'जे आजपर्यंत घडलं नाही, ते भारतीय संशोधकांनी करून दाखवलं'; मेंदूचा बनवला '3D नकाशा'

शंभर वर्षांपेक्षा जास्त काळापासून न्यूरोसायंटिस्ट (मेंदूचा अभ्यास करणारे शास्त्रज्ञ) मानवी मेंदूचा अभ्यास अगदी एखाद्या अनोळखी भूभागाचा नकाशा बनवणाऱ्या जुन्या नकाशाकारांसारखाच करत आहेत. आणखी नेमकं सांगायचं तर, वेगवेगळ्या निरीक्षणांतून मिळालेले छोटे छोटे तुकडे एकत्र जोडून मेंदूचे एक विस्तीर्ण चित्र तयार करत आहेत.

आजच्या काळातही जेव्हा डॉक्टर (पॅथॉलॉजिस्ट) अल्झायमरसारख्या आजारांची तपासणी करतात, तेव्हा ते मेंदूच्या 86 अब्ज पेशींपैकी (न्यूरॉन्स) फक्त काही मोजक्याच तुकड्यांची चाचणी करतात. यामुळे मेंदूचा एक खूप मोठा भाग अजूनही समोर येत नाही.

यावर उपाय म्हणून चेन्नईच्या इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, मद्रास (IIT-M) मधील 'सुधा गोपालकृष्णन ब्रेन सेंटर'च्या वैज्ञानिकांना असं वाटतं की, मेंदूच्या अभ्यासातील ही सर्वात मोठी पोकळी भरून काढण्याच्या दिशेने एक महत्त्वाचे पाऊल टाकले आहे.

त्यांनी मानवी मेंदूच्या मुख्य भागाचा (Brainstem) सेल्युलर लेव्हलवर म्हणजेच पेशींच्या पातळीवर जाऊन जगातील सर्वात सविस्तर 3D नकाशा बनवला आहे. हा एक असा डिजिटल नकाशा आहे, ज्याच्या मदतीने वैज्ञानिक मेंदूच्या पूर्ण MRI स्कॅनपासून थेट एका छोट्या पेशीपर्यंत झूम करून अगदी सहज पाहू शकतात.

या नकाशाला 'अँकर' (ANCHOR म्हणजेच ऍटलस ऑफ न्यूरोकेमिकल कॅरेक्टरायझेशन ऑफ द ह्युमन ब्रेनस्टेम विथ 3D रीकन्स्ट्रक्शन) असं नाव देण्यात आलं आहे.

हा नकाशा बनवण्यासाठी विकसित होत असलेल्या गर्भापासून ते अगदी लहान मुले आणि मोठ्या व्यक्तींपर्यंतच्या मेंदूच्या 500 हून अधिक सूक्ष्म भागांचा (टिश्यू सेक्शन्सचा) सखोल अभ्यास करण्यात आला आहे.

हा नकाशा महागड्या मॉलिक्युलर (आण्विक) तंत्रज्ञानाचा वापर न करता मायक्रोस्कोपच्या अतिशय स्पष्ट आणि हाय-क्वालिटी फोटोंचा वापर करून बनवला आहे. यामुळे मेंदूच्या मुख्य भागाचा (ब्रेनस्टेम) एक सविस्तर 3D नकाशा तयार होतो, ज्यामध्ये मेंदूच्या पेशींचे 200 हून अधिक समूह आणि मज्जासंस्थेचे मार्ग स्पष्टपणे ओळखता येतात.

यातील आठ रासायनिक खुणा (केमिकल मार्कर्स) वेगवेगळ्या पेशींमधील फरक ओळखायला मदत करतात. यामुळे मेंदूचा हा अतिशय महत्त्वाचा, पण अजूनही पूर्णपणे न समजलेला भाग समजून घेण्यासाठी आतापर्यंतची सर्वात स्पष्ट माहिती मिळाली आहे.

मेंदूचा हा मुख्य भाग (ब्रेनस्टेम) दिसायला खूप छोटा असतो. पण माणसाला जिवंत ठेवण्यासाठी हाच सर्वात महत्त्वाचा असतो. हा भाग मेंदूला पाठीच्या कण्याशी जोडतो आणि श्वास घेणे, हृदयाचे ठोके, झोप, जाग येणे आणि शरीराची हालचाल या सर्व गोष्टींवर नियंत्रण ठेवतो.

या भागातील पेशींच्या अगदी छोट्या भागाला जरी इजा झाली तर ते अत्यंत जीवघेणे ठरू शकते. मात्र या भागाची रचना अतिशय दाटीवाटीची आणि गुंतागुंतीची असल्याने त्याचा सविस्तर नकाशा तयार करण्याच्या प्रयत्नांमध्ये वैज्ञानिकांना आजवर अनेक अडचणी आल्या आहेत.

या 'अँकर' नकाशाचे महत्त्व फक्त मेंदूची रचना दाखवण्यापुरते मर्यादित नाही. तर यामुळे विज्ञानाचे दोन वेगवेगळे भाग एकमेकांशी जोडले गेले आहेत. एक म्हणजे मेडिकल इमेजिंग, ज्यातून संपूर्ण मेंदू एकत्र दिसतो आणि दुसरी म्हणजे सेल्युलर पॅथॉलॉजी म्हणजे ऊतींची तपासणी ज्यातून मेंदूची एक-एक पेशी वेगवेगळी पाहता येते.

टाटा इन्स्टिट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्चच्या भारतीय वैज्ञानिक शुभा टोले म्हणतात की, "हा एक असा दूरदृष्टी असलेला प्रकल्प आहे ज्याने भारताला जगात मानाचे स्थान मिळवून दिले आहे." त्यांनी या प्रकल्पाचे वर्णन इंजिनिअरिंग, मेंदूचा अभ्यास आणि वैद्यकीय शास्त्राचे एक 'अभूतपूर्व एकत्रीकरण' असे केले आहे.

डॉक्टर सामान्यतः शवविच्छेदनादरम्यान (ऑटोप्सी) संपूर्ण मेंदूची तपासणी करून किंवा मेंदूच्या ऑपरेशन दरम्यान काढलेल्या ऊतींच्या भागावरून अभ्यासाची सुरुवात करतात. एका प्रौढ व्यक्तीच्या मेंदूचे वजन सुमारे 1.2 ते 1.5 किलो असते आणि मायक्रोस्कोपमधून तपासणी सुरू करण्यापूर्वी मेंदूच्या घड्या आणि त्याचे मुख्य भाग अनेक महत्त्वाचे सुगावे देऊ शकतात.

हार्वर्ड मेडिकल स्कूल आणि न्यूयॉर्क युनिव्हर्सिटीच्या तज्ज्ञ डॉक्टर आणि या प्रकल्पात 'सुधा गोपालकृष्णन ब्रेन सेंटर'च्या (SGBC) टीमसोबत काम करणाऱ्या रेबेका फोल्केर्थ यांनी सांगितलं की, "मेंदूचे आजार शोधणारी डॉक्टर म्हणून, मायक्रोस्कोपखाली मेंदूचे बारीक तुकडे तपासण्यापूर्वी मी आधी तो पूर्ण मेंदू उघड्या डोळ्यांनी व्यवस्थित निरखून पाहते."

डॉक्टर म्हणतात, "अल्झायमरसारखा आजार शोधण्यासाठी आम्ही मेंदूचे फक्त 15 ते 20 बारीक नमुने तपासतो. जो पूर्ण मेंदूच्या एका टक्क्याचाही खूप लहान भाग आहे."

गेल्या 100 हून अधिक वर्षांपूर्वी स्पेनचे वैज्ञानिक सँटियागो रामोन इ कॅहल यांनी यावर संशोधन सुरू केले होते, तेव्हापासून आजपर्यंत हीच पद्धत वापरली जात आहे. आजच्या आधुनिक एमआरआय स्कॅनमध्ये संपूर्ण मेंदू एकत्र दिसतो खरा, पण त्यामध्ये बारीक पेशी दिसत नाहीत. याउलट मायक्रोस्कोपमधून एक-एक पेशी तर दिसते पण ती मेंदूच्या फक्त वेगवेगळ्या घेतलेल्या तुकड्यांमध्येच पाहता येते.

गेल्या 30 वर्षांपेक्षा जास्त काळात हजारो मेंदूंची तपासणी करणाऱ्या डॉक्टर रेबेका फोल्केर्थ यांनी बीबीसीला सांगितलं की, "माझ्या नोकरीच्या सुरुवातीला मी जे स्वप्न पाहिलं होतं, तेच या भारतीय सेंटरने प्रत्यक्षात आणलं आहे. मेंदूचे स्कॅन आणि मायक्रोस्कोपमधून दिसणाऱ्या मेंदूच्या बारीक पेशींची रचना या दोन्ही गोष्टी एकत्र पाहायला मिळणे, हेच माझे स्वप्न होते.

'अँकर' हा प्रकल्प तीच जुनी त्रुटी भरून काढण्याचा प्रयत्न करतो.

याच्या मदतीने डॉक्टर किंवा वैज्ञानिक एमआरआयवर (MRI) दिसणाऱ्या संपूर्ण मेंदूच्या मुख्य भागापासून (ब्रेनस्टेमपासून) थेट एका एका छोट्या मज्जापेशीपर्यंत झूम करून पाहू शकतात. यामुळे कोणती पेशी नेमकी कुठे आहे, तिची जागा न बदलता स्पष्टपणे पाहता येते. संशोधकांनी हा नकाशा ऑनलाइन सर्वांसाठी अगदी मोफत उपलब्ध केला आहे. जेणेकरून जगभरातील मेंदूचा अभ्यास करणारे

शास्त्रज्ञ(न्यूरोसायंटिस्ट), मेंदूच्या आजारांवर औषध देणारे डॉक्टर (यूरॉलॉजिस्ट) आणि मेंदूचे ऑपरेशन करणारे सर्जन (यूरोसर्जन) यांना अभ्यासासाठी याचा मोठा फायदा होईल.

या नकाशाचा उपयोग केवळ मेंदूची रचना समजून घेण्यापुरताच मर्यादित न राहता त्यापलीकडेही अनेक क्षेत्रांत होऊ शकतो.

निरोगी मेंदूच्या नकाशांची तुलना आजारी मेंदूच्या भागाशी करून, वैज्ञानिक पार्किन्सन, स्ट्रोक (पक्षाघात), अल्झायमर आणि लहान मुलांचा अचानक होणारा मृत्यू (SIDS) अशा विविध आजारांमागील कारणे अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेऊ शकतात. याशिवाय, इतक्या अचूक नकाशामुळे मेंदूचे ऑपरेशन करणाऱ्या डॉक्टरांना मेंदूच्या अत्यंत नाजूक भागात शस्त्रक्रिया करताना खूप मोठी मदत होईल आणि त्यांचा आत्मविश्वास वाढेल.

'अँकर' हे स्वतः आजार शोधणारे मशीन किंवा साधन नाही. तर याचे खरे महत्त्व यामध्ये आहे की, यामुळे विज्ञानातील अनेक अवघड प्रश्नांची उत्तरे शोधणे सोपे होणार आहे.

न्यूयॉर्कमधील नामांकित 'कोल्ड स्प्रिंग हार्बर लॅबोरेटरी' येथील मेंदू शास्त्रज्ञ पार्था मित्रा (ज्यांनी 'सुधा गोपालकृष्णन ब्रेन सेंटर' म्हणजेच SGBC सोबत काम केले आहे) म्हणतात की, अशा प्रकारचे सविस्तर नकाशे मज्जासंस्थेच्या आजारांच्या अभ्यासात एक 'क्रांतिकारी बदल' घडवून आणू शकतात.

यामुळे अल्झायमर किंवा ऑटिझम झालेल्या व्यक्तीचा मेंदू हा चांगल्या मेंदूपेक्षा कसा वेगळा असतो, हे अगदी एक-एक पेशी तपासून समजून घेता येईल.

याशिवाय, कोविड-19 सारख्या संसर्गामुळे मेंदूचे दीर्घकालीन नुकसान नेमके कसे होते, हे समजून घेण्यासही या नकाशांमुळे मदत होऊ शकते, असे मित्रा यांनी बीबीसीशी बोलताना सांगितले.

ब्रेन स्ट्रोकचे उदाहरण देऊन डॉक्टर रेबेका फोल्केर्थ यांनी सांगितलं की, या नकाशामुळे मेंदूच्या रचनेबद्दल काही नव्या गोष्टी समजल्या आहेत. यामुळे डॉक्टर मेंदूचा असा भाग निकामी होण्यापासून वाचवू शकतील, जो जखमी झाला आहे पण अजून पूर्णपणे खराब झालेला नाही. यामुळे रुग्णाच्या प्रकृतीत सुधारणा होण्याची शक्यता खूप वाढू शकते. इतर वैज्ञानिकांच्या मते, हा नकाशा मेंदू शल्यचिकित्सकांना (न्यूरोसर्जनना) मेंदूच्या मुख्य भागात

अधिक सुरक्षितपणे शस्त्रक्रिया करण्यासही मदत करू शकतो. हा नकाशा लोकप्रिय होण्याचे कारण म्हणजे तो बनवण्याची सोपी पद्धत. मृत व्यक्तीच्या मेंदूचे बारीक भाग करून त्यांचे मायक्रोस्कोपमधून अतिशय स्पष्ट फोटो घेण्यात आले. यामुळे मेंदूच्या एक-एक पेशीचा असा सविस्तर नकाशा बनवणे खूपच कमी खर्चात शक्य झाले आहे.

शास्त्रज्ञ पार्था मित्रा म्हणतात की, यामुळेच मानवी मेंदूच्या मुख्य भागाचा एका इतका मोठा आणि सविस्तर नकाशा तयार करणे शक्य झाले आहे. जे आजपर्यंत कधीच घडले नव्हते.

हे यश दाखवून देते की मेंदूच्या अभ्यासात आता खूप मोठा बदल झाला आहे. आता या क्षेत्रातील पुढची प्रगती फक्त जीवशास्त्रावर अवलंबून राहिलेली नाही, तर त्याला इंजिनिअरिंग आणि कॉम्प्युटर टेक्नॉलॉजीची तितकीच मोठी साथ मिळाली आहे.

मेंदूचे एमआरआय फोटो, मायक्रोस्कोपमधून दिसणारी रचना आणि 3D तंत्रज्ञान एकत्र करून एकच डिजिटल नकाशा बनवण्यासाठी 'सुधा गोपालकृष्णन ब्रेन सेंटर'मधील (SGBC) मधील जवळपास 20 शास्त्रज्ञांनी 18 महिने सलग काम केले. यासाठी त्यांनी मेंदूच्या 200 पेक्षा जास्त तुकड्यांची स्वतः बारकाईने तपासणी केली.

आज या सेंटरमध्ये जगभरातील तज्ज्ञांसोबत काम करणारे 200 हून अधिक संशोधक, इंजिनिअर्स आणि लॅब टेक्निशियन्स एकत्र आले आहेत.

या सर्वांच्या मेहनतीमुळे मेंदूच्या अभ्यासातील एक खूप मोठी आणि आश्चर्यकारक अडचण दूर करण्यात यश आले आहे.

SGBC चे प्रमुख मोहनशंकर शिवप्रकाशम यांनी बीबीसीला सांगितलं की, "शास्त्रज्ञांनी अनेक प्राण्यांच्या मेंदूचे अतिशय स्पष्ट आणि सविस्तर नकाशे बनवले आहेत. पण मानवी मेंदूच्या ऊतींचा (टिश्यूजचा) अभ्यास करण्यासाठी आवश्यक असलेले नमुने खूप कमी प्रमाणात मिळत असल्यामुळे माणसाच्या मेंदूची तितकी सविस्तर माहिती अद्याप समोर आलेली नाही."

पण याचा अर्थ असा नाही की, शास्त्रज्ञांकडे मेंदूचे नकाशे नव्हतेच. यावर वैज्ञानिक पार्था मित्रा म्हणतात की, "आतापर्यंतचे वेगवेगळे नकाशे मेंदूच्या वेगवेगळ्या गोष्टी दाखवण्याचे काम करत होते."

एमआरआयवरून बनवलेले नकाशे संपूर्ण मेंदूचा वरवरचा आकार दाखवतात, पण त्यातून एक-एक पेशी दिसत नाही. हिस्टोलॉजिकल(ऊतींचे) नकाशे मेंदूच्या बारीक तुकड्यांचे मायक्रोस्कोपमधील फोटो वापरून, पेशींच्या रचनेची अचूक माहिती देतात. आता आलेले नवीन तंत्रज्ञान तर याच्याही पुढे जाऊन प्रत्येक पेशी नेमकी कोणती आहे हे ओळखू शकते.

तरीसुद्धा, मेंदूतील जवळपास 20,000 प्रोटीन्स मेंदूच्या वेगवेगळ्या भागांत आणि पेशींमध्ये नेमके कसे पसरले आहेत, याबद्दल शास्त्रज्ञांना अजून फारशी माहिती मिळालेली नाही. हाच तो पुढचा मोठा टप्पा आहे, जो मेंदूच्या अभ्यासाला एका नव्या युगात घेऊन जाईल.

डॉक्टर रेबेका फोल्केर्थ म्हणतात, "प्रत्येक मेंदू हा नव्या माहितीचा एक मोठा खजिना आहे."

SGBC ची आता वेगवेगळ्या वयोगटातील आणि अल्झायमर किंवा विस्मरणाचा (डिमेंशिया) आजार असलेल्या लोकांच्या 100 पेक्षा जास्त संपूर्ण मेंदूंचे फोटो घेऊन नकाशे तयार करण्याची योजना आखत आहे. यामुळे अभ्यासासाठी एक अशी माहितीची बँक तयार होईल ज्यातून एखादा आजार मेंदूच्या एक-एक पेशीचे नुकसान कसे करतो, हे नीट समजून घेता येईल.

हा नवीन नकाशा मानवी मेंदूची सर्व गूढ रहस्ये पूर्णपणे सोडवू शकणार नाही. पण यामुळे शास्त्रज्ञांच्या हाती एक अतिशय स्पष्ट नकाशा लागेल, ज्याच्या मदतीने अधिक अचूक प्रश्न विचारण्यास आणि अखेर त्यांची उत्तरे शोधण्यास नक्कीच मदत करू शकेल.

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन.)