8,600 கோடி நியூரான்களை கொண்ட மனித மூளையை வரைபடமாக்கிய இந்திய விஞ்ஞானிகள்

ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக, நரம்பியல் விஞ்ஞானிகள் மனித மூளையைப் பற்றி ஆய்வு செய்து வருகின்றனர். அறியப்படாத நிலப்பரப்புகளை ஆரம்பக்கால வரைபட வல்லுநர்கள் பல்வேறு சிதறிய தகவல்களைத் தொகுத்து வரைபடமாக்கியது போலவே, விஞ்ஞானிகள் மூளையின் அமைப்பையும் பல்வேறு ஆய்வுகளின் அடிப்படையில் புரிந்துகொள்ள முயன்றுள்ளனர்.

இன்றும்கூட, அல்சைமர் போன்ற நோய்களைக் கண்டறியும் நோயியல் நிபுணர்கள், சுமார் 86 பில்லியன் நியூரான்களை கொண்ட மனித மூளையில் இருந்து எடுக்கப்பட்ட சில திசு மாதிரிகளை மட்டுமே ஆய்வு செய்கின்றனர். இதனால் மூளையின் பெரும்பாலான பகுதிகள் இன்னும் முழுமையாகப் புரிந்துகொள்ளப்படாமல் உள்ளன.

அதனால்தான், சென்னை இந்தியத் தொழில்நுட்பக் கழகத்தில் (ஐஐடி) உள்ள சுதா கோபாலகிருஷ்ணன் மூளை ஆய்வு மையத்தின் விஞ்ஞானிகள், நரம்பியல் அறிவியலில் நீண்டகாலமாக இருந்து வரும் மிகப்பெரும் இடைவெளி ஒன்றைச் சரிசெய்யும் நோக்கில் முக்கியமான முன்னேற்றத்தை எட்டியிருப்பதாக நம்புகின்றனர்.

உயிரணு அளவிலான துல்லியத்துடன் மனித மூளைத் தண்டின் உலகிலேயே மிகவும் விரிவான முப்பரிமாண வரைபடத்தை உருவாக்கியுள்ளதாக அவர்கள் கூறுகின்றனர். இந்த மின்னணு வரைபடம், முழு மூளையின் எம்.ஆர்.ஐ ஸ்கேன்களில் இருந்து தனித்தனி நியூரான்கள் வரை விஞ்ஞானிகள் தொடர்ச்சியாக ஆய்வு செய்ய உதவுகிறது.

செல்லுலார் ரெசல்யூஷன் என்பது தனித்தனி உயிரணுக்களை அடையாளம் காணும் அளவிலான துல்லியத்தைக் குறிக்கிறது.

'ஆன்கர்' (ANCHOR – முப்பரிமாண மறுகட்டமைப்புடன் மனித மூளைத் தண்டின் நரம்பு வேதியியல் பண்புகளின் வரைபடத் தொகுப்பு - Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction) என்று அழைக்கப்படும் இந்தத் தொகுப்பில், கருவில் வளரும் சிசுக்கள், குழந்தைகள் மற்றும் பெரியவர்களின் மூளைகளில் இருந்து பெறப்பட்ட 500க்கும் மேற்பட்ட திசு மாதிரிகள் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டுள்ளன.

அதிக செலவுடைய மூலக்கூறு ஆய்வு முறைகளுக்குப் பதிலாக, உயர் தெளிவுத் திறன் கொண்ட நுண்ணோக்கிப் படங்களின் அடிப்படையில் இது உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. இதன் மூலம், மூளைத் தண்டின் விரிவான முப்பரிமாண வரைபடம் உருவாக்கப்பட்டதுடன், 200க்கும் மேற்பட்ட மூளை உயிரணுக் குழுக்களும் நரம்புப் பாதைகளும் அடையாளம் காணப்பட்டுள்ளன.

எட்டு வேதியியல் அடையாளக் குறியீடுகள், வெவ்வேறு வகையான உயிரணுக்களை வேறுபடுத்திக் கண்டறிய உதவுகின்றன. இதன் மூலம், மூளையின் முக்கியமான, ஆனால் இன்னும் முழுமையாகப் புரிந்து கொள்ளப்படாத பகுதிகளின் மிகவும் தெளிவான முப்பரிமாணப் படங்களில் ஒன்று உருவாக்கப்பட்டுள்ளது.

மூளைத் தண்டு, மூளையின் மிகச் சிறிய பகுதியையே ஆக்கிரமித்து இருந்தாலும், உயிர் வாழத் தேவையான முக்கியச் செயல்பாடுகளை அது கட்டுப்படுத்துகிறது. இது மூளையையும் முதுகுத் தண்டுவடத்தையும் இணைப்பதுடன், சுவாசம், இதயத் துடிப்பு, உறக்கம், விழிப்புநிலை, உடல் இயக்கம் ஆகியவற்றைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

மூளைத் தண்டில் இருக்கும் மிகச் சிறிய உயிரணுக் குழுக்கள் சேதமடைந்தால்கூட அதன் விளைவுகள் மிகவும் தீவிரமாக இருக்கலாம். ஆனால், அந்தப் பகுதியின் அடர்த்தியான அமைப்பு, அதை விரிவாக வரைபடமாக்கும் முயற்சிகளுக்கு நீண்ட காலம் சவாலாக இருந்து வருகிறது.

'ஆன்கர்' திட்டத்தின் முக்கியத்துவம், மேலுமொரு உடற்கூறு வரைபடத்தை உருவாக்கியிருப்பதில் மட்டும் இல்லை. இதுவரை பெரும்பாலும் தனித்தனியாக இருந்து வந்த இரண்டு துறைகளை அது இணைக்கிறது. அவை, மூளையை முழுமையாகக் காட்டும் மருத்துவப் படமெடுப்பு (medical imaging) தொழில்நுட்பமும், உயிரணு அளவில் அதன் மாற்றங்களை வெளிப்படுத்தும் உயிரணு நோயியலும் ஆகும்.

"நாம் இந்தியாவை சர்வதேச அறிவியல் அரங்கில் முன்னணி இடத்திற்குக் கொண்டு செல்லும் தொலைநோக்குப் பார்வை கொண்ட திட்டத்தைப் பார்க்கிறோம்," என்று டாடா அடிப்படை ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தின் இந்திய நரம்பியல் விஞ்ஞானியான சுபா தோலே கூறுகிறார். பொறியியல், நரம்பியல் அறிவியல், மருத்துவம் ஆகிய மூன்று துறைகளையும் இதுவரை இல்லாத வகையில் ஒருங்கிணைத்துள்ள திட்டம் இது என்றும் அவர் வர்ணிக்கிறார்.

பொதுவாக, உடற்கூறாய்வின்போதோ அல்லது நரம்பியல் அறுவை சிகிச்சையின்போது அகற்றப்பட்ட திசுக்களைப் பயன்படுத்தியோ, மருத்துவர்கள் முதலில் முழு மூளையையும் ஆய்வு செய்கிறார்கள். ஒரு வயது வந்தவரின் மூளை சுமார் 1.2 முதல் 1.5 கிலோகிராம் வரை எடை கொண்டிருக்கும். நுண்ணோக்கி ஆய்வு தொடங்குவதற்கு முன்பே, அதன் மடிப்புகளும் முக்கியமான அமைப்புகளும் நோயைக் கண்டறிய உதவும் முக்கியமான தடயங்களை வழங்கக்கூடும்.

"நோயால் ஏற்படும் மூளை மாற்றங்களை ஆய்வு செய்யும் நிபுணராக, நுண்ணோக்கியில் சிறிய திசுத் துண்டுகளைப் பார்ப்பதற்கு முன், நான் முதலில் முழு மூளையையும் வெறும் கண்களால் ஆய்வு செய்வேன்," என்று ஹார்வர்ட் மருத்துவப் பள்ளி மற்றும் நியூயார்க் பல்கலைக் கழகத்துடன் தொடர்புடையவரும், சுதா கோபாலகிருஷ்ணன் மூளை ஆய்வு மையக் (SGBC) குழுவுடன் இணைந்து பணியாற்றியவருமான ரெபெக்கா ஃபோல்கெர்த் கூறுகிறார்.

அதோடு, "அல்சைமர் நோயைக் கண்டறிவதற்காக, முழு மூளையில் இருந்து எடுக்கப்பட்ட 15 முதல் 20 திசுத் துண்டுகளை மட்டுமே நாங்கள் ஆய்வு செய்கிறோம். அது, முழு உறுப்பில் மிகச் சிறிய ஒரு பகுதியை மட்டுமே குறிப்பதாக," அவர் கூறுகிறார்.

ஒரு நூற்றாண்டுக்கு முன்பு ஸ்பெயினை சேர்ந்த நரம்பியல் விஞ்ஞானி சாண்டியாகோ ரமோன் இ காஜல் மேற்கொண்ட முன்னோடியான ஆய்வுகளில் இருந்து இந்த நடைமுறை பின்பற்றப்பட்டு வருகிறது. நவீன எம்ஆர்ஐ தொழில்நுட்பம் முழு மூளையையும் காட்டுகிறது. ஆனால், உயிரணு அளவிலான விவரங்களை வெளிப்படுத்துவதில்லை. மறுபுறம், நுண்ணோக்கி மூலம் தனித்தனி உயிரணுக்களைக் காண முடியும். ஆனால், அவை தனித்தனியாக எடுக்கப்பட்ட திசுத் துண்டுகளில் மட்டுமே தெரியும்.

"எனது ஆராய்ச்சிப் பணியின் தொடக்கத்திலேயே நான் கனவு கண்டது இதுதான். அதாவது, மூளையின் நுண்ணிய உடற்கூறு அமைப்புகளுடன் மூளை ஸ்கேன் படங்களைப் பொருத்திப் பார்க்கும் ஒரு முறையை உருவாக்க வேண்டும் என்பதுதான். இந்தியாவில் உள்ள இந்த மையம் (ஐஐடி) அதை நடைமுறைக்குக் கொண்டு வந்துள்ளது," என்று 30 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக ஆயிரக்கணக்கான மூளைகளை ஆய்வு செய்துள்ள ஃபோல்கெர்த் பிபிசியிடம் தெரிவித்தார்.

அந்த இடைவெளியைப் போக்க 'ஆன்கர்' முயக்கிறது. பயனர்கள், எம்ஆர்ஐ ஸ்கேன்களில் காணப்படும் முழு மூளைத் தண்டில் இருந்து தனித் தனி நியூரான்கள் வரை பெரிதாக்கிப் பார்க்க முடியும். அதே நேரத்தில், அவற்றின் துல்லியமான இட அமைப்பையும் தொடர்ந்து காண முடியும். இந்த வரைபடத் தொகுப்பை உலகம் முழுவதும் உள்ள நரம்பியல் விஞ்ஞானிகள், நரம்பியல் மருத்துவர்கள் மற்றும் நரம்பியல் அறுவை சிகிச்சை நிபுணர்கள் பயன்படுத்தக்கூடிய குறிப்புக் கருவியாக மாற்றும் நோக்கில், ஆய்வாளர்கள் அதை இணையத்தில் அனைவரும் இலவசமாகப் பயன்படுத்தும் வகையில் வெளியிட்டுள்ளனர்.

இதன் பயன்பாடுகள் உடற்கூறியல் ஆய்வைத் தாண்டியும் விரிவடையக்கூடும். ஆரோக்கியமான மூளைத் தண்டின் வரைபடங்களையும் நோயால் பாதிக்கப்பட்ட திசு மாதிரிகளையும் ஒப்பிட்டுப் பார்ப்பதன் மூலம், பார்க்கின்சன் நோய், பக்கவாதம், அல்சைமர் நோய், திடீர் குழந்தை இறப்பு நோய்க்குறி (SIDS) உள்ளிட்ட பல்வேறு நோய்களைப் பற்றி விஞ்ஞானிகள் மேலும் ஆழமாகப் புரிந்துகொள்ள முடியும். மேலும், அதிக துல்லியம் கொண்ட வரைபடங்கள், மூளையின் மிகவும் நுட்பமான பகுதிகளில் ஒன்றில் நரம்பியல் அறுவை சிகிச்சை நிபுணர்கள் அதிக நம்பிக்கையுடன் அறுவை சிகிச்சை மேற்கொள்ளவும் உதவக்கூடும்.

'ஆன்கர்' ஒரு நோயறிதல் கருவி அல்ல. மாறாக, இதன் மூலம் பதில் கண்டறிய உதவக் கூடிய கேள்விகளில்தான் இதன் மிகப் பெரிய முக்கியத்துவம் அடங்கியுள்ளது.

சுதா கோபாலகிருஷ்ணன் மூளை ஆய்வு மையத்துடன் (SGBC) இணைந்து பணியாற்றியுள்ள, நியூயார்க்கின் புகழ்பெற்ற கோல்ட் ஸ்பிரிங் ஹார்பர் ஆய்வகத்தைச் சேர்ந்த மூளை ஆய்வாளர் பார்த்தா மித்ரா, இதுபோன்ற விரிவான மூளை வரைபடத் தொகுப்புகள் நரம்பியல் நோய்கள் குறித்த ஆய்வில், "மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும் தாக்கத்தை" உண்டாக்கக்கூடும் என்று கூறுகிறார். அல்சைமர் அல்லது ஆட்டிசம் போன்ற நிலைகளால் பாதிக்கப்பட்ட மூளைகள், ஆரோக்கியமான மூளைகளில் இருந்து உயிரணு அளவில் எவ்வாறு வேறுபடுகின்றன என்பதை வெளிப்படுத்துவதன் மூலம் இது சாத்தியமாகும் என்றும் அவர் கூறுகிறார்.

கோவிட்-19 உள்படப் பல்வேறு தொற்றுநோய்கள், நீண்டகால நரம்பியல் பாதிப்புகளை எவ்வாறு ஏற்படுத்துகின்றன என்பதையும் இத்தகைய வரைபடத் தொகுப்புகள் விளக்க உதவக்கூடும் என்று மித்ரா பிபிசியிடம் தெரிவித்தார்.

பக்கவாதத்தை எடுத்துக்காட்டாகக் கூறிய ஃபோல்கெர்த், இந்த வரைபடத் தொகுப்பு புதிய அம்சங்களை வெளிப்படுத்தியுள்ளதாகக் கூறுகிறார். அவை, சேதமடைந்திருந்தாலும் இன்னும் முழுமையாக மீள முடியாத நிலையை எட்டாத மூளைத் திசுக்களைப் பாதுகாக்க மருத்துவர்களுக்கு உதவக்கூடும். இதன் மூலம் நோயாளிகளின் சிகிச்சை முடிவுகள் மேம்பட வாய்ப்புள்ளதாகக் குறிப்பிட்டார் அவர். மேலும், மூளைத் தண்டில் நரம்பியல் அறுவை சிகிச்சைகளை அதிக பாதுகாப்புடன் மேற்கொள்ளவும் இந்த வரைபடத் தொகுப்பு உதவக்கூடும் என்று மற்ற விஞ்ஞானிகள் தெரிவிக்கின்றனர்.

இந்த வரைபடத் தொகுப்பின் சிறப்புகளில் ஒன்று அதன் எளிமை. உடற்கூறாய்வுக்குப் பிறகு பெறப்பட்ட மூளைத் திசுக்களுடைய மெல்லிய துண்டுகளின் உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட நுண்ணோக்கிப் படங்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு இது உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. இதனால், உயிரணு அளவிலான விரிவான வரைபடங்களைக் குறைந்த செலவில் உருவாக்க முடிகிறது. அதனால்தான், மனித மூளைத் தண்டை இதுவரை இல்லாத அளவுக்கு விரிவாக வரைபடமாக்க முடிந்துள்ளதாக மித்ரா தெரிவித்தார்.

இந்தச் சாதனை, நரம்பியல் அறிவியலில் நிகழ்ந்து வரும் ஒரு பரந்த மாற்றத்தையும் பிரதிபலிக்கிறது. இந்தத் துறையின் முன்னேற்றம், இப்போது உயிரியல் அறிவியலை மட்டுமின்றி, பொறியியல் மற்றும் கணினி சார்ந்த தொழில்நுட்பங்களையும் அதிகமாகச் சார்ந்துள்ளது.

சுமார் 20 விஞ்ஞானிகள், 18 மாதங்கள் சுதா கோபாலகிருஷ்ணன் மூளை ஆய்வு மையத்தில் பணியாற்றி, 200க்கும் மேற்பட்ட மூளைத் திசுத் துண்டுகளை கைமுறையாக ஆய்வு செய்தனர். எம்ஆர்ஐ படங்கள், நுண்ணிய உடற்கூறு அமைப்புகள், முப்பரிமாண மறுகட்டமைப்பு ஆகியவற்றை ஒருங்கிணைத்து, ஒரே மின்னணு அட்லஸை அவர்கள் உருவாக்கினர். தற்போது, உலகம் முழுவதும் உள்ள ஆய்வாளர்களுடன் இணைந்து பணியாற்றும் 200க்கும் மேற்பட்ட ஆய்வாளர்கள், பொறியாளர்கள் மற்றும் தொழில்நுட்ப நிபுணர்கள் இந்த மையத்தில் பணியாற்றி வருகின்றனர்.

இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, நரம்பியல் அறிவியலில் நீண்டகாலமாக இருந்து வந்த ஒரு குறிப்பிடத்தக்க இடைவெளியைச் சரிசெய்ய உதவுகிறது.

பல விலங்கினங்களின் மூளைகள் மிகவும் விரிவாக வரைபடமாகப் பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளன. ஆனால், மனித மூளைத் திசுக்கள் குறித்த விரிவான ஆய்வுகள் மிகவும் குறைவாக இருப்பதால், மனித மூளை ஒப்பீட்டளவில் இன்னும் முழுமையாக வரைபடமாக்கப்படவில்லை என்று சுதா கோபாலகிருஷ்ணன் மூளை ஆய்வு மையத்தின் தலைவர் மோகனசங்கர் சிவப்பிரகாசம் பிபிசியிடம் தெரிவித்தார்.

இதனால், இதுவரை விஞ்ஞானிகளிடம் மூளை வரைபடத் தொகுப்புகள் இல்லையென்று அர்த்தமல்ல. "ஒவ்வொரு வரைபடத் தொகுப்பும் ஒவ்வொரு நோக்கத்திற்காக உருவாக்கப்பட்டுள்ளதாக," மித்ரா விளக்கினார்.

எம்ஆர்ஐ அடிப்படையிலான வரைபடத் தொகுப்புகள், மூளையின் ஒட்டுமொத்த அமைப்பைக் காட்டுகின்றன. ஆனால், தனித்தனி உயிரணுக்கள் பற்றிய விவரங்களை வழங்குவதில்லை. திசுத் துண்டுகளின் நுண்ணோக்கிப் படங்களைப் பயன்படுத்தும் திசுவியல் (Histology) வரைபடத் தொகுப்புகள், உயிரணு அளவிலான துல்லியத்துடன் மூளையின் கட்டமைப்பை வரைபடமாக்குகின்றன. இதைவிட மேலும் முன்னேறிய புதிய மூலக்கூறு ஆய்வு முறைகள், ஒவ்வோர் உயிரணுவின் துல்லியமான அடையாளத்தையும் கண்டறிய முடிகிறது.

ஆனால், மூளையில் உள்ள சுமார் 20,000 புரதங்கள், அதன் வெவ்வேறு பகுதிகளிலும் பல்வேறு வகையான உயிரணுக்களிலும் எவ்வாறு பரவியுள்ளன என்பது குறித்து விஞ்ஞானிகளுக்கு இன்னும் மிகக் குறைவாகவே தெரியும். அந்தத் துறையே, அடுத்த தலைமுறை மூளை வரைபட ஆய்வின் புதிய எல்லையாக உருவெடுக்கும் எனக் கருதப்படுகிறது.

போல்கெர்த் கூற்றுப்படி, "ஒவ்வொரு மூளையும் புதிய அறிவு நிறைந்த ஒரு புதையல் பெட்டியைப் போன்றது."

சுதா கோபாலகிருஷ்ணன் மூளை ஆய்வு மையம், வாழ்க்கையின் வெவ்வேறு பருவங்களைச் சேர்ந்தவர்களிடம் இருந்தும், அல்சைமர் நோய் மற்றும் மறதி நோய் (டிமென்ஷியா) உள்ளிட்ட பல்வேறு நரம்பியல் கோளாறுகளால் பாதிக்கப்பட்டவர்களிடம் இருந்தும் பெறப்படும் 100க்கும் மேற்பட்ட முழுமையான மனித மூளைகளின் படங்களைப் பதிவு செய்யத் திட்டமிட்டுள்ளது. இதன் மூலம், நோய்கள் உயிரணு அளவில் மூளையை எவ்வாறு மாற்றுகின்றன என்பதை வெளிப்படுத்தக்கூடிய ஒரு குறிப்பு நூலகத்தை உருவாக்குவதே (reference library) அதன் நோக்கம்.

இந்தப் புதிய வரைபடத் தொகுப்பு, மனித மூளை தொடர்பான அனைத்து புதிர்களுக்கும் விடை அளிக்காது. ஆனால், விஞ்ஞானிகளுக்கு இதுவரை இல்லாத அளவுக்கு விரிவான ஒரு வரைபடத்தை வழங்குவதன் மூலம், அவர்கள் இன்னும் துல்லியமான கேள்விகளை எழுப்பவும், காலப்போக்கில் அவற்றுக்கான பதில்களைக் கண்டறியவும் இது உதவக்கூடும்.

- இது, பிபிசிக்காக கலெக்டிவ் நியூஸ்ரூம் வெளியீடு