മണല്ത്തരിയോളം തലച്ചോര്ഭാഗം, ത്രീഡി മാപ്പിങ്ങില് തെളിഞ്ഞത് അമ്പരപ്പിക്കുന്ന അറിവുകള്
എലിയുടെ തലച്ചോറിലെ വിഷ്വല് കോര്ട്ടെക്സില് നിന്ന്, മണല്ത്തരിയോളം പോന്ന ഭാഗം (ഏതാണ്ട് ഒരു ഘനമില്ലീമീറ്റര്) ഗവേഷകര് ശ്രമകരമായ ത്രിമാന ചിത്രീകരണത്തിന് വിധേയമാക്കി. അത്ഭുതങ്ങളുടെ അമ്പരപ്പിക്കുന്ന ഒരു ലോകമാണ് ആ ത്രിമാന മാപ്പ് കാട്ടിത്തന്നത്. അത്രയും ചെറിയ ഭാഗത്ത് മാത്രം 84,000 ന്യൂറോണുകള് (സിരാകോശങ്ങള്) ഉള്ളതായി ഗവേഷകര് കണ്ടു. മാത്രമല്ല, അവയുടെ നെറ്റ്വര്ക്കിങിന്റെ ഭാഗമായി 50 കോടി ന്യൂറോണ് കണക്ഷനുകള് അഥവ സിനാപ്സുകളും 5.4 കിലോമീറ്റര് നീളംവരുന്ന ന്യൂറല് വയറിങ്ങും ഉള്ളതായും പഠനത്തില് വ്യക്തമായി.
ഇതുവരെ ലഭ്യമായതില് ഏറ്റവും സമഗ്രമായ മസ്തിഷ്ക ഡയഗ്രമാണ് ത്രിമാന മാപ്പിങ് വഴി രൂപപ്പെടുത്തിയത്. തലച്ചോറിന്റെ പ്രവര്ത്തനത്തേപ്പറ്റി പുതിയ ഉള്ക്കാഴ്ച നല്കുന്ന ഈ ത്രിമാന മാപ്പ്, മസ്തിഷ്കപഠനത്തില് പുത്തന് നാഴികക്കല്ലാകുമെന്ന് കരുതുന്നു.
യു.എസില് ടെക്സാസിലെ ബൈലര് കോളേജ് ഓഫ് മെഡിസിന്, അലന് ഇന്സ്റ്റിട്ട്യൂട്ട്, പ്രിന്സ്റ്റണ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി എന്നീ മൂന്ന് സ്ഥാപനങ്ങളിലെ 150-ഓളം ഗവേഷകരുടെ ഏഴുവര്ഷത്തെ പരിശ്രമം വേണ്ടിവന്നു ത്രിമാനമാപ്പിങ് പദ്ധതി പൂര്ത്തിയാക്കാന്. നിര്മ്മിത ബുദ്ധിയുടെ അഥവാ ആര്ട്ടിഫിഷ്യല് ഇന്റലിജന്സി (AI) ന്റെ സാധ്യതകളും പദ്ധതിക്കായി പ്രയോജനപ്പെടുത്തി.
മസ്തിഷ്ക ത്രിമാനമാപ്പിങ് സംരംഭത്തിന് 'മൈക്രോണ്സ് പ്രോജക്ട്' (MICrONS project) എന്നാണ് പേര്. പഠനപദ്ധതിയുടെ കണ്ടെത്തലുകള് എട്ട് പേപ്പറുകളുടെ പരമ്പരയായി നേച്ചര് ജേര്ണല് പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. പഠനം മനുഷ്യന്റെ കാര്യത്തിലും വ്യാപിപ്പിക്കാനാകുമെന്ന വിശ്വാസത്തിലാണ് ഗവേഷകര്. തലച്ചോറിന്റെ പ്രവര്ത്തനം കൂടുതലറിയാനും ബുദ്ധിനിലവാരം, ചോദന എന്നിവ കൂടാതെ, അല്ഷൈമേഴ്സ്, പാര്ക്കിന്സണ്സ് തുടങ്ങിയ അവസ്ഥകള് അടുത്തറിയാനും ത്രിമാന മാപ്പിങ് പഠനം സഹായിച്ചേക്കും.
മസ്തിഷ്കപഠനമേഖലയെ സംബന്ധിച്ച്, 'ഹ്യുമണ് ജിനോം പദ്ധതി' പോലെ പരിഗണിക്കാവുന്ന ഒന്നാണ് ത്രിമാന മാപ്പിങ് സംരംഭമെന്ന് പദ്ധതി ഏകോപിപ്പിച്ച ഡോ. ഡേവിഡ് മാര്കോവിറ്റ്സ് പറയുന്നു. അമേരിക്കയിലെ 'ഇന്റലിജന്സ് അഡ്വാന്സ്ഡ് റിസര്ച്ച് പ്രോജക്ട്സ് ആക്ടിവിറ്റി' (IARPA) യുടെ മുന് പ്രോഗ്രാം മാനേജരായിരുന്നു ഡോ. മാര്കോവിറ്റ്സ്.
സാധാരണ ശരീരകോശങ്ങളില്നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ് മസ്തിഷ്ക കോശങ്ങളായ ന്യൂറോണുകള്. ഒന്നില്നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് വൈദ്യുതരാസ സ്പന്ദനങ്ങള് കടത്തിവിടാന് പാകത്തില് നീണ്ട ആകൃതി അവയ്ക്കുണ്ട്. ചരടുപോലെ നീണ്ട ഭാഗം 'അക്സണ്' (axon) ആണ്. അതിന്റെ ഒരറ്റത്ത് ശാഖകള് പേലെ ഇഴപിരിഞ്ഞ 'ഡെന്ഡ്രൈറ്റുകള്' (dendrites) കാണാം. ഓരോ ന്യൂറോണിന്റെയും അഗ്രത്തില് ഏതാണ്ട് നാലുലക്ഷത്തോളം ഡെന്ഡ്രൈറ്റുകളുണ്ട്. ഡെന്ഡ്രൈറ്റുകള് വഴി ഓരോ സിരാകോശവും ആയിരക്കണക്കിന് മറ്റ് സിരാകോശങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇതുവഴി കോടാനുകോടി കണക്ഷനുകള് (synapses) ഉള്ള ഒന്നായി തലച്ചോര് മാറുന്നു.
ന്യൂറോണ് ശൃംഖലകള് വിനിമയം ചെയ്യുന്ന വൈദ്യുതരാസ സിഗ്നലുകള് (സ്പൈക്കുകള്, spikes) വിശകലനം ചെയ്ത്, അവയുടെ പാറ്റേണുകള് (pattern) നിര്ണയിച്ച്, അനുഭവങ്ങളുടെ വെളിച്ചത്തില് ആ പാറ്റേണുകള്ക്ക് അര്ഥങ്ങള് നല്കിയാണ് നമ്മള് ലോകത്തെ അറിയുന്നത്. ഈ പ്രക്രിയ സംബന്ധിച്ച് കൂടുതല് അര്ഥവത്തായ ചിത്രം ലഭിക്കാന് ത്രിമാന മാപ്പിങ് പഠനം സഹായിക്കും. മൈക്രോണ്സ് പ്രോജക്ട് വഴി ന്യൂറോണുകളുടെ ഘടന മാത്രമല്ല, ന്യൂറോണുകള്ക്കിടയിലെ വൈദ്യുതരാസ സിഗ്നലുകളും (സ്പന്ദനങ്ങളും) ഗവേഷകര് പഠനവിധേയമാക്കി.
പഠനത്തിന്റെ ആദ്യഘട്ടത്തില്, എലിയുടെ തലച്ചോറില് ത്രിമാന മാപ്പിങിന് വിധേയമാക്കിയ ചെറുഭാഗത്ത് സംഭവിക്കുന്ന പ്രവര്ത്തനങ്ങളെ പ്രത്യേക മൈക്രോസ്കോപ്പുകള് ഉപയോഗിച്ച് റെക്കോര്ഡ് ചെയ്തു. ടെക്സാസില് ബൈലര് കോളേജ് ഓഫ് മെഡിസിനിലെ ഗവേഷകരാണ് ഈ പ്രവർത്തനം പൂര്ത്തിയാക്കിയത്. ആ ജീവികളെ യൂട്യൂബിലെ സിനിമാക്ലിപ്പുകളും മറ്റും കാണിക്കുമ്പോള്, അവയുടെ തലച്ചോറിലെ ലക്ഷ്യസ്ഥാനത്ത് ഉണ്ടാകുന്ന പ്രതികരണങ്ങള് രേഖപ്പെടുത്തുകയാണ് ഗവേഷകര് ചെയ്തത്.
എലിയുടെ ആ ഒരു ഘനമില്ലിമീറ്റര് തലച്ചോര് ഭാഗത്തെ 25,000 സൂക്ഷ്മപാളികളാക്കി വേര്തിരിച്ച് പരിഗണിച്ചായിരുന്നു മാപ്പിങ്ങിന്റെ അടുത്തഘട്ടം. അലന് ഇന്സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിലെ ഗവേഷകരാണ് ആ പ്രവര്ത്തനം നിര്വഹിച്ചത്. ഓരോ പാളിക്കും ഒരു തലമുടി നാരിന്റെ നാനൂറിലൊന്നിന്റെ കനമേ ഉണ്ടായിരുന്നുള്ളൂ. ഇലക്ട്രോണ് മൈക്രോസ്കോപ്പുകളുടെ ഒരു നിരതന്നെ ഉപയോഗിക്കേണ്ടിവന്നു, ആ മസ്തിഷ്ക പാളികളുടെ ഹൈറെസലൂഷന് ചിത്രങ്ങള് പകര്ത്താന്.
മൂന്നാംഘട്ടത്തില് നിര്മ്മിതബുദ്ധിയുടെയും മെഷീന് ലേണിങ്ങിന്റെയും സഹായത്തോടെ പ്രിന്സ്റ്റണ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ ഗവേഷകര്, മേല് സൂചിപ്പിച്ച രീതിയില് ലഭിച്ച വിവരങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെ തലച്ചോര് കോശങ്ങളെ ഒരു ത്രിമാന സ്പേസില് പുനസൃഷ്ടിച്ചു. അങ്ങനെ ലഭിച്ച ഡേറ്റ മുഴുവന് പരിഗണിച്ചാല് അതിന്റെ വലിപ്പം ഏതാണ്ട് 1.6 പെറ്റാബൈറ്റ്സ് വരും. 22 വര്ഷം നിര്ത്താതെ പ്രവര്ത്തിക്കുന്ന എച്ച്.ഡി. വീഡിയോയ്ക്ക് ആവശ്യമായ ഡേറ്റയ്ക്ക് തുല്യമാണിത്!
വിശിഷ്ടമായ ഒരു വനത്തിലുള്ള മുഴുവന് ഘടനകളും പോലുള്ള ഒന്ന്, മസ്തിഷ്കത്തിലെ ആ ചെറുപൊട്ടിനുള്ളിലുണ്ട്, പദ്ധതിയിലെ ഇന്വെസ്റ്റിഗേറ്ററും അലന് ഇന്സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിലെ ന്യൂറോബയോളജിസ്റ്റുമായ ഡോ. ക്ലേ റീഡ് പറഞ്ഞു.
(കടപ്പാട്: ദി ഗാര്ഡിയന്, ന്യൂ സയന്റിസ്റ്റ്)
Content Highlights: neuroscience- MICrONS project- neurons 3D map of brain