एक मस्तिष्क, दुई प्राचीन प्रणाली

शताब्दीयौँदेखि वैज्ञानिकहरूले मस्तिष्कलाई एउटै एकीकृत अंगका रूपमा हेर्दै आएका थिए। तर नेचर न्युरोसाइन्स (Nature Neuroscience)  मा १८ सेप्टेम्बरमा प्रकाशित स्ट्यानफोर्ड मेडिसिनको एउटा नयाँ अध्ययनले यो धारणालाई उल्टाइदिएको छ। अध्ययनका प्रमुख लेखक रेयान जोखाई र क्यारोलिन डन्डेस हुन्। अध्ययनले हामीले ‘मस्तिष्क’ भनेर चिन्ने संरचना वास्तवमा एकआपसमा जोडिएका दुई प्राचीन स्नायु प्रणालीबाट बनेको देखाएको छ।

मस्तिष्कको अगाडिको भाग, जसमा अग्र-मस्तिष्क (forebrain) र मध्य-मस्तिष्क (midbrain) पर्छन्, एक प्रकारको प्रारम्भिक जनक कोषिकाबाट विकसित हुन्छ। यसको पछाडिको भाग अर्थात् पश्च-मस्तिष्क (hindbrain) भने पूर्णतः फरक प्रकारको प्रारम्भिक जनक कोषिकाबाट विकसित हुन्छ। यी दुई समूहका कोषिका कहिल्यै एकआपसमा मिसिँदैनन्। अध्ययनका वरिष्ठ लेखक काइल लोहले भने, “मस्तिष्कको अगाडिको भाग मस्तिष्कको पछाडिको भागभन्दा पूर्णतः फरक जनक कोषिकाबाट विकसित हुन्छ भन्ने कुरा हामीले पहिलोपटक देखाएका छौँ।”

दशकौँसम्म एउटै प्रकारको न्युरल एक्टोडर्म कोषिकाले सम्पूर्ण मस्तिष्क निर्माण गर्छ भन्ने वैज्ञानिकहरूको धारणा थियो । तर रेयान जोखाई र क्यारोलिन डन्डेसको नेतृत्वमा स्ट्यानफोर्डको टोलीले मुसाका भ्रूणहरूको अध्ययन गर्दा दुई छुट्टाछुट्टै कोषिका समूह फेला पार्‍यो।

यी निष्कर्ष बुझ्न भ्रूण विकासको प्रारम्भिक चरण ग्यास्ट्रुलेसन (gastrulation) तर्फ फर्किनुपर्छ। यही चरणमा भ्रूण तीनवटा तहमा व्यवस्थित हुन्छ। बाहिरी तहलाई एक्टोडर्म (ectoderm) भनिन्छ। यसबाट छाला, रौँ, दाँत तथा स्नायु प्रणालीको विकास हुन्छ। दशकौँसम्म एउटै प्रकारको न्युरल एक्टोडर्म कोषिकाले सम्पूर्ण मस्तिष्क निर्माण गर्छ भन्ने वैज्ञानिकहरूको धारणा थियो । तर रेयान जोखाई र क्यारोलिन डन्डेसको नेतृत्वमा स्ट्यानफोर्डको टोलीले मुसाका भ्रूणहरूको अध्ययन गर्दा दुई छुट्टाछुट्टै कोषिका समूह फेला पार्‍यो।

पहिलो समूह एन्टेरियर न्युरल एक्टोडर्म (anterior neural ectoderm) हो। ‘एन्टेरियर’को अर्थ ‘अगाडिको’ अर्थात् टाउकोतर्फको भन्ने हुन्छ। यी कोषिकामा Otx2 नामक जीन सक्रिय हुन्छ। जीन भनेको निर्देशन बोकेको डीएनएको एउटा खण्ड हो। कुनै जीन सक्रिय हुँदा त्यसले आफ्नो जैविक भूमिका निर्वाह गर्न थाल्छ। Otx2 ले यी कोषिकालाई चिनाउने एउटा परिचयपत्र जस्तो काम गर्छ। यही समूहबाट मस्तिष्कको अगाडिको भाग अर्थात् अग्र-मस्तिष्क र मध्य-मस्तिष्क विकसित हुन्छन्।

दोस्रो समूह पोस्टेरियर न्युरल एक्टोडर्म (posterior neural ectoderm) हो। ‘पोस्टेरियर’को अर्थ ‘पछाडिको’ अर्थात् पुच्छरतर्फको भन्ने हुन्छ। यी कोषिकामा भने अर्कै जीन Gbx2 सक्रिय हुन्छ। Gbx2 ले फरक प्रकारको परिचयपत्रका रूपमा काम गर्छ। यही समूहबाट पश्च-मस्तिष्क (hindbrain) विकसित हुन्छ–मस्तिष्कको त्यो पछाडिको भाग, जसले श्वासप्रश्वास, मुटुको धड्कन, निल्ने प्रक्रिया तथा जीवनका अन्य स्वचालित कार्यहरू नियन्त्रण गर्छ।

Otx2 र Gbx2 आफैँ मस्तिष्कका क्षेत्र होइनन्। यी दुई कोषिका समूहलाई पहिचान गर्न सहयोग गर्ने मोलिक्युलर लेभेल हुन् र तिनको विकासमा पनि भूमिका खेल्छन्। यी दुई समूहका कोषिका कहिल्यै एकआपसमा मिसिँदैनन्। तिनलाई दुई छुट्टाछुट्टै निर्माण टोलीका रूपमा बुझ्न सकिन्छ– एउटा मस्तिष्कको अगाडिको भाग निर्माण गर्ने टोली र अर्को मस्तिष्कको पछाडिको भाग निर्माण गर्ने टोली।

गहिरा जराहरु

यी कोषिकाहरूले आफ्नो पहिचान किन परिवर्तन गर्न सक्दैनन्? यसको उत्तर क्रोमाटिन (chromatin) मा लुकेको छ–डीएनएलाई व्यवस्थित गरेर राख्ने संरचनामा। डीएनएलाई एउटा पाककला पुस्तकका रूपमा सोचौँ। क्रोमाटिनले त्यस पुस्तकका कुन परिकारका विधि खुला र सजिलै पढ्न सकिने अवस्थामा छन् र कुन विधि बन्द गरेर राखिएका छन् भन्ने निर्धारण गर्छ। यी दुई प्रकारका कोषिकामा खुला रहेका पृष्ठहरू फरक थिए। अग्र-मस्तिष्कतर्फका कोषिकामा अग्र-मस्तिष्क निर्माण गर्ने जीनहरू खुला र सजिलै पढ्न सकिने अवस्थामा थिए, तर पश्च-मस्तिष्क निर्माण गर्ने जीनहरू बन्द थिए। पश्च-मस्तिष्कतर्फका कोषिकामा भने यसको ठीक उल्टो अवस्था थियो। मस्तिष्कका वास्तविक क्षेत्रहरू बन्नुभन्दा केही दिनअघि, ग्यास्ट्रुलेसनकै चरणमा यो ढाँचा निर्धारित भइसकेको थियो। यही निष्कर्षले यसअघि अग्र-मस्तिष्कका प्रारम्भिक कोषिकालाई पश्च-मस्तिष्कका कोषिकामा रूपान्तरण गर्ने प्रयासहरू परीक्षण गरिएका परिस्थितिमा किन असफल भए भन्ने पनि स्पष्ट गर्छ। उनीहरूले रेललाई डुंगामा रूपान्तरण गर्न खोजिरहेका थिए।

अग्र-मस्तिष्कतर्फका कोषिकामा अग्र-मस्तिष्क निर्माण गर्ने जीनहरू खुला र सजिलै पढ्न सकिने अवस्थामा थिए, तर पश्च-मस्तिष्क निर्माण गर्ने जीनहरू बन्द थिए। पश्च-मस्तिष्कतर्फका कोषिकामा भने यसको ठीक उल्टो अवस्था थियो।

यो ज्ञानको उपयोग गर्दै स्ट्यानफोर्डको टोलीले प्रयोगशालामा मानव पश्च-मस्तिष्कका मोटर न्युरोनहरू विकास गर्‍यो, जसमा यसअघि उत्पादन गर्न कठिन मानिएको एक प्रकार पनि समावेश थियो। उनीहरूले मानव प्लुरिपोटेन्ट स्टेम सेलहरूबाट सुरुआत गरे, जुन लगभग कुनै पनि प्रकारका कोषिकामा विकसित हुन सक्छन्। त्यसपछि ती कोषिकालाई चरणबद्ध रूपमा पश्च न्युरल एक्टोडर्म हुँदै पश्च-मस्तिष्कका मोटर न्युरोनमा रूपान्तरण गरियो। प्रयोगशालामा विकसित ती न्युरोनहरूले आवश्यक जीनहरू सक्रिय रूपमा अभिव्यक्त गरे, मोटर न्युरोनहरूले प्रयोग गर्ने रासायनिक सन्देशवाहक  एसिटाइलकोलिन उत्पादन गरे र एक्सन पोटेन्सियल अर्थात् न्युरोनहरूले आपसमा सञ्चार गर्न प्रयोग गर्ने विद्युतीय संकेत पनि उत्पन्न गरे। यी न्युरोनहरूले निल्ने र बोल्ने क्रममा प्रयोग हुने अनुहार तथा घाँटीका मांसपेशीहरू नियन्त्रण गर्छन्। यो खोज एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस (ALS) र स्पाइनल मस्कुलर एट्रोफी (SMA) जस्ता रोगका सन्दर्भमा महत्त्वपूर्ण छ। यी रोगमा यस्ता न्युरोनहरूमा क्षति पुग्दा बिरामीले निल्ने र सास फेर्ने क्षमता गुमाउँदै जान्छन्।

त्यसपछि टोलीले विकासक्रमको अझ फराकिलो परिप्रेक्ष्यमा अध्ययन गर्‍यो। उनीहरूले कुखुरा, जेब्राफिस, मकाक र यहाँसम्म कि एकर्न वर्म (acorn worm) मा समेत यही विभाजन रहेको पाए। एकर्न वर्म समुद्री जीव हो, जसको मानिससँगको साझा पूर्वज ५५ करोड वर्षभन्दा पनि पहिले अस्तित्वमा थियो। यसले मस्तिष्कको दुई-भागे संरचनाको योजना निकै प्राचीन रहेको र मेरुदण्ड भएका जनावर अर्थात् भर्टिब्रेटहरू (vertebrates) को उदयभन्दा पनि पुरानो हुन सक्ने संकेत गर्छ।

दुई-भागे यो व्यवस्था हालै विकसित भएको कुनै नयाँ विशेषता होइन। यो जनावरहरूको जीवविज्ञानमा गहिरोसम्म जरा गाडेको एउटा विशेषता हो, जुन अत्यन्त लामो विकासक्रमीय अवधिमा पुस्तौँदेखि हस्तान्तरण हुँदै आएको र कायम रहेको छ।

यो ढाँचा त्यसभन्दा पनि पुरानो छ। हाम्रो विकासक्रमको वंशरेखाबाट करिब ६० देखि ७० करोड वर्षअघि अलग भएको जेलीफिसमा मस्तिष्क नै हुँदैन। यसको सट्टा शरीरको दुवै छेउमा दुईवटा छुट्टाछुट्टै स्नायु-जाल हुन्छन्। त्यसैले दुई-भागे यो व्यवस्था हालै विकसित भएको कुनै नयाँ विशेषता होइन। यो जनावरहरूको जीवविज्ञानमा गहिरोसम्म जरा गाडेको एउटा विशेषता हो, जुन अत्यन्त लामो विकासक्रमीय अवधिमा पुस्तौँदेखि हस्तान्तरण हुँदै आएको र कायम रहेको छ।

हाम्रा अत्यन्त टाढाका पूर्वजहरूमा यी दुई छुट्टाछुट्टै प्रणाली सम्भवतः स्थानगत रूपमा एकअर्काको नजिक ल्याइए। यसबाट प्रभावकारी सञ्चारको फाइदा मिलेको हुन सक्छ। यसको अर्को सम्भावित फाइदा मोड्युलर संरचनाका कारण प्राप्त हुने लचकता पनि हुन सक्छ। यी दुई प्रणालीलाई छुट्टाछुट्टै राख्दा एउटाले नयाँ क्षमताहरू विकास गर्न सक्थ्यो भने अर्कोले आफ्नो विद्यमान संरचना र कार्यलाई कायम राख्न सक्थ्यो। यी दुवै फाइदाका व्याख्या अहिले पनि परिकल्पनामै सीमित छन् र तिनको परीक्षण गर्न थप अनुसन्धान आवश्यक छ। तर यो संरचना असाधारण रूपमा सफल प्रमाणित भएको छ। माछा, उभयचर, सरीसृप, चरा र स्तनधारी–मानिससहित–सबैमा यो संरचना कायम रह्यो। यी दुई प्रणाली यति घनिष्ठ रूपमा एकीकृत भए कि हामी तिनलाई एउटा एउटै मस्तिष्कका रूपमा अनुभव गर्छौँ। तर गहिरो जैविक तहमा तिनीहरू अझै पनि छुट्टाछुट्टै प्रारम्भिक कोषिकाबाट विकसित हुन्छन् र आफ्नो छुट्टै पहिचान कायम राख्छन्।

स्नायु-जालदेखि जटिल मस्तिष्कसम्म

यसले एउटा अझ ठूलो प्रश्न उठाउँछ: मस्तिष्कको विकास कसरी भयो? स्पन्जजस्ता सबैभन्दा सरल जनावरमा स्नायु प्रणाली हुँदैन, तर तिनले विद्युतीय संकेत भने प्रवाह गर्न सक्छन्। पहिलो वास्तविक स्नायु प्रणाली स्नायु-जाल (nerve nets) थिए–जेलीफिसमा देखिने स्नायु कोषिकाहरूका फैलिएका जाल। मस्तिष्कको विकासक्रममा यो प्रारम्भिक चरण थियो।

जटिल मस्तिष्कहरू विकासक्रममा धेरैपटक स्वतन्त्र रूपमा विकसित भए। मौरीजस्ता कीराहरूमा मस्रुम बडी (mushroom bodies) हुन्छन्–मस्तिष्कका त्यस्ता क्षेत्र, जसले सिकाइ, बाटो पहिचान तथा सामाजिक व्यवहारमा सहयोग गर्छन्। अक्टोपसमा करिब ५५ करोड न्युरोन हुन्छन्, तर तिनको वितरण मानिसको भन्दा फरक हुन्छ। तैपनि तिनका व्यवहारले उनीहरूले जटिल गुत्थीहरु समाधान गर्न, औजार प्रयोग गर्न र फरक-फरक मानिसलाई पहिचान गर्न सक्ने देखाउँछन्। बुद्धिमत्ता मानिसको एकाधिकार होइन।

मेरुदण्ड भएका जनावर (vertebrates) मा तीन भाग भएको मस्तिष्कको विकास भयो: अग्र-मस्तिष्क, मध्य-मस्तिष्क र पश्च-मस्तिष्क। यो संरचनात्मक योजना सार्कदेखि मानिससम्म कायम छ, यद्यपि यी भागहरूको अनुपात र जटिलता भने फरक-फरक छन्। स्तनधारीहरूमा पछि नियोकोर्टेक्स (neocortex) अर्थात् मस्तिष्कको नयाँ बाहिरी तह विकसित भयो। मानिसमा यसले मस्तिष्कको आयतनको करिब ८० प्रतिशत भाग ओगट्छ। प्रारम्भिक स्तनधारीहरूमा नियोकोर्टेक्स सानो थियो, तर केही विकासक्रमीय वंशमा यसको उल्लेखनीय विस्तार भयो।

मानिसको विकासक्रमीय वंश चिम्पान्जीबाट करिब ६० देखि ८० लाख वर्षअघि अलग भयो। प्रारम्भिक मानव पूर्वजहरूको मस्तिष्क आधुनिक मानिसको मस्तिष्कको आकारको करिब एक-तिहाइ मात्र थियो। पछिल्ला २० देखि ३० लाख वर्षमा मानव मस्तिष्कको आकार झन्डै तीन गुणाले बढ्यो।

लेमर, बाँदर, कपि र मानिसलगायत प्राइमेटहरू करिब ८ करोड वर्षअघि साना, रातमा सक्रिय कीरा खाने जनावरहरूबाट विकसित भए। रूखमा बस्ने जीवनका लागि उनीहरूमा उत्कृष्ट दृष्टि र हातका चालहरूलाई सूक्ष्म रूपमा नियन्त्रण गर्ने क्षमता विकसित भयो। प्राइमेटहरूको विकासक्रम अघि बढ्दै जाँदा केही वंशमा शरीरको आकारको तुलनामा अझ ठूलो मस्तिष्क विकसित भयो।

मानिसको विकासक्रमीय वंश चिम्पान्जीबाट करिब ६० देखि ८० लाख वर्षअघि अलग भयो। प्रारम्भिक मानव पूर्वजहरूको मस्तिष्क आधुनिक मानिसको मस्तिष्कको आकारको करिब एक-तिहाइ मात्र थियो। पछिल्ला २० देखि ३० लाख वर्षमा मानव मस्तिष्कको आकार झन्डै तीन गुणाले बढ्यो। यसको आन्तरिक संरचनामा पनि पुनर्गठन भयो। निधारपछाडि रहेको प्रिफ्रन्टल कोर्टेक्स (prefrontal cortex) शरीरको अनुपातमा ठूलो हुँदै गयो। नियोकोर्टेक्स पनि थप विशिष्ट क्षेत्रमा विभाजित भयो। भाषासँग सम्बन्धित क्षेत्रहरू विकसित भए। मस्तिष्कका दुई भागले फरक-फरक कार्यमा विशेषज्ञता हासिल गर्न थाले।

यी परिवर्तनहरू अचानक भएका होइनन्। हाम्रा पूर्वजहरूले बदलिँदो वातावरणसँग अनुकूलन गर्दै, औजार निर्माण गर्दै र जटिल सामाजिक समूहमा जीवन बिताउँदै जाँदा यी परिवर्तनहरू क्रमशः सञ्चित हुँदै गए। यो जीवविज्ञान र वातावरणबीचको परस्पर प्रभावको द्वन्द्वात्मक प्रक्रिया थियो–दुवैले एकअर्कालाई निरन्तर आकार दिइरहेका थिए।

शिखर होइन, एउटा शाखा

मानव मस्तिष्कको विकासक्रम अझै समाप्त भएको छैन। Nature जर्नलमा प्रकाशित २०२६ को एउटा अध्ययनमा अली अकबारी, डेभिड राइख र अन्य अनुसन्धानकर्ताहरूले पश्चिमी यूरेसियाबाट प्राप्त १५,००० भन्दा बढी प्राचीन तथा आधुनिक जीनोमको विश्लेषण गरेका छन्। यस प्रकारको सबैभन्दा व्यापक अध्ययनमध्ये एक मानिएको यस अनुसन्धानमा प्राचीन मानव अवशेषबाट प्राप्त डीएनएलाई आधुनिक मानिसको डीएनएसँग तुलना गरिएको थियो। अनुसन्धानकर्ताहरूले पछिल्ला १०,००० वर्षमा परिवर्तन भएका ४७९ वटा आनुवंशिक भेरियन्ट फेला पारे। यी भेरियन्टहरू स्नायु विकास, प्रतिरक्षा प्रणाली, रक्त समूह तथा मुटु–चयापचयसम्बन्धी स्वास्थ्यसँग जोडिएका विभिन्न गुणमा फैलिएका छन्। कृषि सुरु भएपछि मानिसको आहार, रोगहरू तथा सामाजिक संरचनामा परिवर्तन आयो र प्राकृतिक छनोटले त्यसअनुसार प्रतिक्रिया दियो। अन्य अध्ययनहरूले पनि ASPM जस्ता जीनमा–जुन मस्तिष्कको आकारसँग सम्बन्धित छ  तथा न्युरोनबीचको सञ्चारसँग सम्बन्धित जीनहरूमा निरन्तर प्राकृतिक छनोट भइरहेको देखाएका छन्। मानिसहरू सरल अर्थमा क्रमशः ‘बुद्धिमान’ हुँदै गइरहेका छैनन्। बरु, लाभदायक आनुवंशिक भेरियन्टहरू बढी सामान्य हुँदै गए र हानिकारक भेरियन्टहरू क्रमशः हट्दै गए।

विकासक्रम भर्‍याङ होइन, एउटा वृक्ष हो। हरेक जीवित प्रजाति आफ्नो वातावरणअनुकूल विकसित भएको हुन्छ।

विकासक्रमलाई मानिस सबैभन्दा माथि रहेको एउटा भर्‍याङका रूपमा हेर्न लोभलाग्दो हुन्छ। तर विकासक्रम भर्‍याङ होइन, एउटा वृक्ष हो। हरेक जीवित प्रजाति आफ्नो वातावरणअनुकूल विकसित भएको हुन्छ। कागले औजार बनाउन सक्छन् र म्याग्पाइ चराहरूले ऐनामा आफ्नै प्रतिबिम्ब पहिचान गर्न सक्छन्। अक्टोपसको मस्तिष्क हाम्रो भन्दा बिल्कुलै फरक ढङ्गले व्यवस्थित छ। तिनको मस्तिष्कले पनि हाम्रै भन्दा बिल्कुलै फरक तरिकाले समस्याहरू समाधान गर्छ। मानिस विशाल विकासक्रमीय वृक्षको एउटा शाखा मात्र हो, त्यसको शिखर होइन।

स्ट्यानफोर्डको यो खोजले पनि यही दृष्टिकोणलाई थप बल दिन्छ। मानव मस्तिष्क स्वयं एउटा मिश्रित अंग हो–दुई प्राचीन स्नायु प्रणालीको संयोजन। यसको एउटा भाग, पश्च-मस्तिष्क, जीवन धान्न आवश्यक आधारभूत कार्यहरू–खानु, सुत्नु, जागा रहनु र मुटुको धड्कन–नियन्त्रण गर्छ। अर्को भागले, अहिलेको आधुनिक मानवमा, कविता, गणित र आत्मचिन्तनजस्ता क्षमताहरू सम्भव बनाउँछ। यी दुवै विकासक्रमका उत्पादन हुन् र दुवै अझै विकासक्रमकै प्रक्रियामा छन्।

जोखाईले भनेझैँ, “अब हामीसँग विनाशकारी रोगहरूलाई अझ राम्रोसँग बुझ्ने र तिनका लागि पुनर्योजी उपचार विकास गर्ने दिशामा काम गर्ने एउटा मोडल छ।”

मस्तिष्क कुनै पूर्ण भएर तयार भइसकेको उत्कृष्ट कृति होइन। यो निरन्तर निर्माण हुँदै गरेको संरचना हो–विकासक्रमको विशाल वृक्षमा रहेका असंख्य शाखामध्ये एउटा शाखा।

Source:- https://peoplesdemocracy.in

अनुवाद एवं प्रस्तुति: केदार सिटौला

(यो अनुवाद लेख साभार छाप्नेले अनिवार्य रुपमा मूल लेखको स्रोत, अनुवादकको नाम र दायित्वबोधको हाइपरलिङ्कसहित स्रोत खुलाउनुहोला । उचित तरिकाले स्रोत नखुलाइकन प्रकाशित गरिएमा बौद्धिक चोरी मानिनेछ ।–दायित्वबोध)

दायित्वबोधको विशेष अनुरोध

वाम वैचारिकीको रक्षा र प्रबर्द्धनका लागि दायित्वबोध अनलाइन निरन्तर रहनु जरुरी छ भन्ने तपाईंलाई लाग्छ ? के दायित्वबोधमा प्रकाशित भइरहेका सामग्रीहरु उपयोगी र पठनीय छन् भन्ने तपाईं ठान्नुहुन्छ ? दायित्वबोधको निरन्तरताको लागि तपाईंको सहयोगले ठूलो अर्थ राख्छ !

तपाईंले कसरी सहयोग गर्न सक्नुहुन्छ ? यस लिङ्कमा थिच्नुहोस्