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कनेक्टोम, व्यक्तित्व का भौतिक मानचित्र और उच्च-रेज क्रोनिक्स का उदय

ScienceFeature

लोज़ ब्लेन

3 अप्रैल, 2018

3 तस्वीरें

कनेक्टम आपके मस्तिष्क की न्यूरोनल संरचना का भौतिक मानचित्र है। अगर हम इसे पूरी तरह से कैप्चर कर सकते हैं, इसे मैप करें और इसे एक सुपरकंप्यूटर पर अपलोड करें, क्या यह आपके सिमुलेशन को बनाने के लिए पर्याप्त है जिसमें आपके विचार, यादें और व्यवहार शामिल हैं? (क्रेडिट: kiss777 / Depositphotos)

किसी व्यक्ति का सार क्या है? यह एक मंगलवार के लिए एक गहरी सवाल है। जबकि चेतना के बारे में लगभग कुछ भी नहीं पता है, विज्ञान ने मस्तिष्क के कार्यों में कुछ छोटे दरवाजे खोले हैं। और चाहे आप एक जैविक अनिवार्यवादी हैं जो मानते हैं कि चेतना की संपूर्णता मस्तिष्क के मांसपेशियों में एम्बेडेड है, या किसी प्रकार का आध्यात्मिकता जो चेतना को कुछ अलग के रूप में देखता है और इस विमान के नहीं जो मस्तिष्क के साथ ड्राइव करता है, देखता है और काम करता है, यह स्पष्ट है कि मस्तिष्क सामान के एक टन के लिए ज़िम्मेदार है जो आपको बनाता है कि आप कौन हैं।

यादें, उदाहरण के लिए। मांसपेशियों की यादें भी। सोचने वाले पैटर्न जो समय के साथ अधिक से अधिक पहने जाते हैं जब तक वे डिफ़ॉल्ट नहीं होते हैं। चीजों के बीच कनेक्शन। चीजों, अवधारणाओं, विचारों, लोगों के कार्यात्मक प्रतिनिधित्व। चाहे आत्मा, या आत्मा, या अलग चेतना शामिल हो या नहीं, ये यादें और कनेक्शन मस्तिष्क में भौतिक स्तर पर मौजूद प्रतीत होते हैं।

और भौतिक स्तर पर जो कुछ भी मौजूद है, ट्रांसहुमैनिस्ट कहेंगे, मृत्यु के बाद संरक्षित किया जा सकता है और किसी बिंदु पर, या किसी रूप में फिर से एनिमेटेड किया जा सकता है। इसलिए क्रोनिक्स का क्षेत्र, जिसमें पूर्ण शरीर, या केवल मस्तिष्क, मृत्यु के बाद जमे हुए होते हैं ताकि इस बहुमूल्य सोच ऊतक को यथासंभव सुरक्षित रखा जा सके, उम्मीद है कि व्यक्तियों को एक दिन जीवन में लाया जा सकता है।

लेकिन क्या भौतिक संरचनाएं, वास्तव में, हम संरक्षित करने की कोशिश कर रहे हैं, और वर्तमान क्रोनिक्स तकनीक वास्तव में इसे संरक्षित करते हैं?

कनेक्टोम से मिलें

कनेक्टोम, संक्षेप में, मस्तिष्क के वायरिंग आरेख है। यह मस्तिष्क में सभी न्यूरॉन्स का भौतिक मानचित्र है - या वास्तव में पूरे तंत्रिका तंत्र - और उनके बीच सिनैप्टिक कनेक्शन।

और यह कुछ ऐसा है जो हम अलग-अलग तराजू की एक श्रृंखला पर कुछ अलग इमेजिंग प्रौद्योगिकियों के माध्यम से शारीरिक रूप से देख सकते हैं। मस्तिष्क के मामले का घन लें, इसे बारीकी से पर्याप्त टुकड़ा करें और फिर घन के 3-डी मॉडल बनाएं, और आप चौंकाने वाली भौतिक जटिलता को देखना शुरू कर दें कि यहां तक ​​कि सबसे सरल अपरिवर्तनीय मस्तिष्क की आवश्यकता होती है।

मैक्रो पैमाने पर, मोटी न्यूरॉन शाखाएं चारों ओर घुमाती हैं और अनगिनत दूसरों के साथ मिलती हैं। आकार अंतहीन जटिल होते हैं - स्पेगेटी के घनी पैक वाले कटोरे की कल्पना करें, लेकिन प्रत्येक स्ट्रैंड को अपने आकार, मोटाई और 3-डी ज्यामिति को अलग-अलग तरीके से अलग करना, अन्य तारों को समायोजित करने और कई बार उनके साथ कनेक्ट करने के लिए।

जितना आगे आप ज़ूम इन करते हैं, उतनी ही जटिल चीजें बनती हैं, जैसे छोटे और छोटे न्यूरॉन्स बड़े पैमाने पर बंद होते हैं, जो सिंकस नामक विशिष्ट बिंदुओं पर सभी आकारों के अन्य लोगों से जुड़ते हैं, जहां न्यूरोट्रांसमीटर और विद्युत आवेगों के रूप में जानकारी का आदान-प्रदान किया जा सकता है।

यह एक विशाल oversimplification है, लेकिन सिद्धांत यह है कि इन मार्गों में से प्रत्येक, उनके सभी टचपॉइंट्स, शाखाओं और अन्य मार्गों के साथ कनेक्शन, एक विचार, स्मृति या कार्रवाई का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। जितना अधिक आप इसे करते हैं, या सोचते हैं, वह रास्ता बड़ा और मोटा हो जाता है। जितना अधिक आप इसके बारे में जानेंगे, उतना अधिक भौतिक कनेक्शन यह अन्य न्यूरॉन्स और प्रक्रियाओं के साथ बनता है, और समझने के अपने मानचित्र को आगे बढ़ाता है।

इस प्रकार एक मस्तिष्क का नक्शा समय के साथ बदलता है, लगातार कुछ मार्गों को मजबूत करता है क्योंकि दूसरों को दुरुपयोग से मरने के लिए छोड़ दिया जाता है। हम वास्तव में कैदियों में हो सकते हैं, एक अर्थ में, हमारे कनेक्टोम में, वे यह निर्धारित करते हैं कि वास्तव में कौन से विचार पैटर्न सामने आएंगे। लेकिन केवल विचारों के कार्य के द्वारा, हमारे पास कुछ मार्गों को बढ़ाने और दूसरों को छोड़ने की इजाजत देने के लिए, एक महत्वपूर्ण डिग्री के लिए खुद को फिर से तार करने की क्षमता है। जितना अधिक आप सोचते हैं या करते हैं, उतना ही आपके दिमाग का एक भौतिक हिस्सा बन जाता है - और यदि आप उन्हें अनदेखा करते हैं तो यह भागों को एट्रोफी देने के लिए जितना संभव हो सके।

और जब हम सचमुच नहीं जानते कि इन असीमित जटिल रूपों से कार्य को अलग कैसे किया जाए, तो यह एक भौतिक अभिव्यक्ति प्रतीत होता है कि हम कैसे विश्वास करते हैं कि स्मृति, व्यवहार, व्यक्तित्व और समझ जैसी चीजें कैसे काम कर सकती हैं। सिद्धांत रूप में, यदि आप किसी व्यक्ति के कनेक्टमॉम को पूरी तरह से मानचित्र बना सकते हैं, और समझ सकते हैं कि किन बिट्स ने क्या किया है, तो आप भविष्यवाणी कर सकते हैं कि वह व्यक्ति क्या सोचता है, कहता है और परिस्थितियों का एक सेट देता है।

अभी पर कनेक्टोम रिसर्च कहां है?

फिलहाल, यह जीवित विषयों में मैक्रो स्तर पर इस सामान में से कुछ को मैप करने के लिए विभिन्न प्रकार के एमआरआई इमेजिंग (कार्यात्मक और प्रसार) के उपयोग के माध्यम से संभव है।

यह पहले से ही कुछ व्यवहार और घटनाओं को समझने में हमारी सहायता करने के लिए शुरू कर रहा है; शोधकर्ताओं ने यह पता लगाने के लिए प्रसार एमआरआई मैपिंग का उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं कि कैसे अवसाद और चिंता विकार जैसी चीजें स्वस्थ मस्तिष्क के कार्य को बाधित करती हैं। लाइव मैपिंग के फायदे स्पष्ट हैं - आप विषय को करने या सोचने के लिए विषय प्राप्त कर सकते हैं, ट्रैक करें कि मस्तिष्क गतिविधि क्या हो रही है, और इसका उपयोग उन क्षेत्रों के कार्य के बारे में कुछ विचार बनाने के लिए करें जिन्हें आप अलग कर सकते हैं।

लेकिन जब लाइव विषयों में एमआरआई इमेजिंग कम अवधि में उपयोगी होने की संभावना है, तो प्रौद्योगिकी पूरी मानव कनेक्टम मानचित्र के अंतिम लक्ष्य तक पहुंचने के लिए बहुत कम है। एमआरआई मस्तिष्क के सुपर हाइवे को हाइलाइट कर सकता है, लेकिन यह पीछे की ओर और पैदल चलने वाले ट्रेल्स के स्तर तक नहीं पहुंच सकता है।

सेलुलर स्तर तक पहुंचने के लिए, जो अंतिम लक्ष्य है, आपको वर्तमान में मृत रोगी की आवश्यकता है। एक जिसका मस्तिष्क आप छोटे ब्लॉक में काट सकते हैं, फिर उन ब्लॉकों को टुकड़ा कर सकते हैं और उच्च संकल्प मानचित्र को फिर से बनाने के लिए प्रकाश और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, दाग और अन्य उपकरणों के साथ उनका विश्लेषण कर सकते हैं जो शोधकर्ताओं को हर तंत्रिका मार्ग और synaptic का पता लगाने, चिह्नित करने और चित्रित करने की अनुमति देता है 3 डी में कनेक्शन।

यहां मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के कनेक्टोमिक्स विभाग के शोधकर्ताओं द्वारा असाधारण वीडियो है, यह दर्शाता है कि कैसे 2-डी परत स्लाइस को मस्तिष्क के एक छोटे टुकड़े के लिए कनेक्टम के 3-डी मॉडल में संसाधित किया जा सकता है:

इन मानचित्र परिसरों को कॉल करने के लिए एक और विशाल कमी है। जब शोधकर्ताओं ने सी। एलिगेंस कीड़े के कनेक्टोम को पूरी तरह से मॉडल किया, जिसमें ट्रेस करने के लिए केवल 302 न्यूरॉन्स हैं, तो उन्हें स्टोर करने के लिए 12 टेराबाइट डेटा की आवश्यकता समाप्त हो गई।

मानव मस्तिष्क का नक्शा दो मिलियन टेराबाइट्स के क्रम में अधिक होगा। यह पूरी तरह से भौतिक संरचना का वर्णन करने के लिए है। यदि आप भविष्य में किसी बिंदु पर किसी अल्ट्रा-कंप्यूटर के अंदर किसी व्यक्ति के एक फ़ंक्शनिंग मॉडल का निर्माण करना चाहते हैं, तो आपको सबसे अधिक संभावना है कि उन पथों में से प्रत्येक एक कार्यात्मक अर्थ में क्या करता है।

चलो न भूलें कि न्यूरॉन्स के उस स्पेगेटी टेंगल में से कितना शरीर मस्तिष्क के शरीर के लिए विशिष्ट घटना से संबंधित है। क्योंकि यह संवेदी इनपुट से सभी प्रकार के भौतिक प्रणालियों और उप-प्रणालियों से जुड़ता है, बेहोश प्रतिक्रिया सर्किट, हार्मोन स्राव, मोटर आवेग और पृष्ठभूमि अंग विनियमन के लिए। अन्य सभी बिट्स के बिना मस्तिष्क के कनेक्टोम को दोबारा स्थापित करें, और भलाई जानता है कि कौन से सिस्टम काम कर पाएंगे जब शरीर और इनपुट तंत्र बहुत अधिक हो जाएंगे।

और यह भी मानते हुए कि अनगिनत जटिल और जुड़ी समस्याओं का यह विशाल सेट हल किया जा सकता है, और आप कंप्यूटर में अपने आप को एक मॉडल चला सकते हैं - एक विशिष्ट तारीख और समय पर स्वयं का एक मॉडल, क्योंकि न्यूरोप्लास्टिकिटी सुनिश्चित करता है कि "आप "एक सतत विकसित अवधारणा है - इस सवाल का सवाल है कि उस मॉडल को जिंदा कहा जा सकता है, या चेतना हो सकती है। या अगर यह केवल आपके लिए वास्तव में एक अच्छा प्रभाव करने में सक्षम है।

लेकिन ऐसा लगता है कि इस तरह की तकनीक, मौत के कई सालों बाद सही ढंग से संरक्षित मस्तिष्क पर लागू होती है, जिसका इस्तेमाल यादें और व्यक्तित्व और व्यवहार पैटर्न को निकालने के लिए किया जा सकता है जो विषयों को अमरत्व के लिए कुछ वैध दावा दे सकता है। यदि कोई व्यक्तित्व किसी विचार की तरह कुछ है, और एक विचार को विभिन्न सबस्ट्रेट्स के माध्यम से आगे बढ़ाया जा सकता है, तो शायद एक व्यक्तित्व भी हो सकता है। और यह निश्चित रूप से आपके व्यक्तित्व को 30 फुट लंबा रॉकेट संचालित गोडजिला रोबोट में अपलोड करने के बारे में सोचने के लिए अच्छा है।

मस्तिष्क को संरक्षित करना

जैसे-जैसे हम आगे बढ़ते हैं, हम इस बारे में अधिक से अधिक सीखते हैं कि हम कितना नहीं जानते हैं। जबकि मस्तिष्क विज्ञान अन्य विज्ञानों के लिए इसी तरह की खगोलीय दर पर प्रगति कर रहा है, यह इतनी जटिल जटिलता का विषय है कि यह संभवतः मानव मस्तिष्क की संभावना है कि वह अपने स्वयं के कार्य को समझने के लिए पर्याप्त स्मार्ट नहीं है। ज्ञात अज्ञात ढेर करना जारी रखते हैं, और ऐसा लगता है कि कनेक्टिविटी के हास्यास्पद रहस्यमय रहस्यों को उलझाने के लिए हमें मशीनों और सॉफ़्टवेयर पर भरोसा करना होगा जो हम कर सकते हैं, जितना तेज़ी से और अधिक आयामों में सोच सकते हैं।

लेकिन एक बात स्पष्ट दिखाई देती है: अगर हम क्रोनिक्स के कारोबार के साथ बने रहेंगे - किसी दिन उन्हें पुनरुत्थान की आशा में मस्तिष्क या पूरे निकायों को ठंडा करना - हमें यह सुनिश्चित करने की ज़रूरत है कि हम उन्हें ऐसे तरीके से संरक्षित कर रहे हैं जो समर्थन करता है उच्चतम संभावित संकल्पों पर कनेक्टम का पुनर्निर्माण या मानचित्रण।

और फिलहाल हम जानते हैं कि सबसे अच्छा तरीका Aldehyde-Stabilized Cryopreservation, या ASC है। यह दो कदम प्रक्रिया है। सबसे पहले, ग्लूटरल्डेहाइड नामक एक फिक्सेटिव रसायन का उपयोग मस्तिष्क को अपने सामान्य, पानी के बनावट से नरम रबड़ की तरह कुछ रूपांतरित करने के लिए किया जाता है। यह न्यूरोनल मार्गों को अव्यवस्थित करने से पहले जगह में जमा कर देता है, और आपको एक मस्तिष्क देता है जो वास्तव में संग्रहीत होता है क्योंकि विज्ञान वर्तमान में इसकी कल्पना कर सकता है, जानकारी खोने के बिना एक या दो साल तक।

दूसरा चरण विट्रिफिक्सेशन है - दीर्घकालिक भंडारण के लिए निश्चित मस्तिष्क को ठंडा करना। उसी ईथिलीन ग्लाइकोल का उपयोग करके आप अपनी कार में एंटीफ्ऱीज़ के रूप में डालते हैं, मस्तिष्क को बर्फ क्रिस्टल के हानिकारक गठन से संरक्षित किया जाता है, और फिर यह अत्यधिक ठंड में गिर जाता है -122 डिग्री सेल्सियस (-188 डिग्री फ़ारेनहाइट) जहां यह हो सकता है अनिश्चित काल तक कम या ज्यादा रखा।

और यह काम प्रतीत होता है। 2010 में, मस्तिष्क संरक्षण फाउंडेशन ने पहली व्यक्ति या टीम के लिए नकदी पुरस्कार लगाया ताकि वह इस तकनीक को लंबे समय तक (> 100 साल) भंडारण के लिए पूरे मानव मस्तिष्क को निष्पक्ष और पूरी तरह से संरक्षित करने में सक्षम हो सके। प्रत्येक न्यूरोनल प्रक्रिया की संरचना और प्रत्येक सिनैप्टिक कनेक्शन आज की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपिक (ईएम) इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके बरकरार और पता लगाने योग्य रहता है। "

इस पुरस्कार के दो चरणों - सफलतापूर्वक एक छोटे स्तनपायी मस्तिष्क को संरक्षित करना, माउस की तरह कुछ, और एक बड़े स्तनधारी के मस्तिष्क को सफलतापूर्वक संरक्षित करना जैसे सुअर। और 2015 में, रॉबर्ट मैकइन्टेरे और उनकी टीम ने न्यायाधीशों की संतुष्टि के लिए, एक वर्णित एएससी तकनीकों का उपयोग करके एक खरगोश मस्तिष्क को संरक्षित करने और पहली बार प्रक्रिया में पूर्ण कनेक्टोम को मैप करने योग्य रखने के लिए चरण एक की भूमिका निभाई। यहां एक संरक्षित खरगोश मस्तिष्क की परतों के माध्यम से वीडियो चल रहा है, जो दिखाता है कि आप इस 3 डी संरचना में पथ का अनुसरण कैसे कर सकते हैं:

निश्चित रूप से असहज सवाल उठाता है: उन सभी अन्य मस्तिष्कों के बारे में क्या जो पहले ही जमे हुए हैं? क्या उस समय की तकनीक को संरक्षित करने के चलते लक्ष्य को हिट करने के लिए अपर्याप्त था, हम वास्तव में उनसे बाहर निकलने में सक्षम होना चाहते थे?

Nectome और पूरी तरह से जमे हुए मानव मस्तिष्क के लिए खोज

क्या मैकइन्टीर का मानना ​​है कि तकनीक मानव मस्तिष्क को शामिल करने के लिए स्केल करेगी? हाँ। वास्तव में यह अभ्यास का पूरा बिंदु है। और वह एक कंपनी, नेक्टेम बनाने के लिए एक साथी एमआईटी स्नातक के साथ मिलकर काम कर रहा है, कि वह उम्मीद करता है कि किसी दिन दिमाग को सटीक स्तर के साथ संरक्षित और संरक्षित करने में सक्षम होगा जो भविष्य के तकनीशियनों को अपने संपूर्ण कनेक्टोम तक पहुंच प्रदान करने की अनुमति देगा यादें और व्यक्तित्व लक्षण जो अंदर बंद हैं।

नेक्टेम का अल्पकालिक लक्ष्य एएससी संरक्षण तकनीक को इस तरह से परिपूर्ण करना है कि मानव मस्तिष्क पर इसका उपयोग किया जा सकता है - जो इसे दो साल के लक्ष्य के रूप में देखता है। लेकिन यह विभिन्न रंग धुंधला और इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके कनेक्टम को मैप करने का तरीका जानने की जटिल समस्या पर भी काम कर रहा है।

कंपनी आशावादी है कि कुछ ही सालों के भीतर, वैज्ञानिक माउस दिमाग से स्मृति के उच्च स्तरीय बिट निकालने का एक तरीका जानेंगे, और कम्प्यूटेशनल टेक्नोलॉजी में प्रगति उन्हें 2022 के आरंभ में 10, 000-न्यूरॉन मस्तिष्क को पूरी तरह से मैप करने देगी।

यह अभी भी एक मानव मस्तिष्क में मिले 100 अरब न्यूरॉन्स से एक तरीका है, लेकिन उस बिंदु पर यह वास्तव में केवल पैमाने और प्रसंस्करण शक्ति का मामला है।

एक बार जब हम जैविक संरचना को पूरी तरह से एन्कोड कर चुके हैं तो इसके साथ क्या करें? वैज्ञानिकों की एक और पीढ़ी के लिए यह एक और सवाल है। कनेक्टोम को पर्याप्त संरक्षित कर रहा है, या अगली बार जब हम समझ में एक छलांग लगाते हैं तो क्या यह तकनीक दुखी हो जाएगी? शायद। लेकिन केवल कनेक्टोम को मैपिंग कर रहा है, और लंबे समय तक भंडारण के लिए मस्तिष्क को ठीक से तैयार करने के लिए उपकरण तैयार कर रहा है? वह कुछ मानवता पीठ पर खुद को पॅट कर सकती है।

स्रोत: नेक्टेम, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ कनेक्टोमिक्स

माउस सेरेब्रल प्रांतस्था से तंत्रिका कोशिकाओं ने उपन्यास कनेक्टोम विश्लेषण सॉफ्टवेयर सेगम के उपयोग से पुनर्निर्मित किया। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपिक छवियां (ग्रे) जिनसे तंत्रिका कोशिकाओं और उनके कनेक्शन पुनर्निर्मित किए गए थे, भी दिखाए जाते हैं। (क्रेडिट: एमपीआई एफ। मस्तिष्क अनुसंधान / बर्निंग, बोर्गेन्स, हेल्मस्टेडर)

मानव मस्तिष्क के भीतर सफेद पदार्थों के ट्रैक्ट, जैसा कि एमआरआई ट्रैक्टोग्राफी द्वारा देखा गया है (क्रेडिट: जेवियर गिगांडेट एट अल। - गिगांडेट एक्स, हैगमन पी, कुरंत एम, कैमौन एल, मीली आर, एट अल। (2008) व्हाइट के विश्वास स्तर का आकलन मामला )

कनेक्टम आपके मस्तिष्क की न्यूरोनल संरचना का भौतिक मानचित्र है। अगर हम इसे पूरी तरह से कैप्चर कर सकते हैं, इसे मैप करें और इसे सुपरकंप्यूटर पर अपलोड करें, क्या यह आपके सिमुलेशन को बनाने के लिए पर्याप्त है जिसमें आपके विचार, यादें और व्यवहार शामिल हैं? (क्रेडिट: kiss777 / Depositphotos)

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