शोधकर्ता कृत्रिम न्यूरोनल नेटवर्क को जैविक नेटवर्क के साथ संवाद करने के लिए विधि विकसित करते हैं

एक शोधकर्ता समूह ने कृत्रिम न्यूरोनल नेटवर्क को जैविक न्यूरोनल नेटवर्क के साथ संवाद करने का एक तरीका विकसित किया है। यह नई प्रगति न्यूरोप्रोस्थेटिक उपकरणों के लिए एक बड़ा कदम है, जो क्षतिग्रस्त न्यूरॉन्स को कृत्रिम न्यूरोनल सर्किटरी से बदल देते हैं।

नई विधि कृत्रिम विद्युत स्पाइकिंग संकेतों 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 जिसका शीर्षक है “इन सिलिको से जैविक न्यूरोनल नेटवर्क के माध्यम से पैटर्न्ड ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना के माध्यम से न्यूरोप्रोस्थेटिक वास्तविक समय संचार की ओर” साइंटिफिक रिपोर्ट्स में प्रकाशित हुआ था।

न्यूरोप्रोस्थेटिक प्रौद्योगिकी

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

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

इससे बचने के लिए, शोधकर्ताओं ने संकेतों को प्रकाश में परिवर्तित कर दिया।

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

ऑप्टोजेनेटिक्स

ऑप्टोजेनेटिक्स एक प्रौद्योगिकी है जो शैवाल और अन्य जानवरों में पाए जाने वाले प्रकाश-संवेदनशील प्रोटीन पर निर्भर करती है। जब इन प्रोटीन को न्यूरॉन्स में डाला जाता है, तो प्रकाश को एक न्यूरॉन पर चमकाया 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 विद्युत स्पाइकिंग न्यूरोनल नेटवर्क के विद्युत आउटपुट को नीले और काले वर्गों से बने एक चेकर्ड पैटर्न में परिवर्तित करना था। इस पैटर्न को तब एक 0.8 बाय 0.8 मिमी वर्ग जैविक न्यूरल नेटवर्क पर प्रकाश द्वारा प्रोजेक्ट किया गया था, जो एक डिश में बढ़ रहा था। जब ऐसा हुआ, तो केवल न्यूरॉन्स नीले वर्गों से आने वाले प्रकाश से सक्रिय हुए।

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सिंक्रोनस गतिविधि संस्कृत न्यूरॉन्स में उत्पन्न होती है जब कभी भी स्वतःस्फूर्त गतिविधि होती है। इससे एक प्रकार की लय उत्पन्न होती है जो न्यूरॉन्स के जुड़ाव, न्यूरॉन्स के विभिन्न प्रकार, और वे कैसे अनुकूलन और परिवर्तन करते हैं पर आधारित होती है।

“हमारी सफलता की कुंजी,” लेवी कहते हैं, “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 एक द्वारा भेजे गए ‘संगीत’ का जवाब देने में सक्षम था। यूरोपीय ब्रेनबो प्रोजेक्ट के दौरान प्राप्त प्रारंभिक परिणाम हमें इन जैविक कृत्रिम न्यूरॉन्स को डिज़ाइन करने में मदद करते हैं। “

शोधकर्ताओं ने अंततः सर्वोत्तम मेल खाने के बाद पाया जब कृत्रिम न्यूरल नेटवर्क को विभिन्न लय के लिए ट्यून किया गया था, और वे जैविक नेटवर्क की वैश्विक लय में परिवर्तन की पहचान करने में सक्षम थे।

“सिस्टम में ऑप्टोजेनेटिक्स को शामिल करना व्यावहारिकता की ओर एक प्रगति है,” लेवी कहते हैं। “यह भविष्य के जैविक उपकरणों को विशिष्ट प्रकार के न्यूरॉन्स या विशिष्ट न्यूरोनल सर्किट के भीतर संवाद करने की अनुमति देगा।”

सिस्टम के साथ विकसित भविष्य के प्रोस्थेटिक उपकरण क्षतिग्रस्त मस्तिष्क सर्किट को बदल सकते हैं। वे मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों के बीच संवाद को भी बहाल कर सकते हैं। इससे न्यूरोप्रोस्थेसिस की एक बहुत ही प्रभावशाली पीढ़ी का नेतृत्व हो सकता है।