उन्होंने एक शैवाल (एल्गी) का प्रोटीन खोजा, जिससे वैज्ञानिक दिमाग की चुनी हुई कोशिकाओं को रोशनी से चालू और बंद कर सकते हैं।
- एक हरी शैवाल में ऐसा प्रोटीन होता है जो नीली रोशनी पड़ते ही एक छोटा-सा दरवाज़ा खोल देता है।
- उस प्रोटीन का जीन नर्व कोशिकाओं में डालिए, तो रोशनी की एक चमक से वे कोशिकाएं सक्रिय होकर सिग्नल छोड़ती हैं।
- अब वैज्ञानिक जीवित जानवरों में जांच सकते हैं कि दिमाग की कौन-सी कोशिकाएं किसी याद, भावना या व्यवहार की वजह बनती हैं।
पहले की समस्या
20वीं सदी में शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि दिमाग का कौन-सा हिस्सा कौन-सा काम संभालता है। उनके औज़ार मोटे-मोटे थे। वे गतिविधि देख सकते थे और संबंध पहचान सकते थे, पर यह साबित नहीं कर सकते थे कि एक खास तरह की नर्व कोशिका किसी भावना या व्यवहार की वजह है।
अलग-अलग काम करने वाली नर्व कोशिकाएं आपस में घुली-मिली पास-पास होती हैं, और पुराने तरीके किसी एक तरह को अलग नहीं कर पाते थे। Francis Crick ने सुझाया था कि खास तरह की कोशिकाओं को काबू करने का सबसे अच्छा तरीका रोशनी होगी। पहले की कोशिशों में कई जीन या ऊपर से डाले गए रसायन लगते थे, इसलिए जीवित दिमाग में उनका इस्तेमाल मुश्किल था।
यह कैसे काम करता है
एक चूहा लीजिए और एक सवाल: क्या उसके दिमाग की कोशिकाओं का एक समूह उसे नींद से जगाता है? वैज्ञानिक चैनलरोडॉप्सिन-2 का जीन सिर्फ़ उसी तरह की कोशिकाओं तक पहुंचाते हैं। इसके लिए बदला हुआ वायरस डाकिये का काम करता है। इसलिए सिर्फ़ वही कोशिकाएं रोशनी वाला दरवाज़ा बनाती हैं।
फिर वे खोपड़ी के एक छोटे छेद से एक पतला ऑप्टिकल फाइबर अंदर डालते हैं। जब फाइबर से नीली रोशनी आती है, तो दरवाज़े एक मिलीसेकंड के छोटे-से हिस्से में खुल जाते हैं, चार्ज वाले कण तेज़ी से अंदर आते हैं, और सिर्फ़ वही चुनी हुई कोशिकाएं सिग्नल छोड़ती हैं।
2007 के अध्ययन में, इन कोशिकाओं पर रोशनी डालने से सोते चूहों के जागने की संभावना बढ़ गई। इससे पता चला कि ये कोशिकाएं जागने की वजह बन सकती हैं, न कि बस उसी समय सक्रिय रहती हैं। दूसरे रंगों पर प्रतिक्रिया देने वाले दूसरे प्रोटीन कोशिकाओं को शांत कर सकते हैं, इसलिए शोधकर्ता एक ही सर्किट को चालू और बंद कर सकते हैं।
चुने हुए घरों पर रोशनी से बजने वाली घंटी
सोचिए एक शहर, जहां हवाई जहाज़ से हर घर एक जैसा दिखता है। आप एक ऐसी दरवाज़े की घंटी लगाते हैं जो सिर्फ़ नीली टॉर्च की रोशनी पड़ने पर बजती है, और उसे सिर्फ़ एक तरह के घरों पर लगाते हैं, मान लीजिए बेकरी पर। अब आप ऊपर से उड़ते हुए रोशनी डालिए और देखिए कि जब सिर्फ़ बेकरियां जागती हैं तो शहर क्या करता है। यह मिसाल दो जगह पूरी नहीं बैठती: 'घंटी' असल में एक दरवाज़ा है जो चार्ज वाले कणों को कोशिका के अंदर बहने देता है, और वैज्ञानिक इसे एक जीन पहुंचाकर लगाते हैं, यानी कोशिका यह दरवाज़ा खुद बनाती है।
- इसने दिमाग के विज्ञान को 'ये कोशिकाएं साथ में सक्रिय होती हैं' से 'ये कोशिकाएं यह करवाती हैं' तक पहुंचा दिया, और वह भी मिलीसेकंड तक सटीक नियंत्रण के साथ।
- दुनिया भर की लैब ने इसकी मदद से जानवरों में दर्द, प्यास, खाने, इनाम, ध्यान, सामाजिक व्यवहार और बच्चों की देखभाल से जुड़े सर्किट खोजे हैं।
- 2012 में, डर की एक याद के दौरान चिह्नित की गई कोशिकाओं पर रोशनी डालना ही चूहों में वह याद वापस लाने के लिए काफ़ी था।
- 2021 के एक अध्ययन में बताया गया कि रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा से अंधे हुए एक मरीज़ की नज़र, चैनलरोडॉप्सिन जैसे एक प्रोटीन और रोशनी छोड़ने वाले चश्मे की मदद से कुछ हद तक लौट आई।
- इससे डिप्रेशन, एंग्ज़ायटी, स्किज़ोफ्रेनिया, अल्ज़ाइमर और पार्किंसन रोग के बारे में नई समझ मिली है, और दिल, आंत और दिमाग के आपसी संबंधों के बारे में भी।
10 सेकंड
उन्होंने शैवाल से रोशनी से चालू होने वाला एक प्रोटीन उधार लिया, ताकि वैज्ञानिक रोशनी की एक चमक से दिमाग की चुनी हुई कोशिकाओं को चालू और बंद कर सकें।
बच्चे को
तालाबों में एक छोटा-सा हरा जीव रहता है जो रोशनी को महसूस करके उसकी ओर तैर सकता है। वैज्ञानिकों ने उसका वह हिस्सा उधार लिया जिससे वह रोशनी महसूस करता है, और उसे चूहों की दिमागी कोशिकाओं में डाल दिया। अब जब वे नीली रोशनी डालते हैं, तो वे दिमागी कोशिकाएं चालू हो जाती हैं, जैसे बटन दबाने पर।
30 सेकंड
तालाब की एक शैवाल में ऐसा प्रोटीन है जो नीली रोशनी पड़ने पर दरवाज़े की तरह खुल जाता है। दो जर्मन वैज्ञानिकों ने इसे 2000 के दशक की शुरुआत में खोजा। एक अमेरिकी मनोचिकित्सक ने इसका जीन नर्व कोशिकाओं में डाला, जिससे रोशनी की एक चमक से वे कोशिकाएं सिग्नल छोड़ने लगीं। अब शोधकर्ता जीवित जानवर में ठीक-ठीक तरह की कोशिकाओं को चालू या बंद करके देख सकते हैं कि क्या होता है। इससे सिर्फ़ संबंध नहीं, असली वजह दिखती है।
2 मिनट
आपके दिमाग में लगभग 90 अरब नर्व कोशिकाएं हैं, और बिल्कुल अलग काम करने वाली कोशिकाएं आपस में घुली-मिली रहती हैं। एक सदी तक वैज्ञानिक देख सकते थे कि कौन-से हिस्से जगमगाते हैं, पर यह साबित नहीं कर सकते थे कि कौन-सी कोशिका किस चीज़ की वजह है। सोचिए एक शहर, जहां हर घर एक जैसा दिखता है, और आप जानना चाहते हैं कि बेकरियां क्या करती हैं। अब सोचिए कि आप ऐसी घंटी लगाते हैं जो सिर्फ़ नीली रोशनी में बजती है, और उसे सिर्फ़ बेकरियों पर लगाते हैं। इन तीनों ने दिमाग के लिए यही किया। Hegemann और Nagel ने घंटी खोजी: रोशनी की ओर तैरने वाली एक हरी शैवाल में चैनलरोडॉप्सिन नाम का प्रोटीन। Deisseroth ने पता लगाया कि इसे नर्व कोशिकाओं में कैसे लगाया जाए। एक शुरुआती प्रयोग में उनकी टीम ने इसे सोते चूहों की कोशिकाओं के एक खास समूह में डाला और एक पतले फाइबर से रोशनी डाली। चूहों के जागने की संभावना बढ़ गई। इससे पता चला कि वे कोशिकाएं जागने की वजह बन सकती हैं। तब से यही तरकीब डर की यादों, प्यास, इनाम और दर्द के सर्किट खोजने में इस्तेमाल हुई है, और अब इसे आंख की एक बीमारी से अंधे हुए लोगों की कुछ नज़र लौटाने के लिए परखा जा रहा है।
- आयन चैनल (Ion channel)
- कोशिका की बाहरी परत में एक छोटा-सा दरवाज़ा, जो चार्ज वाले कणों को अंदर या बाहर जाने देता है।
- चैनलरोडॉप्सिन (Channelrhodopsin)
- शैवाल का एक प्रोटीन जो आयन चैनल है और नीली रोशनी पड़ने पर खुल जाता है।
- ऑप्टोजेनेटिक्स (Optogenetics)
- जीन और रोशनी की मदद से चुनी हुई कोशिकाओं को चालू या बंद करना।
- क्लैमिडोमोनास (Chlamydomonas)
- एक कोशिका वाली हरी शैवाल, लगभग 0.015 मिमी चौड़ी, जो रोशनी की ओर तैरती है।
- नर्व सिग्नल (Nerve signal)
- एक छोटा बिजली का झटका जो नर्व कोशिका संदेश आगे भेजने के लिए छोड़ती है।
- ऑप्टिकल फाइबर (Optical fiber)
- कांच का एक पतला धागा जो रोशनी को ऊतक के अंदर गहराई तक ले जाता है।
- एनग्राम (Engram)
- नर्व कोशिकाओं का वह खास समूह जो एक याद को संभालकर रखता है।
- रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा (Retinitis pigmentosa)
- आंख की एक विरासत में मिलने वाली बीमारी, जो आंख की रोशनी पहचानने वाली कोशिकाओं को नष्ट कर देती है और अंधापन लाती है।
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.