Human Brain: మెదడుకు కొత్త విషయాలను నేర్పే రీప్లే

మనం ఎందుకు నిద్రించాలి? వేల సంవత్సరాలుగా శాస్త్రవేత్తల్లో ఇది చర్చనీయాంశమైంది. ఈ గుట్టు విప్పే దిశగా అమెరికా పరిశోధకులు తాజాగా కొన్ని కీలకాంశాలను వెలుగులోకి తెచ్చారు. మానవుల్లో జ్ఞాపకాలు ఎలా ఏర్పడతాయి? నేర్చుకునే ప్రక్రియ ఎలా సాగుతుంది? వంటి ప్రశ్నలకు ఇవి కొన్ని సమాధానాలను అందించొచ్చని చెబుతున్నారు. మెదడు సంబంధ వ్యాధుల బారినపడ్డవారికి తోడ్పాటును అందించే సాధనాల అభివృద్ధికి ఇది దోహదపడొచ్చని వివరించారు.

చాలాకాలం కిందట ప్రయోగశాలల్లో జంతువులపై అధ్యయనం చేసిన శాస్త్రవేత్తలు.. రాత్రివేళలో జరిగే ‘రీప్లే’ అనే పోకడను కనుగొన్నారు. కొత్త సమాచారాన్ని గుర్తుపెట్టుకోవడానికి మెదడు ఈ వ్యూహాన్ని అనుసరిస్తుందని సూత్రీకరించారు. చిక్కుముడిలా ఉండే దారి గుండా వెళుతూ గమ్యస్థానానికి చేరుకునేలా ఎలుకకు శిక్షణ ఇస్తే.. సరైన మార్గంలో వెళ్లేటప్పుడు దాని మెదడులోని న్యూరాన్లు ఒక క్రమపద్ధతిలో క్రియాశీలమవుతున్నట్లు వెల్లడైంది. ఆ తర్వాత ఆ ఎలుక నిద్రించేటప్పుడూ అదే క్రమపద్ధతిలో న్యూరాన్లు ఉత్తేజభరితమవడాన్ని శాస్త్రవేత్తలు గమనించారు. ఇలా ఆ ప్రక్రియను తిరిగి ప్రదర్శించడం (రీప్లే) ద్వారా మెదడు.. కొత్త అంశాలను నేర్చుకుంటుందని శాస్త్రవేత్తలు పేర్కొన్నారు. జ్ఞాపకాలను పదిలం చేసుకుంటుందని వివరించారు.

జంతువుల్లోనే..

రీప్లే విధానం.. ప్రయోగశాలల్లోని జంతువుల్లోనే నిర్ధారణగా రుజువైంది. మానవుల్లోనూ ఈ పోకడ జరుగుతోందా? ఒకవేళ జరుగుతుంటే ఎంతమేర అది చోటుచేసుకుంటోందన్న ప్రశ్న న్యూరోసైన్స్‌ శాస్త్రవేత్తల్లో ఉంది. ముఖ్యంగా కదలికలకు సంబంధించిన మోటార్‌ నైపుణ్యాల విషయంలోనూ రీప్లే జరుగుతుందా అన్నది తెలుసుకుంటే న్యూరోలాజిక్‌ వ్యాధులు, గాయాలపాలైన వారికి కొత్త చికిత్సలు, సాధనాల అభివృద్ధికి వీలు కలగొచ్చని పరిశోధనలో పాలుపంచుకున్న సిడ్నీ ఎస్‌ క్యాష్‌ పేర్కొన్నారు.

రీప్లే కనిపించింది

ఆ రాత్రి టి11.. తన ఇంట్లో నిద్రించే సమయంలో అతడి మెదడులోని మోటార్‌ కార్టెక్స్‌లో న్యూరాన్ల జ్వలనాన్ని శాస్త్రవేత్తలు పరిశీలించారు. ఆ రోజు ఉదయం ఆట ఆడేటప్పుడు టి11 మెదడులో జరిగిన న్యూరాన్ల జ్వలనాన్ని ఇది అచ్చంగా పోలి ఉంది. ఇది శాస్త్రవేత్తలను సంభ్రమాశ్చర్యాల్లో ముంచెత్తింది. నిద్రించే సమయంలో మానవుల మెదడులోనూ రీప్లే జరుగుతుందనడానికి ఇది అత్యంత ప్రత్యక్ష ఆధారమని పరిశోధకులు తెలిపారు.

* ఈ రీప్లే చాలావరకూ.. పరీక్షార్థి ‘స్లో-వేవ్‌ స్లీప్‌’ దశ నిద్రలో ఉన్నప్పుడే జరిగింది. కలలు వచ్చే ఆర్‌ఈఎం దశలో ఇది పెద్దగా చోటుచేసుకోలేదు.

మెరుగైన సాధనాలకు వీలు..

మానవుల్లో రీప్లే గురించి, అభ్యసనం, జ్ఞాపకశక్తిలో దాని పాత్రపై లోతైన అధ్యయనాలకు ఈ పరిశోధన పునాదిలా ఉపయోగపడుతుందని శాస్త్రవేత్తలు చెబుతున్నారు.

* మెరుగైన బ్రెయిన్‌-కంప్యూటర్‌ ఇంటర్‌ఫేస్‌ల రూపకల్పనకు ఈ సమాచారం దోహదపడుతుంది.

* గాయాలపాలైన వారు తర్వాత వేగంగా, సమర్థంగా తమ కాళ్లు, చేతులను స్వాధీనంలోకి తెచ్చుకోవడానికి ఇది సాయపడుతుంది.

ఇదీ ప్రయోగం..

మానవ మోటార్‌ కార్టెక్స్‌ (కదలికలకు మార్గనిర్దేశం చేసే మెదడు భాగం)లో రీప్లే జరుగుతుందా అన్నది పరిశీలించడానికి శాస్త్రవేత్తలు.. వెన్నుపూస గాయపడటం వల్ల కాళ్లు, చేతులు కదిలించలేని స్థితిలో (టెట్రాప్లీజియా) ఉన్న 36 ఏళ్ల వ్యక్తిని ఎంచుకున్నారు. అతడికి టి11 అనే సంకేత నామం ఇచ్చారు. ఆ వ్యక్తి.. మెదడు-కంప్యూటర్‌ ఇంటర్‌ఫేస్‌ సాధనంతో జరుగుతున్న ఒక క్లినికల్‌ ప్రయోగంలో భాగస్వామి. కంప్యూటర్‌ తెరపై కర్సర్‌, కీబోర్డును ఉపయోగించడానికి ఇది వీలు కల్పిస్తుంది.
అధ్యయనంలో భాగంగా ‘సైమన్‌’ అనే ఎలక్ట్రానిక్‌ క్రీడను ఆడాలని టి11ను కోరారు. ఇందులో ఆటగాడు.. రంగురంగుల దీపాలు ఒక క్రమపద్ధతిలో వెలగడాన్ని పరిశీలిస్తాడు. ఆ తర్వాత వాటిని గుర్తుచేసుకొని, అదే క్రమపద్ధతిని తిరిగి కంప్యూటర్‌ తెరపై ఆవిష్కరిస్తాడు.

* తొలుత టి11 చేతిని కదిలించాలన్న ఆలోచన చేశాడు. అందుకు అనుగుణంగా అతడి మెదడులోని మోటార్‌ కార్టెక్స్‌లో న్యూరాన్లు ఉత్తేజభరితమయ్యాయి. అక్కడ అమర్చిన సెన్సర్లు వీటిని రికార్డు చేసి, వైర్‌లెస్‌ పద్ధతిలో కంప్యూటర్‌కు బట్వాడా చేశాయి.

* ఈ విధంగా.. ఆలోచనశక్తి ద్వారానే కంప్యూటర్‌ తెరపై కర్సర్‌ను అతడు కదిలించి, తాను కోరుకున్న ప్రాంతాల్లో క్లిక్‌ చేశాడు.

అన్ని భాగాలపై ప్రభావం

నిద్ర చాలా సంక్లిష్ట ప్రక్రియ. శరీరంలోని అన్ని భాగాలపై ఇది ప్రభావం చూపుతుంది. భావోద్వేగ, మానసిక ఆరోగ్యానికీ దీనితో సంబంధం ఉంది. స్లీప్‌-వేక్‌ హోమియోస్టాసిస్‌, సర్కాడియన్‌ వ్యవస్థ ద్వారా నిద్ర ప్రక్రియను శరీరం నియంత్రిస్తుంది.  

రెప్పవాల్చినప్పుడు ఏం జరుగుతుంది?

నిద్రలోకి జారిపోయిన నిమిషంలోపే మెదడు, శరీరంలో గణనీయ మార్పులు సంభవిస్తాయి. శరీర ఉష్ణోగ్రత తగ్గిపోతుంది. మెదడులో చర్యలు, గుండె కొట్టుకునే రేటు, శ్వాస నెమ్మదిస్తాయి. శరీరంలో శక్తి వినియోగం తగ్గిపోతుంది.

నిద్రలో ఏమిటీ దశలు..

నిద్రలో నాలుగు దశలు ఉన్నాయి. అందులో మొదటి మూడు దశలు ఎన్‌ఆర్‌ఈఎం (నాన్‌- ర్యాపిడ్‌ ఐ మూవ్‌మెంట్‌) కిందకి వస్తాయి. నాలుగో దశను ఆర్‌ఈఎం (ర్యాపిడ్‌ ఐ మూవ్‌మెంట్‌)గా పిలుస్తారు. మొదటి రెండు దశల్లో ఉన్నప్పుడు సులువుగా మెలకువ వస్తుంది. మూడో అంచెను ‘స్లో-వేవ్‌ స్లీప్‌’గా కూడా పేర్కొంటారు. ఈ దశలో గాఢ నిద్ర అంచులకు చేరుకుంటాం.

* ఆర్‌ఈఎం దశలో మెదడు చర్యలు ఊపందుకుంటాయి. రెప్పలు మూసుకొని ఉన్నప్పటికీ కంటి కదలికలు వేగంగా జరుగుతాయి. ఇవి, శ్వాస కండరాలు మినహా శరీరం మొత్తం తాత్కాలికంగా అచేతనమవుతుంది. కలలు ఎక్కువగా ఈ దశలోనే వస్తాయి.

* మూడు, నాలుగో దశ నిద్రలో ఉన్నప్పుడు మన శరీరంలోని కణాలు మరమ్మతులు, పునర్‌నిర్మాణం చేసుకుంటాయి. ఎముక, కండరాల వృద్ధికి దోహదపడే హార్మోన్లు ఉత్పత్తి అవుతాయి. శరీర పునరుత్తేజానికి, సమర్థ ఆలోచన, జ్ఞాపకశక్తికి ఈ దశలు బాటలువేస్తాయి. రోగ నిరోధక శక్తి బలోపేతమవుతుంది.    

చీమలకు పెద్దగా నిద్ర అవసరం లేదు. అవి రోజూ దాదాపు 250 సార్లు కునుకు తీస్తుంటాయి. ఒక్కో కునుకు నిడివి నిమిషం లోపే. చీమల బుర్రలో 2.5 లక్షల కణాలు ఉంటాయి. మెదడు నిరంతరంగా పనిచేసేందుకు అవి దోహదపడుతుంటాయి.

- ఈనాడు, ప్రత్యేక విభాగం