त्यांनी एका शैवालातील (एल्गी) प्रथिन शोधले, ज्यामुळे शास्त्रज्ञ मेंदूतील निवडक पेशी प्रकाशाने चालू आणि बंद करू शकतात.
- एका हिरव्या शैवालात असे प्रथिन असते, जे निळा प्रकाश पडताच एक छोटेसे दार उघडते.
- त्या प्रथिनाचा जीन नर्व्ह पेशींमध्ये घातला, तर प्रकाशाच्या एका झोताने त्या पेशी सक्रिय होऊन सिग्नल सोडतात.
- आता शास्त्रज्ञ जिवंत प्राण्यांमध्ये तपासू शकतात की मेंदूतील कोणत्या पेशी एखादी आठवण, भावना किंवा वर्तन घडवतात.
आधीची समस्या
20व्या शतकात संशोधकांनी शोधले की मेंदूचा कोणता भाग कोणते काम सांभाळतो. त्यांची साधने ढोबळ होती. ते हालचाल पाहू शकत होते आणि संबंध ओळखू शकत होते, पण एका विशिष्ट प्रकारच्या नर्व्ह पेशीमुळे एखादी भावना किंवा वर्तन घडते हे सिद्ध करू शकत नव्हते.
वेगवेगळी कामे करणाऱ्या नर्व्ह पेशी एकमेकांत मिसळून अगदी जवळजवळ असतात, आणि जुन्या पद्धतींनी एकच प्रकार वेगळा काढता येत नव्हता. Francis Crick यांनी सुचवले होते की विशिष्ट प्रकारच्या पेशी नियंत्रित करण्याचा उत्तम मार्ग प्रकाश असेल. आधीच्या प्रयत्नांत अनेक जीन किंवा बाहेरून घातलेली रसायने लागत होती, त्यामुळे जिवंत मेंदूत ती वापरणे कठीण होते.
हे कसे काम करते
एक उंदीर घ्या आणि एक प्रश्न: त्याच्या मेंदूतील पेशींचा एक गट त्याला झोपेतून जागे करतो का? शास्त्रज्ञ चॅनलरोडॉप्सिन-2 चा जीन फक्त त्याच प्रकारच्या पेशींपर्यंत पोहोचवतात. त्यासाठी बदल केलेला व्हायरस पोस्टमनचे काम करतो. त्यामुळे फक्त त्याच पेशी प्रकाशाचे दार बनवतात.
मग ते कवटीतील एका छोट्या छिद्रातून एक पातळ ऑप्टिकल फायबर आत सरकवतात. फायबरमधून निळा प्रकाश आला की ही दारे एका मिलिसेकंदाच्या छोट्याशा भागात उघडतात, चार्ज असलेले कण वेगाने आत येतात, आणि फक्त त्या निवडलेल्या पेशी सिग्नल सोडतात.
2007 च्या अभ्यासात, या पेशींवर प्रकाश टाकल्यावर झोपलेले उंदीर जागे होण्याची शक्यता वाढली. यावरून दिसले की या पेशी जागे होण्याचे कारण ठरू शकतात, फक्त त्याच वेळी सक्रिय असतात असे नाही. इतर रंगांना प्रतिसाद देणारी इतर प्रथिने पेशी शांत करू शकतात, त्यामुळे संशोधक तेच सर्किट चालू आणि बंद करू शकतात.
निवडक घरांवर प्रकाशाने वाजणारी बेल
कल्पना करा एका शहराची, जिथे विमानातून प्रत्येक घर सारखेच दिसते. तुम्ही अशी दारावरची बेल बसवता जी फक्त निळ्या टॉर्चचा प्रकाश पडल्यावरच वाजते, आणि ती फक्त एकाच प्रकारच्या घरांवर बसवता, समजा बेकरींवर. आता वरून उडत प्रकाश टाका आणि पाहा की फक्त बेकरी जाग्या झाल्यावर शहर काय करते. ही उपमा दोन ठिकाणी पूर्ण बसत नाही: 'बेल' म्हणजे खरे तर एक दार आहे जे चार्ज असलेल्या कणांना पेशीत वाहू देते, आणि शास्त्रज्ञ ते एक जीन पोहोचवून बसवतात, म्हणजे पेशी हे दार स्वतःच बनवते.
- यामुळे मेंदूविज्ञान 'या पेशी एकत्र सक्रिय असतात' इथून 'या पेशींमुळे हे घडते' इथपर्यंत पोहोचले, आणि तेही मिलिसेकंदापर्यंत अचूक नियंत्रणासह.
- जगभरातील प्रयोगशाळांनी याच्या मदतीने प्राण्यांमध्ये वेदना, तहान, खाणे, बक्षीस, लक्ष, सामाजिक वर्तन आणि पिल्लांचे संगोपन यांचे सर्किट शोधले आहेत.
- 2012 मध्ये, भीतीच्या एका आठवणीदरम्यान खूण केलेल्या पेशींवर प्रकाश टाकणे एवढेच उंदरांमध्ये ती आठवण परत आणण्यासाठी पुरेसे ठरले.
- 2021 च्या एका अभ्यासात सांगितले की रेटिनायटिस पिगमेंटोसामुळे अंध झालेल्या एका रुग्णाची दृष्टी, चॅनलरोडॉप्सिनसारखे एक प्रथिन आणि प्रकाश सोडणारा चष्मा यांच्या मदतीने काही प्रमाणात परत आली.
- यामुळे डिप्रेशन, अँग्झायटी, स्किझोफ्रेनिया, अल्झायमर आणि पार्किन्सन आजार यांच्याबद्दल नवी समज मिळाली आहे, तसेच हृदय, आतडे आणि मेंदू यांच्यातील संबंधांबद्दलही.
10 सेकंद
त्यांनी शैवालातून प्रकाशाने चालू होणारे एक प्रथिन उसने घेतले, जेणेकरून शास्त्रज्ञ प्रकाशाच्या एका झोताने मेंदूतील निवडक पेशी चालू आणि बंद करू शकतील.
मुलाला
तळ्यांमध्ये एक छोटासा हिरवा जीव राहतो, जो प्रकाश ओळखून त्याच्याकडे पोहू शकतो. शास्त्रज्ञांनी त्याचा प्रकाश ओळखणारा भाग उसना घेतला आणि उंदरांच्या मेंदूतील पेशींमध्ये घातला. आता ते निळा प्रकाश टाकतात तेव्हा त्या मेंदूतील पेशी चालू होतात, जसे बटण दाबल्यावर होते.
30 सेकंद
तळ्यातील एका शैवालात असे प्रथिन आहे जे निळा प्रकाश पडल्यावर दारासारखे उघडते. दोन जर्मन शास्त्रज्ञांनी ते 2000 च्या दशकाच्या सुरुवातीला शोधले. एका अमेरिकन मानसोपचारतज्ज्ञाने त्याचा जीन नर्व्ह पेशींमध्ये घातला, त्यामुळे प्रकाशाच्या एका झोताने त्या पेशी सिग्नल सोडू लागल्या. आता संशोधक जिवंत प्राण्यात नेमक्या प्रकारच्या पेशी चालू किंवा बंद करून काय होते ते पाहू शकतात. यातून फक्त संबंध नाही, तर खरे कारण दिसते.
2 मिनिटे
तुमच्या मेंदूत सुमारे 90 अब्ज नर्व्ह पेशी आहेत, आणि अगदी वेगवेगळी कामे करणाऱ्या पेशी एकमेकांत मिसळलेल्या असतात. एक शतकभर शास्त्रज्ञ पाहू शकत होते की कोणते भाग उजळतात, पण कोणत्या पेशीमुळे काय घडते हे सिद्ध करू शकत नव्हते. कल्पना करा एका शहराची, जिथे प्रत्येक घर सारखेच दिसते, आणि तुम्हाला जाणून घ्यायचे आहे की बेकरी काय करतात. आता कल्पना करा की तुम्ही अशी बेल बसवता जी फक्त निळ्या प्रकाशात वाजते, आणि ती फक्त बेकरींवर बसवता. या तिघांनी मेंदूसाठी नेमके हेच केले. Hegemann आणि Nagel यांनी बेल शोधली: प्रकाशाकडे पोहणाऱ्या एका हिरव्या शैवालातील चॅनलरोडॉप्सिन नावाचे प्रथिन. Deisseroth यांनी ते नर्व्ह पेशींमध्ये कसे बसवायचे हे शोधले. एका सुरुवातीच्या प्रयोगात त्यांच्या टीमने ते झोपलेल्या उंदरांच्या पेशींच्या एका विशिष्ट गटात घातले आणि एका पातळ फायबरमधून प्रकाश टाकला. उंदीर जागे होण्याची शक्यता वाढली. यावरून दिसले की त्या पेशी जागे होण्याचे कारण ठरू शकतात. तेव्हापासून हीच युक्ती भीतीच्या आठवणी, तहान, बक्षीस आणि वेदना यांचे सर्किट शोधण्यासाठी वापरली गेली आहे, आणि आता डोळ्याच्या एका आजारामुळे अंध झालेल्या लोकांना थोडी दृष्टी परत देण्यासाठी तिची चाचणी होत आहे.
- आयन चॅनल (Ion channel)
- पेशीच्या बाहेरच्या आवरणातील एक छोटेसे दार, जे चार्ज असलेल्या कणांना आत किंवा बाहेर जाऊ देते.
- चॅनलरोडॉप्सिन (Channelrhodopsin)
- शैवालातील एक प्रथिन, जे आयन चॅनल आहे आणि निळा प्रकाश पडल्यावर उघडते.
- ऑप्टोजेनेटिक्स (Optogenetics)
- जीन आणि प्रकाश वापरून निवडक पेशी चालू किंवा बंद करणे.
- क्लॅमिडोमोनास (Chlamydomonas)
- एकपेशीय हिरवे शैवाल, सुमारे 0.015 मिमी रुंद, जे प्रकाशाकडे पोहते.
- नर्व्ह सिग्नल (Nerve signal)
- नर्व्ह पेशी संदेश पुढे पाठवण्यासाठी सोडते तो एक छोटा विद्युत झटका.
- ऑप्टिकल फायबर (Optical fiber)
- काचेचा एक पातळ धागा, जो प्रकाश ऊतींच्या आत खोलवर नेतो.
- एनग्रॅम (Engram)
- नर्व्ह पेशींचा तो विशिष्ट गट, जो एक आठवण साठवून ठेवतो.
- रेटिनायटिस पिगमेंटोसा (Retinitis pigmentosa)
- डोळ्याचा एक आनुवंशिक आजार, जो डोळ्यातील प्रकाश ओळखणाऱ्या पेशी नष्ट करतो आणि अंधत्व आणतो.
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.