वैज्ञानिकों ने एक नए अध्ययन के अनुसार, प्रयोगशाला में लघु दिमाग का निर्माण किया, जो जटिल नेटवर्क का निर्माण करता था और उन लोगों के समान मस्तिष्क तरंगों का निर्माण करता था, जो एक पूर्व मानव बच्चे के विकासशील मस्तिष्क द्वारा निकाल दिए जाते थे।
प्रयोगशाला में लघु दिमाग बढ़ने का विचार नया नहीं है; शोधकर्ता लगभग एक दशक से ऐसा कर रहे हैं। लेकिन अधिकांश अध्ययनों ने बड़े पैमाने पर संरचना का अध्ययन करने के लिए इन मिनी दिमागों या "ऑर्गेनोइड्स" का उपयोग किया है।
उदाहरण के लिए, एक समूह ने छोटे दिमाग विकसित किए जो रक्त वाहिकाओं को विकसित कर सकते थे, लाइव साइंस ने पहले बताया। एक अन्य समूह ने जीका वायरस के लिए मिनी दिमाग को उजागर किया कि यह कैसे असामान्य रूप से छोटे सिर, या माइक्रोसेफली को जन्म दे सकता है।
लेकिन ऑटिज्म, सिज़ोफ्रेनिया, द्विध्रुवी विकार और यहां तक कि अवसाद जैसी स्थितियों में, "मस्तिष्क बरकरार है और समस्या नेटवर्क के संचालन पर निर्भर करती है," वरिष्ठ लेखक एल्सनसन मुओत्री ने कहा, एक सहयोगी प्रोफेसर सेलुलर और आणविक चिकित्सा विभाग और सैन डिएगो के कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में स्टेम सेल कार्यक्रम के निदेशक। यह पहली बार है कि प्रयोगशाला में विकसित दिमागों ने न्यूरॉन्स के जटिल नेटवर्क का गठन किया है, जो मजबूत मस्तिष्क तरंगों का उत्पादन करते हैं।
ऐसा करने के लिए, मुओत्री और उनकी टीम ने मानव स्टेम कोशिकाओं की कटाई की - जो लोगों की त्वचा और रक्त से प्राप्त किए गए सही निर्देशों को दिए गए किसी भी प्रकार के सेल में आकार ले सकते हैं। शोधकर्ताओं ने इन स्टेम सेल को रासायनिक निर्देशों से अवगत कराया जो कोशिकाओं को मस्तिष्क कोशिकाओं में बदल देंगे।
अधिकांश भाग के लिए, इन कोशिकाओं ने तंत्रिका पूर्वज कोशिकाओं, मस्तिष्क-विशिष्ट कोशिकाओं का गठन किया, जो कई प्रकार की मस्तिष्क कोशिकाओं का प्रसार और प्रसार कर सकते हैं। एक प्रयोगशाला डिश में दो से पांच महीने के बाद, ये पूर्वज कोशिकाएं ग्लूटामेटेरिक न्यूरॉन्स, मस्तिष्क कोशिकाओं का निर्माण करती हैं जो "उत्तेजक", या जो जानकारी का प्रचार करती हैं।
लगभग चार महीनों के बाद, मिनी दिमाग ने उत्तेजक न्यूरॉन्स बनाना बंद कर दिया और एस्ट्रोसाइट्स बनाना शुरू कर दिया। ये मस्तिष्क कोशिकाएं सिनेप्स को आकार देने में मदद करती हैं, मस्तिष्क कोशिकाओं के बीच अंतराल जहां न्यूरोट्रांसमीटर, या मस्तिष्क रसायन, जानकारी पास करते हैं। अंत में, पूर्वज कोशिकाओं ने निरोधात्मक न्यूरॉन्स बनाने शुरू कर दिए, जो मस्तिष्क की गतिविधि को बुझाते हैं, या न्यूरॉन्स को सूचना पारित करने से रोकते हैं। "जब गतिविधि अधिक जटिल होने लगती है, क्योंकि अब हम उत्तेजना और निषेध को संतुलित करते हैं," मुत्र्री ने कहा।
जब कोशिकाओं को विभाजित और विभेदित किया जा रहा था, तो वे अंततः "कुछ-कुछ आत्म-संगठित करना शुरू कर दिया, जो मानव कोर्टेक्स जैसा दिखता है," मुओत्री ने कहा। प्रांतस्था मस्तिष्क की बाहरी परत है, जो चेतना में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
"मिनी मस्तिष्क" वास्तव में, मानव दिमाग के लघु संस्करणों की तरह नहीं है। बल्कि, वे सफेद, गोलाकार होते हैं जो लाल रंग के सूप में तैरते हैं जिसमें वे उगाए जाते हैं, मुत्रो ने कहा। उन्होंने कहा कि व्यास में केवल 0.2 इंच (0.5 सेंटीमीटर) तक की वृद्धि हुई, लेकिन उनके तंत्रिका नेटवर्क रुकने से पहले नौ से 10 महीने तक विकसित होते रहे, उन्होंने कहा।
मिनी दिमाग के विकास के दौरान, टीम ने छोटे इलेक्ट्रोड के एक सेट का उपयोग किया जो मस्तिष्क की गतिविधि को मापने के लिए न्यूरॉन्स से जुड़ते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि लगभग दो महीनों में, मिनी दिमाग में न्यूरॉन्स ने एक ही आवृत्ति पर छिटपुट संकेतों को आग देना शुरू कर दिया। कुछ और महीनों के विकास के बाद, दिमाग ने विभिन्न आवृत्तियों पर संकेतों को निकाल दिया और अधिक नियमित रूप से, अधिक जटिल मस्तिष्क गतिविधि का संकेत दिया, मुओत्री ने कहा।
पिछले अध्ययनों से पता चला है कि मिनी, लैब-निर्मित दिमाग मस्तिष्क सेल फायरिंग का उत्पादन कर सकता है, शोधकर्ताओं ने उन्हें प्रति मिनट 3,000 बार कहने के लिए फायरिंग की सूचना दी। इस अध्ययन में, हालांकि, न्यूरॉन्स ने प्रति मिनट 300,000 बार गोलीबारी की, जो "मानव मस्तिष्क के करीब" है।
टीम ने तब इन मिनी दिमागों की मस्तिष्क गतिविधि की तुलना करने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का इस्तेमाल किया, जो कि पहले से ही मानव शिशुओं में होता है। शोधकर्ताओं ने 6 से 9-डेढ़ महीने के बीच 39 प्रीमैच्योर शिशुओं से रिकॉर्ड की गई मस्तिष्क तरंगों को सीखने के लिए उनके कार्यक्रम को प्रशिक्षित किया।
वैज्ञानिकों ने तब मस्तिष्क की तरंगों के पैटर्न को मिनी दिमाग से एल्गोरिथम में फीड किया और पाया कि 25 हफ्ते के मिनी मस्तिष्क के विकास के बाद, यह अब मानव मस्तिष्क से आने वाले डेटा को प्रयोगशाला से विकसित मस्तिष्क से अलग नहीं कर सकता है। "यह भ्रमित हो जाता है और उन दोनों को समान उम्र देता है," जो बताता है कि मिनी दिमाग और मानव दिमाग समान रूप से विकसित और विकसित हो रहे थे, मुओत्री ने कहा।
यह अध्ययन "बहुत अच्छी तरह से दिखाता है कि आप इस प्रजनन योग्य प्रायोगिक प्रणाली को बना सकते हैं जहां आप प्रक्रियाओं को संबोधित कर सकते हैं जो मनुष्य के विकास के लिए बहुत मौलिक हैं", डॉ। थॉमस हार्टुंग, पशु परीक्षण के लिए वैकल्पिक विकल्प के लिए जॉन्स हॉपकिन्स सेंटर के निदेशक ने कहा। जिसने प्रयोगशाला में मिनी-दिमाग विकसित करने पर भी काम किया है, लेकिन जो अध्ययन का हिस्सा नहीं था।
"भ्रूण के मस्तिष्क की दुर्गमता एक कारण है कि ये मॉडल कुछ अलग पेश कर रहे हैं," उन्होंने कहा। "लेकिन इसका मतलब यह भी है कि आपके पास अपनी वास्तविक बात कहने के लिए बहुत सीमित अवसर हैं।" हालांकि, ईईजी संकेत पूर्व-अवधि के शिशुओं के समान हैं, वे समय से थोड़ा दूर हैं, उन्होंने कहा।
जबकि एक मानव भ्रूण माँ से जुड़ा होता है और इस प्रकार बाहर से संकेत प्राप्त करता है, ये प्रयोगशाला-विकसित दिमाग किसी भी चीज़ से नहीं जुड़े होते हैं। "इन कोशिकाओं के पास कोई इनपुट या कोई आउटपुट नहीं है जो वे दुनिया में होने वाली किसी भी चीज़ को नहीं पहचान सकते हैं," हार्टुंग ने कहा। इसलिए वे "निश्चित रूप से नहीं" होश में हैं।
मुतोत्री ने कहा कि ज्यादातर वैज्ञानिक इस पर सहमत होंगे, लेकिन "यह कहना मुश्किल है।" "हम न्यूरोसाइंटिस्ट भी इस बात से सहमत नहीं हैं कि वे माप क्या हैं जो वास्तव में यह देखने के लिए जांच कर सकते हैं कि वे सचेत हैं या नहीं।"
मानव मस्तिष्क हमें अपने पर्यावरण के साथ बातचीत करने में मदद करने के लिए अपने संकेत भेजता है। उदाहरण के लिए, हम एक बग को देखते हैं, आंखें मस्तिष्क की कोशिकाओं को संकेत भेजती हैं, जो एक दूसरे को संकेत देते हैं और हमें बताते हैं कि हम एक बग देख रहे हैं।
तो, ये प्रयोगशाला वाले दिमाग को संकेत क्यों भेज रहे हैं? वे संभवतः किस बारे में बात कर सकते हैं? "एक सवाल है जिसे हम नहीं जानते हैं, क्योंकि भ्रूण का मस्तिष्क वास्तव में एक ब्लैक बॉक्स है," मुत्र्री ने कहा। ऐसा लगता है कि इन शुरुआती चरणों में अधिकांश संकेतों में "सेल्फ-वायर", या एक-दूसरे से जुड़ने के निर्देश शामिल हैं, उन्होंने कहा।
किसी भी मामले में, उन्होंने कहा कि उन्हें उम्मीद है कि इस तरह से अध्ययन हमें यह समझने में मदद करेगा कि मस्तिष्क की वायरिंग हमारे जटिल दिमाग को कैसे जन्म देती है, और क्या होता है जब वह वायरिंग खराब हो जाती है।
मुओत्री और उनकी टीम ने कहा कि अब वे मस्तिष्क के अंग को उत्तेजित करने की उम्मीद करते हैं ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे नौ से 10 महीने से आगे विकसित हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ता मस्तिष्क विकारों का मॉडल बनाना चाहते हैं, उदाहरण के लिए, आत्मकेंद्रित वाले बच्चों से ली गई कोशिकाओं के साथ मस्तिष्क के ऑर्गन बनाकर, यह समझने के लिए कि उनका नेटवर्क नेटवर्क कैसे विकसित होता है।
निष्कर्ष आज (29 अगस्त) पत्रिका सेल स्टेम सेल में प्रकाशित किए गए थे।
