शोधकर्ता कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क और जैविक तंत्रिका नेटवर्क के बीच संचार के लिए एक विधि विकसित करते हैं

एक शोधकर्ता समूह ने कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क और जैविक तंत्रिका नेटवर्क के बीच संचार का एक तरीका विकसित किया है। यह नई तकनीक न्यूरोप्रोस्थेटिक डिवाइसों के लिए एक बड़ा कदम है, जो क्षतिग्रस्त न्यूरॉन्स को कृत्रिम तंत्रिका सर्किटरी से बदल देते हैं।

यह नई विधि कृत्रिम विद्युत स्पाइकिंग सिग्नल को एक दृश्य पैटर्न में परिवर्तित करने पर निर्भर करती है। इसका उपयोग ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना के माध्यम से जैविक न्यूरॉन्स को सिंक्रोनाइज़ करने के लिए किया जाता है।

लेख का शीर्षक “टूवर्ड न्यूरोप्रोस्थेटिक रियल-टाइम कम्युनिकेशन फ्रॉम इन सिलिको टू बायोलॉजिकल न्यूरनल नेटवर्क वाया पैटर्न्ड ऑप्टोजेनेटिक स्टिमुलेशन” साइंटिफिक रिपोर्ट्स में प्रकाशित हुआ था।

न्यूरोप्रोस्थेटिक तकनीक

बिलबाओ, स्पेन में बायोक्रूस हेल्थ रिसर्च इंस्टीट्यूट से इकरबास्क रिसर्चर पाओलो बोनिफ़ाज़ी के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने न्यूरोप्रोस्थेटिक तकनीक बनाने का प्रयास किया। उन्हें टोक्यो विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट ऑफ इंडस्ट्रियल साइंस से टिमोथी लेवी ने ज्वाइन किया।

इस तकनीक के आसपास सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक यह है कि मस्तिष्क में न्यूरॉन्स संचार करते समय बहुत सटीक होते हैं। जब यह इलेक्ट्रिकल न्यूरल नेटवर्क की बात आती है, तो इलेक्ट्रिकल आउटपुट विशिष्ट न्यूरॉन्स को लक्षित करने में सक्षम नहीं होता है।

इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रिकल सिग्नल को प्रकाश में परिवर्तित किया।

लेवी के अनुसार, “ऑप्टोजेनेटिक तकनीक में प्रगति ने हमें एक बहुत छोटे से क्षेत्र में हमारे जैविक तंत्रिका नेटवर्क के न्यूरॉन्स को सटीक रूप से लक्षित करने की अनुमति दी।”

ऑप्टोजेनेटिक्स

ऑप्टोजेनेटिक्स एक ऐसी तकनीक है जो शैवाल और अन्य जानवरों में पाए जाने वाले प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन पर निर्भर करती है। जब ये प्रोटीन न्यूरॉन्स में डाले जाते हैं, तो प्रकाश को एक न्यूरॉन पर डाला जा सकता है ताकि इसे सक्रिय या निष्क्रिय किया जा सके, प्रोटीन के प्रकार के आधार पर।

शोधकर्ताओं ने परियोजना में नीले प्रकाश द्वारा सक्रिय किए जाने वाले विशिष्ट प्रोटीन का उपयोग किया। पहला कदम स्पाइकिंग न्यूरल नेटवर्क के इलेक्ट्रिकल आउटपुट को नीले और काले वर्गों से बने एक चेकर्ड पैटर्न में परिवर्तित करना था। इस पैटर्न को तब प्रकाश द्वारा एक 0.8 x 0.8 मिमी वर्ग जैविक तंत्रिका नेटवर्क पर प्रोजेक्ट किया गया, जो एक डिश में बढ़ रहा था। जब ऐसा हुआ, तो केवल न्यूरॉन्स जो नीले वर्गों से आने वाले प्रकाश से टकराए थे, सक्रिय हो गए।

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सिंक्रोनस गतिविधि तब उत्पन्न होती है जब संस्कृत न्यूरॉन्स में स्वतःस्फूर्त गतिविधि होती है। इसके परिणामस्वरूप एक प्रकार की लय उत्पन्न होती है जो न्यूरॉन्स के आपसी संबंधों, न्यूरॉन्स के प्रकारों और उनके अनुकूलन और परिवर्तन पर आधारित होती है।

लेवी के अनुसार, “हमारी सफलता की कुंजी यह समझना था कि कृत्रिम न्यूरॉन्स की लय वास्तविक न्यूरॉन्स की लय से मेल खानी चाहिए। एक बार जब हम ऐसा करने में सक्षम हो गए, तो जैविक नेटवर्क कृत्रिम नेटवर्क द्वारा भेजे गए ‘संगीत’ का जवाब देने में सक्षम था। यूरोपीय ब्रेनबो परियोजना के दौरान प्राप्त प्रारंभिक परिणामों ने हमें इन जैविक अनुरूप कृत्रिम न्यूरॉन्स को डिज़ाइन करने में मदद की।”

शोधकर्ताओं ने अंततः सर्वोत्तम मेल खाने के बाद पाया जब कृत्रिक तंत्रिका नेटवर्क को विभिन्न लयों में समायोजित किया गया और वे जैविक नेटवर्क की वैश्विक लय में परिवर्तनों की पहचान करने में सक्षम थे।

लेवी के अनुसार, “प्रणाली में ऑप्टोजेनेटिक्स को शामिल करना व्यावहारिकता की ओर एक कदम है। यह भविष्य के जैविक अनुरूप उपकरणों को विशिष्ट प्रकार के न्यूरॉन्स या विशिष्ट तंत्रिका सर्किट के भीतर संवाद करने की अनुमति देगा।”

सिस्टम के साथ विकसित भविष्य के प्रोस्थेटिक उपकरणों को क्षतिग्रस्त मस्तिष्क सर्किट को बदलने में सक्षम हो सकते हैं। वे मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों के बीच संचार को भी बहाल कर सकते हैं। यह सब एक बहुत ही प्रभावशाली पीढ़ी के न्यूरोप्रोस्थेसिस की ओर ले जा सकता है।