सेरेबेलम अध्ययन चुनौती प्राचीन विचार हम कैसे सोचते हैं

सदियों की अनदेखी के बाद, सेरिबैलम को उचित मान्यता मिल रही है।

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मानव मस्तिष्क (नीचे से) का यह 20 वीं शताब्दी का प्रारंभिक शारीरिक चित्र सेरिबैलम और सेरेब्रम दोनों के बाएं और दाएं गोलार्द्ध को दर्शाता है। “सेरिबेलर” “सेरिब्रल” के लिए बहन शब्द है और ‘सेरिबैलम में स्थित या संबंधित’ है। “सेरेब्रो-सेरेबेलर” आमतौर पर सेरेब्रम के विशिष्ट क्षेत्रों और सेरिबैलम के उप-क्षेत्रों के बीच कार्यात्मक कनेक्टिविटी और परस्पर क्रिया को संदर्भित करता है।

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1998 तक, अधिकांश न्यूरोसाइंटिस्ट प्राचीन धारणा का पालन करते थे कि सेरिबैलम (“छोटे मस्तिष्क” के लिए लैटिन) केवल मोटर कार्यों के लिए जिम्मेदार था और अनुभूति से कोई लेना-देना नहीं था। 20 वीं शताब्दी के अंत में तीन बैक-टू-बैक, गेम-चेंजिंग पेपर्स को प्रकाशित करने वाले जेरेमी शमहमान के पहले, यह व्यापक रूप से माना जाता था कि मानव सेरिबैलम ठीक-ठीक मांसपेशियों के आंदोलनों के समय और समन्वय का निरीक्षण करता है, लेकिन निश्चित रूप से इसमें शामिल नहीं था सेरेब्रल “सोच” या संज्ञानात्मक विचार।

1990 के दशक के अंत से अनुभूति में मानव सेरिबैलम की भूमिका के बारे में श्माहमन के तीन ऐतिहासिक कागजात थे: “सेरेब्रोसेरेबेलर सिस्टम” (1997), “द सेरेबेलर कॉग्निटिव अफेक्टिव सिंड्रोम” (1998), और “डायस्मेट्रिया ऑफ थॉट्स: क्लियरिकल कॉन्सेप्टेंस ऑफ सेरेबेलर डेफिसर। और प्रभावित ”(1998)।

पिछले दो दशकों में शमाहमन और अन्य सेरेबेलर अग्रदूतों के ट्रेलब्लेज़िंग प्रयासों के लिए धन्यवाद, सेरिबैलम के गलत “मोटर फ़ंक्शन केवल” गर्भाधान को डिबंक किया गया है। आज, अधिकांश न्यूरोसाइंटिस्ट सहमत हैं कि मोटर कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के अलावा, सेरिबैलम कई संज्ञानात्मक, भावनात्मक, सामाजिक और भाषाई नॉनमोटर कार्यों में भी शामिल है। (अधिक देखने के लिए, “दा विंची सही था: सेरिबैलम अधिक मान्यता का वर्णन करता है।”

दो नए अत्याधुनिक सेरिबैलम अध्ययनों का हालिया प्रकाशन “छोटे मस्तिष्क” के बारे में हमारे कभी-विकसित होने वाले दृश्य को सूचित करता है और कॉर्टिको-सेरेबेलम लूप और सेरेब्रो का उपयोग करके विचारों को उत्पन्न करने और सोच को समन्वित करने के लिए पूरा मस्तिष्क कैसे काम करता है -सीरेबेलर नेटवर्क।

बायलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन का पहला नया पेपर, “ए कोर्टिको-सेरेबेलर लूप फॉर मोटर प्लानिंग”, 17 अक्टूबर को नेचर में प्रकाशित हुआ था। सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा दूसरा पेपर और “ह्यूमन एंड सेम्पोरल ऑर्गनाइजेशन ऑफ द इंडिविजुअल सेरेबेलम” शीर्षक से 25 अक्टूबर को न्यूरॉन पत्रिका में प्रकाशित किया गया था।

इस ब्लॉग पोस्ट को दो भागों में विभाजित किया गया है जो इन अक्टूबर 2018 के प्रत्येक अध्ययन का अलग-अलग अन्वेषण करते हैं।

भाग एक: गाओ एट अल द्वारा “मोटर योजना के लिए एक कोर्टिको-सेरेबेलर लूप”।

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सेरिबैलम (“छोटे मस्तिष्क के लिए लैटिन”) लाल रंग में।

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झेनयु गाओ एट अल। यह दिखाया है कि सेरिबैलम के विशिष्ट क्षेत्र अल्पकालिक स्मृति में सक्रिय हैं, तब भी जब शरीर गति में नहीं है। उल्लेखनीय रूप से, शोधकर्ताओं ने एक माउस मॉडल का उपयोग करते हुए प्रत्यक्ष प्रमाण पाया कि ललाट प्रांतस्था में स्मृति गतिविधि सेरिबैलम में गतिविधि पर निर्भर प्रतीत होती है।

यह अध्ययन एक अंतरराष्ट्रीय शोध सहयोगी द्वारा आयोजित किया गया था जिसका नेतृत्व ह्यूस्टन, टेक्सास के बेयलर कॉलेज ऑफ मेडिसिन में वरिष्ठ लेखक एनयूओ ली और उनकी लैब टीम ने किया था, जो अश्विन, वर्जीनिया के हावर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के जेनेलिया रिसर्च कैंपस में न्यूरोसाइंटिस्टों के साथ था, और पहले लेखक जेनयू गाओ और नीदरलैंड के रॉटरडैम में इरास्मस यूनिवर्सिटी मेडिकल सेंटर में सहकर्मी।

नूओ ली लैब के नवीनतम माउस-मॉडल अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण पहलू यह है कि शोधकर्ता अवधि के दौरान सेरिबैलम में तंत्रिका गतिविधि पर ध्यान केंद्रित करने में सक्षम थे जब एक परीक्षण विषय नहीं चल रहा था लेकिन इसके अगले कदम के बारे में सोच रहा था।

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लाल रंग में ललाट प्रांतस्था।

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“हम जानते थे कि ललाट प्रांतस्था और सेरिबैलम शारीरिक रूप से एक दूसरे से जुड़े हुए हैं,” ली ने एक बयान में कहा। “हम यह भी जानते थे कि मनुष्यों में, अनुमस्तिष्क क्षति को स्मृति या नियोजन समस्याओं के कारण जाना जाता है, इसलिए दोनों जुड़े हो सकते हैं। हमने पाया कि सेरिबैलम का उत्पादन ललाट प्रांतस्था और इसके विपरीत लक्ष्य करता है। जब हम मस्तिष्क के दो क्षेत्रों के बीच संचार को बाधित करते हैं, तो स्मृति गतिविधि बाधित होती है। हमारे परिणाम बताते हैं कि किसी एकल व्यवहार को ऑर्केस्ट्रेट करने वाली गतिविधि मस्तिष्क के कई क्षेत्रों द्वारा समन्वित होती है। ”

मोटर लर्निंग के दौरान कॉर्टिको-सेरेबेलर लूप कैसे काम करते हैं, इस बारे में यह खोज करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक सीखने के कार्य में चूहों को प्रशिक्षित किया, जो उन्हें अल्पकालिक स्मृति के आधार पर संज्ञानात्मक निर्णय लेने के लिए आवश्यक था।

लेखक का निष्कर्ष है, “मनुष्यों में, अनुमस्तिष्क क्षति योजना और कार्यशील स्मृति में दोष पैदा कर सकती है। यहां हम दिखाते हैं कि मोटर योजना के दौरान ललाट प्रांतस्था में सूचना का लगातार प्रतिनिधित्व सेरिबैलम पर निर्भर है। हमारे परिणाम इस विचार का समर्थन करते हैं कि मोटर नियोजन के दौरान लगातार तंत्रिका गतिशीलता को बनाए रखा जाता है तंत्रिका सर्किट जो कई मस्तिष्क क्षेत्रों को फैलाते हैं और जो अनुमस्तिष्क संगणना ऑनलाइन मोटर नियंत्रण से परे होते हैं। ”

सेरिबैलम एक केंद्रीय खिलाड़ी है जब एथलेटिक प्रदर्शन और खेल की बात आती है। “सेरिबैलम त्रुटियों से सीखकर हमारे आंदोलन का मार्गदर्शन करने के लिए जाना जाता है,” ली ने एक बयान में बताया। “जब हम एक बास्केटबॉल शूट करना सीखते हैं, तो हमारे पास शुरू में बहुत सारे मिस्ड शॉट्स होते हैं। हालांकि, मस्तिष्क हमारे शॉट्स को मिस्ड शॉट्स से त्रुटियों के आधार पर हमारे आंदोलनों को समायोजित करके समायोजित कर सकता है और अंततः सटीक शॉट्स का उत्पादन कर सकता है। यह ज्ञात है कि सेरिबैलम इस मोटर सीखने के लिए जिम्मेदार है। यह मिस्ड आंदोलनों और उस आंदोलन से त्रुटियों को जोड़ती है जो एक अधिक सटीक आंदोलन बनाने के लिए बनाया गया था। ”

ली की टीम द्वारा अनुसंधान के अगले चरण में परीक्षण किया जाएगा कि सेरिबैलम उसी “ट्रायल-एंड-एरर” सीखने की प्रक्रिया का उपयोग करता है या नहीं, जो खेल में मोटर सीखने के दौरान सक्रिय होता है और शतरंज खेलने जैसी अधिक सेरेब्रल गतिविधियों में महारत हासिल करता है।

भाग दो: मारेक एट अल द्वारा “इंडिविजुअल ह्यूमन सेरिबैलम के स्थानिक और टेम्पोरल संगठन”।

सेंट लुइस में वाशिंगटन यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन की प्रेस विज्ञप्ति में स्नातकोत्तर शोध विद्वान स्कॉट मारेक के नेतृत्व में एक नए अनुमस्तिष्क अध्ययन के प्रकाशन की घोषणा की गई है, जिसका ध्यान आकर्षित करने वाला शीर्षक है: “मस्तिष्क की गुणवत्ता नियंत्रण केंद्र लंबे समय से उपेक्षित मस्तिष्क क्षेत्र में पाया जाता है: सेरिबैलम जाँच और विचार, आंदोलन को ठीक करता है। ”

क्योंकि मैं (सीमित सफलता के साथ) एक दशक से अधिक बार अनदेखा किए गए सेरिबैलम को सुर्खियों में लाने के लिए प्रयास कर रहा हूं और “सेरेबेलर” को एक घरेलू शब्द बनाने का प्रयास कर रहा हूं, मैं अपने सिर को चकमा देने में मदद नहीं कर सका और “हां!” यह बिल्कुल सही है “जोर से मैं इस प्रेस विज्ञप्ति का नेतृत्व पढ़ा के रूप में जोर से:

“सेरिबैलम को कोई सम्मान नहीं मिल सकता है। मस्तिष्क के नीचे के हिस्से पर असुविधाजनक रूप से स्थित और शुरू में आंदोलन को नियंत्रित करने के लिए सीमित माना जाता था, सेरिबैलम को लंबे समय तक मस्तिष्क के कार्यों का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं द्वारा विचार किया गया था। लेकिन सेंट लुइस में वाशिंगटन यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन के शोधकर्ताओं का कहना है कि सेरिबैलम की अनदेखी एक गलती है। नेउरोन में 25 अक्टूबर को प्रकाशित उनके निष्कर्ष बताते हैं कि मस्तिष्क के उच्च कार्यों के हर पहलू में सेरिबैलम का हाथ है – न केवल आंदोलन, बल्कि ध्यान, सोच, योजना और निर्णय लेने की क्षमता। ”

इस अध्ययन के लिए, डोसबैक लैब में WUSTL शोधकर्ताओं ने कार्यात्मक कनेक्टिविटी MRI का उपयोग करके मानव मस्तिष्क गतिविधि के समय को मापा और पाया कि सेरिबैलम में भेजे जाने से पहले संवेदी प्रणालियों के संकेतों को मस्तिष्क प्रांतस्था के मध्यवर्ती नेटवर्क में संसाधित किया गया था। विशेष रूप से, ये मस्तिष्क स्कैन बताते हैं कि सेरिबैलम में व्यक्तिगत-विशिष्ट नेटवर्क संगठन होता है जो सेरेब्रल कॉर्टेक्स की तुलना में काफी अधिक विविध होता है। जैसा कि लेखक बताते हैं:

“सेमिनल ट्रांसनेयूरोनल ट्रेसिंग अध्ययनों से पता चला है कि सेरेबेलम के पार्श्व पोस्टीरियर क्षेत्रों में प्रीमेटर, प्रीफ्रंटल और मैक्अर्स (ड्यूम और स्ट्रिक, 2003; केली और स्ट्रिक, 2003; स्ट्रिक एट अल; , 2009), आंदोलन और संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं के व्यवहार संशोधन के लिए अनुकूली प्रतिक्रिया तंत्र में एक संरचनात्मक भूमिका के लिए एक संरचनात्मक ढांचा प्रदान करता है। इस प्रकार, एक संरक्षित मोटर संरचना के रूप में शुद्ध रूप से सेरिबैलम का लक्षण वर्णन पुरातन और गलत है (बकनेर, 2013; कैलीगोर एट अल।, 2017; फीज, 1996; लीएनेर एट अल।, 1989; श्माहमन, 2004; श्माहमान एट अल। 2009)। ; स्ट्रिक एट अल।, 2009)। हालांकि पिछले अध्ययनों ने मस्तिष्क समारोह में अनुमस्तिष्क योगदान को समझने के लिए एक संरचनात्मक और कार्यात्मक ढांचा प्रदान किया है, अनुमस्तिष्क कार्यात्मक संगठन में व्यक्तिगत-विशिष्टता की डिग्री वर्तमान में अज्ञात है। ”

मारेक एट अल। कल्पना कीजिए कि सेरेबेल-सेरेबेलर लूप ब्रेन सिग्नल के हिस्से के रूप में सेरिबैलम में अंतिम गुणवत्ता की जांच से गुजरना पड़ता है, जिसे लागू करने के लिए सेरेब्रल कॉर्टेक्स पर वापस भेजा जाता है। लेखकों ने कहा, “कॉर्टिको-सेरेबेलर छोरों की उपस्थिति और त्रुटि संकेत और अनुकूली प्लास्टिसिटी में उनकी महत्वपूर्ण भूमिका को देखते हुए, हम विशेष रूप से सेरिबैलम और सेरेब्रल कॉर्टेक्स के बीच इन्फ्रा-स्लो एक्टिविटी (आईएसए) के अस्थायी संगठन में रुचि रखते थे।”

मारेक के शोध ने एक अद्भुत नए आंकड़े का खुलासा किया: सेरिबैलम का केवल 20 प्रतिशत केवल मोटर कार्यों के लिए समर्पित है; शेष 80 प्रतिशत गैर-आदेश अनुमस्तिष्क क्षेत्रों में उच्च-क्रम संज्ञान में शामिल हैं। मारक ने एक बयान में कहा, “कार्यकारी समारोह नेटवर्क सेरिबैलम में अतिप्रचलित हैं।” “सेरिबैलम की हमारी पूरी समझ इसे मोटर नियंत्रण में शामिल होने से दूर स्थानांतरित करने की आवश्यकता है जो उच्च-स्तर के अनुभूति के सामान्य नियंत्रण में अधिक शामिल है।”

वरिष्ठ लेखक निको डसेनबैच ने कहा, “मेरे लिए सबसे बड़ा आश्चर्य यह था कि सेरिबैलम का 80 प्रतिशत स्मार्ट सामान के लिए समर्पित है।” “सभी ने सोचा कि सेरिबैलम आंदोलन के बारे में था। यदि आपका सेरिबैलम क्षतिग्रस्त हो गया है, तो आप सुचारू रूप से आगे नहीं बढ़ सकते हैं – जब आप किसी चीज़ के लिए पहुंचने की कोशिश करते हैं तो आपका हाथ चारों ओर झटके देता है। हमारा शोध दृढ़ता से बताता है कि जिस तरह सेरिबैलम आंदोलन पर एक गुणवत्ता की जाँच के रूप में कार्य करता है, यह आपके विचारों की भी जाँच करता है – उन्हें सुचारू करना, उन्हें सही करना, चीजों को पूर्ण करना। ”

इस अनुमस्तिष्क अनुसंधान का एक अप्रत्याशित पहलू सेरिबैलम की शराब के प्रति संवेदनशीलता से संबंधित है। शोधकर्ता अनुमान लगाते हैं कि किसी के बहुत अधिक शराब पीने के बाद होने वाले खराब निर्णय और आवेग नियंत्रण की कमी सेक्लेबम में निहित हो सकती है। हर कोई जानता है कि नशे में होने के कारण लोगों की शारीरिक गतिविधियां खराब हो जाती हैं, जैसे कि गाली-गलौज और सीधी चाल चलने में असमर्थता। दिलचस्प बात यह है कि मारेक और उनकी टीम के नवीनतम निष्कर्ष बताते हैं कि शराब के सेवन से खराब निर्णय लेने वाले सेरिबैलम का एक प्रतिबिंब हो सकता है जो कार्यकारी कार्यों की गुणवत्ता की निगरानी और नियंत्रण करने की क्षमता खो देता है।

“कई लोग जो मस्तिष्क समारोह और व्यवहार के बीच संबंध देख रहे हैं, सेरिबैलम को अनदेखा करते हैं,” डोसनबैक ने एक बयान में कहा। “वे उस डेटा को बंद कर देते हैं और उसे फेंक देते हैं, क्योंकि वे नहीं जानते कि इसके साथ क्या करना है। लेकिन सेरिबैलम में सेरेब्रल कॉर्टेक्स के रूप में कई बार चार न्यूरॉन्स होते हैं, इसलिए यदि आप सेरिबैलम को छोड़ रहे हैं, तो आप अपने पैरों को शुरू करने से पहले ही गोली मार चुके हैं। एक बार में पूरे मानव मस्तिष्क की इमेजिंग का वादा यह समझना है कि यह सब एक साथ कैसे काम करता है। जब आप इसका एक बड़ा टुकड़ा याद कर रहे हों तो आप देख नहीं सकते कि पूरा सर्किट एक साथ कैसे काम करता है। ”

लेखकों का निष्कर्ष है, “[हमारे] निष्कर्ष सेरेबेलम के एक डोमेन-सामान्य कार्य का सुझाव देते हैं जो सभी कॉर्टिकल मोटर और संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं का अंतिम सुधार हो सकता है।”

मारेक की लैब में मारेक और रिसर्च टीम के लिए अगला कदम यह जांचना है कि कैसे सेलेबेलर संरचना और कार्यात्मक कनेक्टिविटी में व्यक्तिगत अंतर विभिन्न प्रकार के बुद्धिमत्ता, व्यवहार, व्यक्तित्व लक्षण और मानसिक विकारों के साथ संबंधित हैं।

संदर्भ

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