वैज्ञानिकों ने ‘तंत्रिका तंत्र को डिजाइन करने का बिल्कुल नया तरीका’ खोजा

यह अभूतपूर्व खोज अकशेरूकीय प्रजातियों में जटिल तंत्रिका तंत्र के विकास में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करती है और रोबोटिक्स इंजीनियरिंग में स्वायत्त पानी के नीचे के उपकरणों और अन्य नवाचारों के विकास को प्रेरित करने की क्षमता रखती है।

ऑक्टोपस इंसानों की तरह नहीं हैं – वे आठ भुजाओं वाले अकशेरूकीय हैं और क्लैम और घोंघे से निकटता से संबंधित हैं। इसके बावजूद, उन्होंने जटिल तंत्रिका तंत्र विकसित किया है जिसमें कैनाइन दिमाग जितने न्यूरॉन हैं, जिसने उन्हें जटिल व्यवहारों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदर्शित करने की अनुमति दी है।

यह इसे मेलिना हिल, पीएचडी, विलियम रेनी हार्पर जैसे जीवों के जीव विज्ञान के प्रोफेसर और विश्वविद्यालय के कुलपति के लिए एक दिलचस्प विषय बनाता है। शिकागो विश्वविद्यालयजो यह समझना चाहते हैं कि कैसे वैकल्पिक तंत्रिका तंत्र संरचनाएं मनुष्यों के समान कार्य कर सकती हैं, जैसे अंग की गति को महसूस करना और गति को नियंत्रित करना।

में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में वर्तमान जीव विज्ञानफिर, हिल और उनके सहयोगियों ने ऑक्टोपस के तंत्रिका तंत्र की एक आश्चर्यजनक नई विशेषता की खोज की: एक संरचना जो न्यूरोमस्कुलर डोरियों (INCs) की अनुमति देती है, जो ऑक्टोपस को अपने हाथ की गति को समझने में मदद करती है, जानवर के दोनों ओर की बाहों से जुड़ने के लिए।

चौंकाने वाली खोज नई अंतर्दृष्टि प्रदान करती है कि कैसे अकशेरूकीय प्रजातियां स्वतंत्र रूप से जटिल न्यूरोनल प्रजातियों को विकसित करती हैं। यह रोबोटिक इंजीनियरिंग के लिए भी प्रेरणा प्रदान कर सकता है, जैसे कि नए स्वायत्त पानी के नीचे के उपकरण।

बाहों के आधार पर एक क्षैतिज टुकड़ा (लेबल ए) मौखिक आईएनसी (लेबल ओ) के अभिसरण और चौराहे को दर्शाता है। क्रेडिट: Kuuspalu एट अल। , वर्तमान जीव विज्ञान2022

हिल ने कहा, “मेरी प्रयोगशाला में, हम मशीनोसेंसेशन और प्रोप्रियोसेप्शन का अध्ययन करते हैं – कैसे अंग आंदोलन और स्थिति को महसूस किया जाता है।” “इन आईएनसी को लंबे समय से संवेदी माना गया है, इसलिए वे हमारी प्रयोगशाला द्वारा पूछे जाने वाले प्रश्नों के उत्तर देने में मदद करने के लिए एक दिलचस्प लक्ष्य रहे हैं। आज तक, उन पर ज्यादा काम नहीं किया गया है, लेकिन पिछले प्रयोगों ने संकेत दिया है कि वे हैं हाथ नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण।

मरीन बायोलॉजिकल लेबोरेटरी द्वारा प्रदान किए गए सेफेलोपॉड अनुसंधान समर्थन के लिए धन्यवाद, हिल और उनकी टीम अध्ययन के लिए बेबी ऑक्टोपस का उपयोग करने में सक्षम थी, जो कि शोधकर्ताओं को एक बार में आठ भुजाओं के आधार की छवि बनाने की अनुमति देने के लिए काफी छोटा था। यह टीम को उनके प्रक्षेपवक्र को निर्धारित करने के लिए ऊतक के माध्यम से आईएनसी को ट्रैक करने की अनुमति देता है।

“ये ऑक्टोपस एक निकल या शायद एक चौथाई के आकार के बारे में थे, इसलिए यह नमूनों को सही दिशा में चिपकाने और टुकड़ा करते समय सही कोण प्राप्त करने की एक प्रक्रिया थी। [for imaging]UChicago के वरिष्ठ शोध विश्लेषक और अध्ययन के प्रमुख लेखक एडम कोस्पालो ने कहा।

प्रारंभ में, टीम भुजाओं में बड़े अक्षीय तंत्रिका डोरियों का अध्ययन कर रही थी, लेकिन उन्होंने ध्यान देना शुरू किया कि INCs भुजा के आधार पर नहीं रुकती, बल्कि हाथ से जानवर के शरीर में जाती रहती है। यह महसूस करते हुए कि आईएनसी की शारीरिक रचना की खोज में बहुत कम काम किया गया था, उन्होंने तंत्रिकाओं का पता लगाना शुरू कर दिया, उनसे ऑक्टोपस के शरीर में अक्षीय तंत्रिका डोरियों के समान एक लूप बनाने की अपेक्षा की।

इमेजिंग के माध्यम से, टीम ने निर्धारित किया कि प्रत्येक हाथ की लंबाई चलाने के अलावा, चार सिलेंडरों में से कम से कम दो ऑक्टोपस के शरीर में फैलते हैं, जहां वे आसन्न हथियारों को बायपास करते हैं और तीसरे हाथ की आईएनसी के साथ फ्यूज करते हैं। इस पैटर्न का अर्थ है कि सभी भुजाएँ सममित रूप से जुड़ी हुई हैं।

हालाँकि, यह कहना मुश्किल था कि पैटर्न सभी आठ भुजाओं पर कैसे टिकेगा। “जब हम फिल्मांकन कर रहे थे, हमने महसूस किया कि वे सभी एक साथ नहीं आ रहे थे जैसा कि हमने उम्मीद की थी, वे सभी अलग-अलग दिशाओं में जा रहे थे, और हम यह पता लगाने की कोशिश कर रहे थे कि कैसे पैटर्न सभी भुजाओं के लिए सुसंगत है, यह कैसे होता है काम?” हिल ने कहा। “मैं इन बच्चों के खिलौनों में से एक – स्पाइरोग्राफ भी लाया था – यह खेलने के लिए कि यह कैसा दिखेगा, और अंत में सब कुछ कैसे जुड़ जाएगा। इसमें बहुत सारे फिल्मांकन और ग्राफिक्स के साथ खेलना था क्योंकि हमने अपने दिमाग को किस चीज के बारे में बताया यह स्पष्ट होने से पहले हो सकता है कि यह सब एक साथ कैसे फिट होता है।

नतीजे बिल्कुल नहीं थे जो शोधकर्ताओं ने खोजने की उम्मीद की थी।

“हमें लगता है कि यह एक उपन्यास अंग-आधारित तंत्रिका तंत्र डिजाइन है,” हिल ने कहा। “हमने अन्य जानवरों में ऐसा कुछ नहीं देखा है।”

शोधकर्ताओं को अभी तक नहीं पता है कि यह रचनात्मक डिजाइन क्या कार्य कर सकता है, लेकिन उनके पास कुछ विचार हैं।

हिल ने कहा, “पुराने शोध पत्रों में से कुछ ने दिलचस्प अंतर्दृष्टि साझा की है।” 1950 के दशक के एक अध्ययन से पता चला है कि जब आप क्षतिग्रस्त मस्तिष्क क्षेत्रों के साथ एक ऑक्टोपस के एक तरफ एक हाथ में हेरफेर करते हैं, तो आप देखेंगे कि हथियार दूसरी तरफ प्रतिक्रिया कर रहे हैं। इसलिए ये नसें प्रतिवर्त प्रतिक्रिया या व्यवहार के विकेंद्रीकृत नियंत्रण की अनुमति दे सकती हैं। हालाँकि, हम यह भी देखते हैं कि तंतु तंत्रिका डोरियों से मांसपेशियों में अपने मार्ग से बाहर निकलते हैं, इसलिए वे अपनी लंबाई के साथ एलर्जी प्रतिक्रियाओं और मोटर नियंत्रण की निरंतरता की अनुमति भी दे सकते हैं। “

टीम वर्तमान में यह देखने के लिए प्रयोग कर रही है कि क्या वे आईएनसी के शरीर विज्ञान और अद्वितीय मानचित्रण का विश्लेषण करके इस प्रश्न में अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं। वे कटलफिश और कटलफिश सहित अन्य सेफेलोपोड्स के तंत्रिका तंत्र का भी अध्ययन कर रहे हैं, यह देखने के लिए कि क्या वे समान शारीरिक रचना साझा करते हैं।

अंतत: हिल का मानना ​​है कि अनपेक्षित तरीकों पर प्रकाश डालने के अलावा अकशेरुकी प्रजातियां एक तंत्रिका तंत्र को डिजाइन कर सकती हैं, इन प्रणालियों को समझने से रोबोटिक्स जैसी नई इंजीनियरिंग तकनीकों को विकसित करने में मदद मिल सकती है।

हिल ने कहा, “समुद्र के नीचे स्वायत्त उपकरणों के डिजाइन के लिए ऑक्टोपस जैविक प्रेरणा हो सकते हैं।” “उनकी भुजाओं के बारे में सोचें – वे कहीं भी झुक सकते हैं, न केवल जोड़ों पर। वे अपनी भुजाओं को मोड़ और बढ़ा सकते हैं और अपने चूसने वालों को स्वतंत्र रूप से संचालित कर सकते हैं। एक ऑक्टोपस की भुजा का कार्य हमारी तुलना में बहुत अधिक जटिल है, इसलिए यह समझना कि ऑक्टोपस कैसे एकीकृत होते हैं सेंसरिमोटर जानकारी और उनके आंदोलन को नियंत्रित करने से नई प्रौद्योगिकियों के विकास में सहायता मिल सकती है।”

संदर्भ: “मल्टीपल नर्व कॉर्ड ऑक्टोपस की भुजाओं को जोड़ते हैं, हथियारों के बीच सिग्नलिंग के लिए वैकल्पिक मार्ग प्रदान करते हैं” एडम कोस्पालो, सामंथा कड्डी और मेलिना ई। हिल द्वारा, 28 नवंबर, 2022, यहां उपलब्ध है। वर्तमान जीव विज्ञान.
डीओआई: 10.1016/j.cub.2022.11.007

अध्ययन को संयुक्त राज्य अमेरिका के नौसेना अनुसंधान कार्यालय द्वारा वित्त पोषित किया गया था।