मस्तिष्क कैसे संवेदी यादें बनाता है

आधुनिक विज्ञान

मस्तिष्क हमारी इंद्रियों द्वारा एकत्रित जानकारी को कूटबद्ध करता है। हालांकि, हमारे पर्यावरण को समझने और रचनात्मक रूप से इसके साथ बातचीत करने के लिए, इन संवेदी संकेतों को हमारे पिछले अनुभवों और वर्तमान उद्देश्यों के संदर्भ में व्याख्या करने की आवश्यकता है। साइंस के नवीनतम अंक में, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन रिसर्च के रिसर्च ग्रुप लीडर डॉ। जोहानस लेत्ज़कस के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने इस अनुभव-निर्भर टॉप-डाउन जानकारी के एक प्रमुख स्रोत की पहचान की है।

नियोकोर्टेक्स मानव मस्तिष्क का सबसे बड़ा क्षेत्र है। स्तनधारी विकास के दौरान इसका विस्तार और विभेद किया गया है, और कई क्षमताओं का मध्यस्थता करने के लिए सोचा जाता है जो मनुष्यों को उनके निकटतम रिश्तेदारों से अलग करते हैं। इसके अलावा, इस क्षेत्र की शिथिलता भी कई मानसिक विकारों में एक केंद्रीय भूमिका निभाती है। नियोकोर्टेक्स के सभी उच्च संज्ञानात्मक कार्य सूचना की दो अलग-अलग धाराओं को एक साथ लाकर सक्षम होते हैं: आसपास के वातावरण से संकेत ले जाने वाली एक 'नीचे-ऊपर' धारा, और एक 'टॉप-डाउन' स्ट्रीम जो आंतरिक रूप से उत्पन्न सूचनाओं को अपने पिछले अनुभवों को एन्कोडिंग करती है। और वर्तमान उद्देश्य।

"जांच के दशकों ने स्पष्ट किया है कि पर्यावरण से संवेदी आदानों को कैसे संसाधित किया जाता है। हालांकि, आंतरिक रूप से उत्पन्न जानकारी का हमारा ज्ञान अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। यह संवेदी धारणा जैसे उच्च मस्तिष्क कार्यों की हमारी समझ में सबसे बड़ा अंतराल है"। Letzkus। इसने टीम को इन टॉप-डाउन सिग्नल के स्रोतों की खोज करने के लिए प्रेरित किया। "हमारे और कई अन्य वैज्ञानिकों द्वारा किए गए पिछले काम ने सुझाव दिया था कि नियोकोर्टेक्स की सबसे ऊपरी परत संभवतः एक महत्वपूर्ण साइट है जो टॉप-डाउन की जानकारी लेती है। इसे शुरुआती बिंदु के रूप में लेने से हमें थैलेमस के एक क्षेत्र की पहचान करने की अनुमति मिली - एक मस्तिष्क क्षेत्र अग्रमस्तिष्क के भीतर गहराई से एम्बेडेड है - इस तरह की आंतरिक जानकारी के प्रमुख उम्मीदवार स्रोत के रूप में। "

इन टिप्पणियों से प्रेरित डॉ। एम। बेलेन पारदी, लेट्ज़कस लैब में अध्ययन के पहले लेखक और पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता, ने एक नवीन दृष्टिकोण तैयार किया, जिससे उन्हें सीखने के प्रतिमान से पहले और बाद में माउस नियोकोर्टेक्स में एकल थैलेमिक सिनैप्स की प्रतिक्रियाओं को मापने में सक्षम बनाया गया। "परिणाम बहुत स्पष्ट थे," पारदी याद करते हैं। "जबकि प्रासंगिकता के बिना तटस्थ उत्तेजनाओं को इस मार्ग में छोटे और क्षणिक प्रतिक्रियाओं द्वारा एन्कोड किया गया था, सीखने ने उनकी गतिविधि को दृढ़ता से बढ़ाया और संकेतों को समय के साथ तेज और अधिक निरंतर बना दिया।" इससे पता चलता है कि नियोकोर्टेक्स में थैलेमिक सिनैप्स पशु के पिछले अनुभव को कूटबद्ध करता है। "हम वास्तव में आश्वस्त थे कि यह मामला है जब हमने थैलेमिक गतिविधि में परिवर्तन के साथ अधिग्रहीत मेमोरी की ताकत की तुलना की: यह एक मजबूत सकारात्मक सहसंबंध का पता चला, यह दर्शाता है कि थैलेमस से इनपुट प्रमुख रूप से उत्तेजनाओं के व्यवहार संबंधी प्रासंगिकता को सांकेतिक रूप से कहते हैं," Letzkus।

लेकिन क्या यह तंत्र इन टॉप-डाउन मेमोरी-संबंधी संकेतों के लिए चयनात्मक है? संवेदी उत्तेजनाएं प्रासंगिक हो सकती हैं क्योंकि हमने उनके साथ जो कुछ भी सीखा है, वह केवल उनके भौतिक गुणों के कारण है। उदाहरण के लिए, लाउड ध्वनियां अधिक आसानी से होती हैं, वे मनुष्यों और जानवरों दोनों में ध्यान आकर्षित करती हैं। हालांकि, यह एक निम्न-स्तरीय फ़ंक्शन है जिसका पिछले अनुभव के साथ बहुत कम संबंध है। पारदी कहते हैं, "वास्तव में, हम बहुत अलग, वास्तव में विपरीत, प्रासंगिकता के इस नीचे-रूप के लिए एन्कोडिंग तंत्र पाए गए।"

उनके केंद्रीय महत्व को देखते हुए, वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया कि जिस तरह से इन संकेतों को नियोकोर्टेक्स में प्राप्त किया गया है, उसे कसकर विनियमित किया जाना चाहिए। पारडी और सह-कर्मियों ने इसे आगे के प्रयोगों में संबोधित किया, डॉ। हेनिंग स्पेगेलर की प्रयोगशाला और टेक्निसके यूनिवर्सिटेट बर्लिन में उनकी टीम के सहयोग से कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग के साथ संयुक्त। परिणामों ने वास्तव में एक पूर्व अज्ञात तंत्र की पहचान की है जो इस मार्ग के साथ सूचनाओं को बारीक रूप से पहचान सकता है, इन शीर्ष-डाउन संकेतों के एक गतिशील द्वारपाल के रूप में शीर्ष-सबसे अधिक परत में एक विशेष प्रकार के न्यूरॉन की पहचान करता है।

"ये परिणाम संवेदी उत्तेजना के साथ जुड़े पिछले अनुभवों के बारे में जानकारी के प्रमुख स्रोत के रूप में संवेदी नियोकार्टेक्स को थैलेमिक इनपुट का खुलासा करते हैं। इस तरह के टॉप-डाउन सिग्नल ऑटिज्म और सिज़ोफ्रेनिया जैसे मस्तिष्क के विकारों की संख्या में गड़बड़ी करते हैं, और हमारी आशा है। वर्तमान निष्कर्ष भी इन गंभीर परिस्थितियों को खत्म करने वाले घातक परिवर्तनों की गहरी समझ को सक्षम करेंगे, "लेत्ज़कस का निष्कर्ष है।

Journal Reference:

1. M. Belén Pardi, Johanna Vogenstahl, Tamas Dalmay, Teresa Spanò, De-Lin Pu, Laura B. Naumann, Friedrich Kretschmer, Henning Sprekeler, Johannes J. Letzkus. A thalamocortical top-down circuit for associative memory. Science, 2020; 370 (6518): 844 DOI: 10.1126/science.abc2399