Flies in Virtual Reality Arena Prove They’re Smarter Than We Thought
कंडीशनिंग के दौरान सीखने और स्मृति निर्माण में निहित मस्तिष्क संरचनाओं की तंत्रिका गतिशीलता का निरीक्षण करने के लिए विवो फ्लोरेसेंस मस्तिष्क गतिविधि इमेजिंग में एक आभासी वास्तविकता क्षेत्र को जोड़ा गया था। श्रेय: ध्रुव ग्रोवर, यूसी सैन डिएगो KIBM
इमर्सिव वर्चुअल रियलिटी और रीयल-टाइम ब्रेन एक्टिविटी इमेजिंग ड्रोसोफिला की ध्यान, कार्यशील मेमोरी और जागरूकता की क्षमताओं को प्रदर्शित करती है।
जैसा कि वे हमारे रसोई घर में केले के एक बैच के आसपास झुंझलाते हैं, फल मक्खियों में स्तनधारियों के साथ बहुत कम समानता दिखाई देती है। लेकिन विज्ञान के लिए एक मॉडल प्रजाति के रूप में, शोधकर्ता हमारे और छोटे फल-प्रेमी कीड़ों के बीच बढ़ती समानता की खोज कर रहे हैं।
एक नए अध्ययन में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय सैन डिएगो के कावली इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन एंड माइंड (KIBM) के शोधकर्ताओं ने पाया है कि फल उड़ते हैं (ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर) पहले की तुलना में अधिक उन्नत संज्ञानात्मक क्षमताएं हैं। कस्टम-निर्मित इमर्सिव वर्चुअल रियलिटी वातावरण, न्यूरोजेनेटिक जोड़तोड़ और . का उपयोग करना विवो में वास्तविक समय मस्तिष्क-गतिविधि इमेजिंग, वैज्ञानिकों ने 16 फरवरी, 2022 को जर्नल में नए साक्ष्य प्रस्तुत किए प्रकृति मक्खियों और स्तनधारियों की संज्ञानात्मक क्षमताओं के बीच उल्लेखनीय संबंध।
शोधकर्ताओं ने एक मनोरम आभासी वास्तविकता क्षेत्र बनाया जहां मक्खियों को एक ईमानदार “टी” की छवि को एक नकारात्मक गर्मी उत्तेजना और गर्मी के बिना एक उल्टे “टी” के साथ जोड़ने के लिए वातानुकूलित किया गया था। श्रेय: ध्रुव ग्रोवर, यूसी सैन डिएगो KIBM
उनकी जांच के बहु-स्तरीय दृष्टिकोण ने फल मक्खियों में ध्यान, कार्यशील स्मृति और जागरूक जागरूकता जैसी क्षमताओं को पाया, संज्ञानात्मक क्षमताओं का आमतौर पर केवल स्तनधारियों में परीक्षण किया जाता है। शोधकर्ता अपने छोटे से दिमाग में मेमोरी ट्रेस के गठन, विचलितता और अंततः लुप्त होती को देखने में सक्षम थे।
यूसी सैन डिएगो डिवीजन ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज एंड एसोसिएट के प्रोफेसर, वरिष्ठ लेखक राल्फ ग्रीनस्पैन ने कहा, “स्पष्ट शारीरिक समानता की कमी के बावजूद, यह शोध हमारे रोजमर्रा के संज्ञानात्मक कामकाज के लिए बोलता है- हम किस पर ध्यान देते हैं और हम इसे कैसे करते हैं।” केआईबीएम के निदेशक। “चूंकि सभी दिमाग एक सामान्य पूर्वज से विकसित हुए हैं, हम आणविक विशेषताओं के आधार पर मक्खी और स्तनधारी मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच पत्राचार कर सकते हैं और हम अपनी यादों को कैसे संग्रहीत करते हैं।”
फ्लाई विंगबीट्स को वास्तविक समय (200 हर्ट्ज) में चित्रित और विश्लेषण किया गया था ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि वे सीधे (बाएं), दक्षिणावर्त (केंद्र), या काउंटर-क्लॉकवाइज (दाएं) उड़ गए। आभासी वास्तविकता इमेजरी को तब उड़ने वाली मक्खी के उन्मुखीकरण को प्रतिबिंबित करने के लिए घुमाया गया था। श्रेय: ध्रुव ग्रोवर, यूसी सैन डिएगो KIBM
अपने नए निष्कर्षों के दिल में आने के लिए शोधकर्ताओं ने दृश्य उत्तेजना के माध्यम से मक्खी के व्यवहार का परीक्षण करने के लिए एक इमर्सिव वर्चुअल रियलिटी वातावरण बनाया और प्रदर्शित इमेजरी को एक इन्फ्रा-रेड लेजर के साथ एक प्रतिकूल गर्मी उत्तेजना के रूप में जोड़ा। लगभग 360-डिग्री मनोरम क्षेत्र की अनुमति है ड्रोसोफिला बंधे रहते हुए अपने पंखों को स्वतंत्र रूप से फड़फड़ाने के लिए, और आभासी वास्तविकता के साथ लगातार उनके पंखों की गति के आधार पर अद्यतन (हाई-स्पीड मशीन-विज़न कैमरों का उपयोग करके वास्तविक समय में विश्लेषण किया गया) इसने मक्खियों को दुनिया में स्वतंत्र रूप से उड़ने का भ्रम दिया। इसने शोधकर्ताओं को कंडीशनिंग कार्यों के लिए मक्खियों को प्रशिक्षित करने और परीक्षण करने की क्षमता प्रदान की, जिससे कीट नकारात्मक गर्मी उत्तेजना से जुड़ी एक छवि से दूर और गर्मी से जुड़ी दूसरी छवि की ओर उन्मुख हो सके।
उन्होंने कंडीशनिंग के दो प्रकारों का परीक्षण किया, जिसमें से एक में मक्खियों को गर्मी (देरी कंडीशनिंग) के साथ समय में ओवरलैपिंग दृश्य उत्तेजना दी गई थी, दोनों एक साथ समाप्त हो रहे थे, या दूसरा, ट्रेस कंडीशनिंग, 5 से 20 सेकंड प्रतीक्षा करके गर्मी दिखाने के बाद और दृश्य उत्तेजना को दूर करना। बीच के समय को “ट्रेस” अंतराल माना जाता है, जिसके दौरान मक्खी अपने मस्तिष्क में दृश्य उत्तेजना के “निशान” को बरकरार रखती है, एक विशेषता ध्यान, काम करने की स्मृति और स्तनधारियों में जागरूक जागरूकता का संकेत देती है।
शोधकर्ताओं ने एक फ्लोरोसेंट अणु का उपयोग करके वास्तविक समय में कैल्शियम गतिविधि को ट्रैक करने के लिए मस्तिष्क की भी नकल की, जिसे उन्होंने आनुवंशिक रूप से अपने मस्तिष्क की कोशिकाओं में इंजीनियर किया था। इसने शोधकर्ताओं को मक्खी की जीवित स्मृति के गठन और अवधि को रिकॉर्ड करने की अनुमति दी क्योंकि उन्होंने मक्खी की अल्पकालिक (कार्यशील) स्मृति में होने के दौरान ट्रेस को पलक झपकते देखा। उन्होंने यह भी पाया कि प्रशिक्षण के दौरान शुरू की गई एक व्याकुलता-हवा के एक कोमल कश ने दृश्य स्मृति को और अधिक तेज़ी से फीका कर दिया, पहली बार शोधकर्ताओं ने मक्खियों में इस तरह की विचलितता को साबित करने में सक्षम किया है और स्मृति निर्माण में एक चौकस आवश्यकता को निहित किया है। ड्रोसोफिला.
“यह काम न केवल दर्शाता है कि मक्खियाँ ट्रेस कंडीशनिंग के इस उच्च रूप में सक्षम हैं, और यह कि स्तनधारियों और मनुष्यों की तरह ही सीखने में विचलित होता है, लेकिन मक्खी में इन चौकस और कामकाजी स्मृति प्रक्रियाओं में अंतर्निहित तंत्रिका गतिविधि उन लोगों के लिए उल्लेखनीय समानता दिखाती है। स्तनधारियों में,” ध्रुव ग्रोवर, एक यूसी सैन डिएगो केआईबीएम अनुसंधान संकाय सदस्य और नए अध्ययन के प्रमुख लेखक ने कहा। “यह काम दर्शाता है कि फल मक्खियों उच्च संज्ञानात्मक कार्यों के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली मॉडल के रूप में काम कर सकते हैं। सीधे शब्दों में कहें, तो मक्खी विस्मित करती रहती है कि वह वास्तव में कितनी स्मार्ट है। ”
वैज्ञानिकों ने मक्खी के मस्तिष्क के उस क्षेत्र की भी पहचान की जहां स्मृति बनी और फीकी पड़ गई - एक ऐसा क्षेत्र जिसे मक्खी के केंद्रीय परिसर के दीर्घवृत्तीय शरीर के रूप में जाना जाता है, एक ऐसा स्थान जो मानव मस्तिष्क में सेरेब्रल कॉर्टेक्स से मेल खाता है।
इसके अलावा, शोध दल ने पाया कि इस तरह के सीखने और उच्च संज्ञानात्मक कार्यों के लिए न्यूरोकेमिकल डोपामाइन की आवश्यकता होती है। डेटा से पता चला है कि सीखने की प्रक्रिया में डोपामाइन प्रतिक्रियाएं तेजी से हुई हैं, अंततः आने वाली गर्मी उत्तेजना की आशंका है।
शोधकर्ता अब इस बात की जांच कर रहे हैं कि मस्तिष्क में शारीरिक रूप से ध्यान कैसे लगाया जाता है। ग्रोवर का मानना है कि इस मॉडल प्रणाली से सीखे गए सबक मानव अनुभूति रणनीतियों और तंत्रिका विकारों के बारे में हमारी समझ को सीधे सूचित कर सकते हैं जो उन्हें बाधित करते हैं, लेकिन नए इंजीनियरिंग दृष्टिकोणों में भी योगदान करते हैं जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता डिजाइनों में प्रदर्शन की सफलता की ओर ले जाते हैं।
संदर्भ: ध्रुव ग्रोवर, जेन-युंग चेन, जियायुन झी, जिनफैंग ली, जीन-पियरे चेंजक्स और राल्फ जे। ग्रीनस्पैन द्वारा “ड्रोसोफिला में डिफरेंशियल मैकेनिज्म अंडरली ट्रेस एंड डिले कंडीशनिंग”, 16 फरवरी 2022, प्रकृति.
डीओआई: 10.1038/एस41586-022-04433-6
अध्ययन के सह-लेखकों में ध्रुव ग्रोवर, जेन-युंग चेन, जियायुन झी, जिनफैंग ली, जीन-पियरे चेंजक्स और राल्फ ग्रीनस्पैन (सभी यूसी सैन डिएगो कावली इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन एंड माइंड से संबद्ध हैं, और जे.-पी. चेंजक्स भी शामिल हैं) कॉलेज डी फ्रांस के एक सदस्य)।
अनुसंधान के समर्थकों में वायु सेना कार्यालय वैज्ञानिक अनुसंधान (FA9550-14-1-0211 और FA9550-19-1-0280) शामिल हैं; मैथर्स फाउंडेशन (20154167); राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (1212778); अनुसंधान और नवाचार के लिए यूरोपीय संघ के क्षितिज 2020 फ्रेमवर्क कार्यक्रम (अनुदान समझौता 945539, मानव मस्तिष्क परियोजना SGA3); और कावली इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन एंड माइंड इंटरनेशनल फैकल्टी अवार्ड।
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