नई चीजें सीखना कठिन है. जो पहले ही सीखा जा चुका है उसे याद रखना कठिन है। किसी भी सफल शिक्षण प्रणाली, चाहे वह मस्तिष्क हो या कृत्रिम-बुद्धि सॉफ्टवेयर का एक टुकड़ा, को स्थिरता और लचीलेपन के बीच सही संतुलन बनाना चाहिए। यह महत्वपूर्ण पुरानी चीज़ों को याद रखने के लिए पर्याप्त रूप से स्थिर होना चाहिए, साथ ही पुरानी स्मृति चिन्हों को नष्ट किए बिना नए सीखने के लिए पर्याप्त लचीला होना चाहिए – अधिमानतः तब तक जब तक यह मौजूद है।
सीखना मस्तिष्क में तंत्रिका कनेक्टिविटी के पैटर्न में बदलाव का परिणाम है। तंत्रिका कोशिकाओं के बीच प्रत्येक संबंध, जिसे सिनैप्स कहा जाता है, ऐसी कोशिकाओं से फैली शाखाओं के सिरों के बीच एक छोटा सा अंतर होता है। संदेश न्यूरोट्रांसमीटर नामक अणुओं के रूप में इन अंतरालों में कूदते हैं। वर्तमान अनुमान बताते हैं कि मानव मस्तिष्क में 600 ट्रिलियन सिनैप्स होते हैं।
तो फिर, स्थिरता-प्लास्टिसिटी दुविधा से कैसे निपटा जाए – विशेष रूप से जब दिमाग बूढ़ा हो जाता है और जैसे-जैसे भर जाता है? मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में दिमित्रा वर्दालकी, क्वांगहुन चुंग और मार्क हार्नेट द्वारा हाल ही में नेचर में प्रकाशित शोध से पता चलता है कि बच्चों में पाए जाने वाले एक प्रकार के मेमोरी-फॉर्मिंग सिनैप्स को वयस्कता में संरक्षित करना एक तरीका है। इन्हें साइलेंट सिनेप्सेस कहा जाता है।
साइलेंट सिनैप्स – जो, जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, एक तंत्रिका कोशिका से दूसरे तक कोई संकेत नहीं पहुंचाते हैं – अक्सर तंत्रिका कोशिकाओं से पतले, अपरिपक्व उभारों के सिरों पर पाए जाते हैं, जिन्हें फिलोपोडिया कहा जाता है। अब तक यही सोचा जाता था कि मस्तिष्क के परिपक्व होते ही ये गायब हो जाते हैं। लेकिन डॉ. वर्दालाकी, चुंग और हार्नेट ने न केवल दिखाया है कि वे वयस्कता में मौजूद हैं, बल्कि यह भी कि वे आम हैं, कम से कम चूहों में। वयस्क माउस विज़ुअल कॉर्टिस में उन्होंने जिन कनेक्शनों का नमूना लिया उनमें से एक चौथाई से अधिक फ़िलोपोडिया पर मूक सिनैप्स थे। और मुरीन और मानव मस्तिष्क काफी हद तक एक जैसे हैं कि कुछ ऐसा ही लगभग निश्चित रूप से लोगों पर भी लागू होता है।
फिलोपोडिया की अपनी खोज को पूरा करने के लिए, तीनों ने ईएमएपी नामक एक संवेदनशील माइक्रोस्कोपी तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने पिरामिडल न्यूरॉन्स (चित्रित) नामक प्रकार की कॉर्टिकल तंत्रिका कोशिकाओं के बीच 2,234 सिनैप्स का अध्ययन किया, जिनमें से प्रत्येक में हजारों सिनैप्स हैं। ईएमएपी माइक्रोस्कोप के माध्यम से देखना यह निर्धारित करने के लिए पर्याप्त है कि कौन से सेलुलर प्रोट्रूशियंस फ़िलाओपोडिया हैं। लेकिन यह नहीं दिखा सकता कि उन पर कौन से सिनैप्स मौन हैं।
ऐसा करने के लिए, उन्हें यह परीक्षण करने की आवश्यकता थी कि फ़िलोपोडिया मस्तिष्क के मुख्य उत्तेजक न्यूरोट्रांसमीटर ग्लूटामेट पर कैसे प्रतिक्रिया करता है। सबसे पहले, उन्हें ग्लूटामेट का एक नियंत्रित प्रवाह उस विशेष सिनेप्स तक पहुंचाना था जिसका वे परीक्षण करना चाहते थे। इस प्रयोजन के लिए, उन्होंने परीक्षण के तहत न्यूरॉन पर “पिंजरे में बंद” ग्लूटामेट का एक सूप डाला। अणु का यह रूप तब तक निष्क्रिय रहता है जब तक कि दो लेजर किरणों के प्रतिच्छेदन से ऊर्जा नहीं मिलती।
अध्ययन के तहत सिनैप्स पर निशाना साधने से उन्हें न्यूरोट्रांसमीटर को खोलने और अल्ट्राफाइन इलेक्ट्रोड का उपयोग करके न्यूरॉन के उस हिस्से में विद्युत गतिविधि को मापकर यह देखने में मदद मिली कि सिनैप्स ने प्रतिक्रिया दी है या नहीं। जैसा कि अपेक्षित था, उन्होंने पाया कि ग्लूटामेट के संपर्क में आने पर परिपक्व पिरामिड-न्यूरॉन प्रोट्रूशियंस विद्युत गतिविधि उत्पन्न करते हैं। फिलोपोडिया ने अपने सिनैप्स की चुप्पी की पुष्टि नहीं की।
हालाँकि, साइलेंट सिनैप्स बेकार हैं जब तक कि उन्हें उचित समय पर चालू नहीं किया जा सकता। और शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह संभव है। वे न्यूरॉन के अंदर बिजली के बाद के उछाल के साथ ग्लूटामेट की नकली रिलीज को जोड़कर फाइलोपोडिया पर मूक संस्करणों को परिपक्व, सक्रिय सिनैप्स में बदलने में सक्षम थे।
घटनाओं की इस जोड़ी के कारण कुछ ही मिनटों में मूक सिनैप्स शुरू हो गए, जो सक्रिय सिनैप्स की विशेषता वाले रिसेप्टर अणुओं को प्रदर्शित करते थे। वही युग्मन, परिपक्व सिनैप्स पर लागू किया गया, कुछ नहीं किया। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि इसके कनेक्शन की ताकत को बदलने के लिए एक परिपक्व सिनैप्स प्राप्त करना कठिन है (इस प्रकार दुविधा के स्थिरता पक्ष को संतुष्ट करना), लेकिन एक मूक सिनैप्स को अनसुना करना आसान है (प्लास्टिसिटी पक्ष को संतुष्ट करना)।
जांच करने वाली अगली बात यह है कि नए फ़िलाओपोडिया कैसे, क्यों और कब प्रकट होते हैं। डॉ. हार्नेट का कहना है कि सीखने के लिए उत्सुक इन सभी साइलेंट सिनैप्स और फिलोपोडिया की खोज, “हमारे लिए वयस्कों में सीखने को समझने का एक साधन है और हम इसे उम्र बढ़ने या बीमारी के दौरान खराब न होने देने के लिए कितनी संभावित रूप से पहुंच प्राप्त कर सकते हैं”।
