी लैब को CA1 सिनैप्स पर एक LNCRNA मिला जो बिल्कुल ऐसा करने के लिए प्रकट होता है,” बनर्जी ने समझाया। “जब हमने सिनैप्स-लक्षित CRISPR का उपयोग करके इसे खटखटाया [the gene-editing tool]वे सिंटैप्स ने खोई गतिविधि और जानवर को स्पष्ट स्मृति घाटे दिखाया। ”
चूहों में, पुनर्सक्रियन तब भी हुआ जब स्मृति समान रही। खोज ने सुझाव दिया कि कुछ मस्तिष्क कोशिकाओं को मेमोरी को सक्रिय रखने के लिए बार-बार फिर से संलग्न करने की आवश्यकता हो सकती है।
हर बार जब हम एक स्मृति को याद करते हैं, तो मस्तिष्क इसे नए सिरे से पुनर्निर्माण कर सकता है।
“हमारा काम करने का विचार यह है कि स्थिर सिनैप्स जगह कोशिकाओं के पुनर्सक्रियन को अधिक संभावना बनाते हैं,” वैद्या ने कहा। “लेकिन प्लास्टिसिटी संभाव्य है। एक सेल एक समय के लिए चुप हो सकता है और फिर भी बाद में फिर से प्रकट हो सकता है। यह हो सकता है कि गतिविधि में अस्थायी लैप्स के बावजूद लंबी अवधि की स्मृति कितनी समाप्त हो जाती है।”
यह जांचने के लिए कि क्या इस तरह के संभाव्य पुनर्सक्रियन – यानी एक न्यूरॉन को फिर से आग लगाने की कितनी संभावना है – यह समझा सकता है कि वे क्या देख रहे थे, शोधकर्ताओं ने मॉडलिंग की ओर रुख किया।
स्मृति के रूप में स्मृति, स्थायित्व नहीं
शोधकर्ताओं ने तीन मॉडलों का अनुकरण किया। एक ने माना कि एक न्यूरॉन एक बार सक्रिय होने के बाद हमेशा के लिए सक्रिय रहा, एक उत्कीर्ण ट्रेस की तरह। एक अन्य उपचारित न्यूरॉन गतिविधि यादृच्छिक के रूप में, पिछले राज्यों की स्मृति के साथ दैनिक पर या बंद स्विच करना। एक तीसरा, जिसे कैस्केड मॉडल कहा जाता है, ने हर बार होने की संभावना को अधिक संभावना बना दिया, जिससे समय के साथ स्थिरता का निर्माण होता है।
केवल कैस्केड मॉडल ने वास्तविक मस्तिष्क के आंकड़ों का मिलान किया, शोधकर्ताओं के अनुसार, स्थिर स्थान कोशिकाओं के उदय और दिनों में उनकी लगातार फायरिंग दोनों को कैप्चर किया गया। इसने मेटाप्लास्टी नामक एक अवधारणा को प्रतिध्वनित किया, जहां एक न्यूरॉन की पिछली गतिविधि को फिर से बदलने की अधिक संभावना है।
रटगर्स विश्वविद्यालय के शोर्स ने कहा, “मैंने हमेशा सोचा है कि क्या प्लास्टिसिटी के स्थिर रूप, जैसे स्थायी सिनैप्टिक मजबूत, यादों की गतिशील प्रकृति के लिए जिम्मेदार हो सकते हैं।” “एक अधिक गतिशील रूप, यह मेटाप्लासिकिटी, प्रतीत होता है कि आवश्यक है।”
अर्थात्, मेमोरी तय या यादृच्छिक नहीं हो सकती है, लेकिन अनुभव द्वारा आकार और अभ्यास द्वारा निरंतर हो सकती है।
जब पुनर्सक्रियन नहीं होता है
माउस अध्ययन ने एक और सवाल उठाया: क्या होता है जब पुन: सक्रियता विफल हो जाती है या जब मस्तिष्क सक्रिय रूप से एक स्मृति को नष्ट कर देता है?
एक और नया अध्ययन, यह एक में प्रकाशित हुआ वर्तमान जीव विज्ञानफल मक्खियों की ओर मुड़ गया, यह पता लगाने के लिए कि एक अल्पकालिक मेमोरी ट्रेस कैसे शिफ्ट हो सकता है और फिर गायब हो सकता है अगर इसे बनाए नहीं रखा गया।
फलों की मक्खियों में, बीजिंग में त्सिंघुआ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक चीनी-इनाम कार्य के बाद गठित एक साहचर्य स्मृति की जांच की। प्रशिक्षण के तुरंत बाद, एक सिग्नल न्यूरॉन्स के बीच एक सिनैप्स पर दिखाई दिया जो कि इनाम की प्रक्रिया करता है, लेकिन एक घंटे के भीतर फीका हो गया। इस बीच, एक दूसरा संकेत एक अलग मस्तिष्क क्षेत्र में उभरा, जिसमें कनेक्शन का एक नया सेट शामिल था।
शोधकर्ताओं ने इसे ट्रेस शिफ्ट कहा क्योंकि मेमोरी शरीर में एक साइट से दूसरे स्थान पर चली गई। उत्तरार्द्ध में, न्यूरॉन्स ने ताजा सक्रिय क्षेत्र बनाना शुरू किया, संरचनाएं जहां न्यूरोट्रांसमीटर जारी किए जाते हैं। लेकिन ये नए क्षेत्र नहीं चले। यह ऐसा था जैसे मस्तिष्क ने एक दूसरी मेमोरी गोदाम खोला था और इसे विध्वंस के लिए चिह्नित किया था। Rac1 और Ephrin जैसे अणुओं ने फोरमैन के रूप में काम किया, नए सक्रिय क्षेत्रों को हटाने और दूसरे ट्रेस को खत्म करने का निर्देश दिया। जब इन आणविक विध्वंस दल को अवरुद्ध कर दिया गया था, तो स्मृति लंबे समय तक सुस्त हो गई।
क्या समान भूलने वाले तंत्र स्तनधारियों में मौजूद हैं? बनर्जी ने हाँ कहा। एक अध्ययन में कि वह का हिस्सा था, शोधकर्ताओं ने पाया कि काफेरिम्बिक कॉर्टेक्स में एक विशिष्ट LNCRNA को हटाने से बार -बार एक्सपोज़र के बाद भी एक डर के विलुप्त होने को बाधित किया गया।
उनकी टीम ने एक चयापचय लिंक को भी उजागर किया: एक LNCRNA जिसने हिप्पोकैम्पस सिनैप्स में एटीपी उत्पादन को विनियमित किया।
“नींद को बाधित करें, ऊर्जा खो दें, और ट्रेस ढह जाता है,” बनर्जी ने कहा। “यह दिखाता है कि आणविक और चयापचय कारक सीधे प्रभावित कर सकते हैं कि क्या स्मृति फीकी पड़ती है या बनी रहती है।”
निष्क्रिय क्षय के बजाय, फ्लाई अध्ययन ने एक ऑर्केस्ट्रेटेड, मल्टी-स्टेप प्रक्रिया के रूप में भूलने का वर्णन किया, एक बार मेमोरी को हटाने के लिए चिह्नित साइट पर जाने के बाद ट्रिगर हो गया।
बनर्जी के निष्कर्षों ने स्तनधारी समानताएं सुझाईं: यह भी भूलना, एक सक्रिय और विनियमित प्रक्रिया है, भले ही अधिक बारीक और जटिल हो।
“आरएसी और एफ्रिन सिनैप्स के आकार को प्रभावित करते हैं, और यह उन्हें कम स्थिर बना सकता है,” बनर्जी ने कहा। “लेकिन मुझे नहीं लगता कि ये अणु अकेले इस तरह की मेमोरी शिफ्ट की व्याख्या करते हैं जो हमने मक्खियों में देखा था। परिवर्तन की संभावना इस बात पर अधिक निर्भर करती है कि न्यूरॉन्स के समूह व्यक्तिगत कनेक्शनों पर क्या हो रहा है, इस पर सिर्फ एक साथ व्यवहार करते हैं। हम अभी तक उन बड़े-चित्र पैटर्न को आणविक विवरण से जोड़ने में नहीं हैं-लेकिन हमें जाने की आवश्यकता है।”
जब स्मृति बनी रहती है, या नहीं
हम अक्सर यादों को स्थैतिक के रूप में सोचते हैं: कुछ नीचे रखा गया है और वापस बुलाए जाने के लिए तैयार है। लेकिन एक मेमोरी रूपों के बाद क्या होता है यह उतना ही महत्वपूर्ण हो सकता है जितना कि यह कैसे बनता है।
बनर्जी ने कहा, “बनाम बड़े पैमाने पर सीखने के लिए एक मजबूत सादृश्य है।” “दो छात्रों के बारे में सोचें: एक महीनों के लिए लगातार अध्ययन, दूसरा रात से पहले रन करता है। पहले आमतौर पर बेहतर होता है क्योंकि बार-बार एक्सपोज़र स्मृति में लॉक करने में मदद करता है। मस्तिष्क में, हम कुछ इसी तरह करते हैं। स्पेसिंग लर्निंग बार-बार एक ही सिंकैप्स को फिर से संलग्न करती है।”
इस काम के लिए एक व्यापक रूप से समर्थित सिद्धांत सर्किट रीमॉडेलिंग कैसे कहा जाता है।
“विचार यह है कि बार -बार सक्रियण केवल एक कनेक्शन को मजबूत नहीं करता है, यह आणविक परिवर्तनों को ट्रिगर करता है जो इसे स्थिर करने में मदद करता है,” बनर्जी ने कहा। “नए प्रोटीन को सक्रिय सिनैप्स पर बनाया जाता है, जो न्यूक्लियस को वापस संकेत देता है और प्रोटीन संश्लेषण को सक्रिय करता है। बाद में, अन्य सिनैप्स उन प्रोटीनों को ‘कैप्चर’ कर सकते हैं और मजबूत हो सकते हैं। यह दो-चरण की प्रक्रिया है कि कैसे क्षणभंगुर गतिविधि एक टिकाऊ स्मृति बन जाती है।”
चूहों में, मेमोरी निशान प्रशिक्षण के कई दिनों में एक ही स्थान पर लौट आए – लेकिन केवल सक्रिय रूप से पुनर्निर्माण करके। मक्खियों में, अल्पकालिक यादें स्थानांतरित हो गईं और जब तक संरक्षित न हो जाए, तब तक इसे समाप्त कर दिया गया। साथ में, अध्ययनों से पता चलता है कि मेमोरी गतिशील है: जरूरत पड़ने पर पुनर्निर्माण करें, जब यह नहीं है तो जाने दें।
इस तरह का लचीलापन एक गहरे समारोह में संकेत देता है।
“स्मृति का उद्देश्य अतीत के बारे में याद दिलाना नहीं है,” शोर्स ने कहा। “हम यह जानने के लिए यादों का उपयोग करते हैं कि हमें अभी और भविष्य में क्या करना चाहिए।”
इस दृश्य में, मेमोरी एक पूर्वाभ्यास की तुलना में कम रिकॉर्ड है जो मन को कार्य करने के लिए धुन देता है।
प्रजातियों, मस्तिष्क क्षेत्रों और स्मृति प्रकारों में अंतर के बावजूद, दोनों अध्ययन एक उत्तेजक विचार की ओर इशारा करते हैं: मेमोरी डिफ़ॉल्ट रूप से मस्तिष्क की दुकानों को एक स्थिर छाप नहीं है। यह एक जीवित प्रक्रिया है: आणविक स्तर से संपूर्ण तंत्रिका सर्किट के पैमाने तक, पुनर्निर्माण, प्रबलित और सक्रिय रूप से क्षय के खिलाफ संरक्षित।
अनिरान मुखोपाध्याय दिल्ली से प्रशिक्षण और विज्ञान संचारक द्वारा एक आनुवंशिकीविद् हैं।
