মস্তিষ্কের 'নয়েজ' কোয়ান্টাম নীতি দ্বারা ব্যাখ্যা করা যেতে পারে: স্নায়ুবিজ্ঞানের নতুন প্রস্তাবনা

ঐতিহ্যগতভাবে, স্নায়ুবিজ্ঞান মস্তিষ্ককে আয়নিক স্রোত এবং আপাতদৃষ্টিতে বিশৃঙ্খল নিঃসরণের একটি বৈদ্যুতিক সিম্ফনি হিসাবে দেখে আসছে। এই সূক্ষ্ম কম্পনগুলি, যা 'নিউরোন্যাল নয়েজ' নামে পরিচিত, সেগুলোকে প্রায়শই বিশৃঙ্খল ওঠানামা হিসাবে উপেক্ষা করা হত যা পরিমাপকে জটিল করে তোলে। তবে, একদল গবেষক একটি আমূল ভিন্ন দৃষ্টিভঙ্গি প্রস্তাব করছেন: যদি এই নয়েজ তথ্য নষ্ট না করে, বরং মস্তিষ্ককে অপ্রত্যাশিত সামঞ্জস্য প্রদান করে, যা কোয়ান্টাম মেকানিক্সের অনুরূপ?

কম্পিউটেশনাল অ্যান্ড স্ট্রাকচারাল বায়োটেকনোলজি জার্নালে প্রকাশিত একটি গবেষণায়, তাত্ত্বিক পদার্থবিদ পার্থ ঘোষ এবং নিউরোসায়েন্টিস্ট দিমিত্রি পিনোটস দেখিয়েছেন যে নিউরোন্যাল কার্যকলাপ বর্ণনাকারী ক্লাসিক্যাল সমীকরণগুলিকে শ্রোডিঙ্গার সমীকরণের একটি সংস্করণে রূপান্তরিত করা যেতে পারে, যা কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার একটি মৌলিক সমীকরণ। এই আবিষ্কারটি একটি অস্বাভাবিক সম্ভাবনার দ্বার উন্মোচন করেছে: মস্তিষ্ক আংশিকভাবে কোয়ান্টাম নীতি অনুসারে কাজ করতে পারে। মস্তিষ্ক কেবল বৈদ্যুতিক সংকেত প্রক্রিয়াকরণ করে না, বরং নয়েজও তৈরি করে যা এলোমেলো বলে মনে হয়। এই নয়েজ বিভিন্ন উৎস থেকে উদ্ভূত হয়: আয়ন চ্যানেলের খোলা ও বন্ধ হওয়া, সিনাপটিক পরিবর্তন এবং একই উদ্দীপকের প্রতি প্রতিক্রিয়ার পরিবর্তনশীলতা। বেশিরভাগ বিজ্ঞানীর কাছে, এই অনিয়মগুলি বিশৃঙ্খলা হিসাবে বিবেচিত হয়। তবে, ঘোষ এবং পিনোটস ১৯৬০-এর দশকে গণিতবিদ এডওয়ার্ড নেলসন প্রস্তাবিত একটি ধারণাকে পুনরায় পরীক্ষা করেছেন: এলোমেলো গতি, যেমন তরলে কণার গতি (ব্রাউনিয়ান মোশন নামে পরিচিত), কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার নিয়মাবলী দ্বারা বর্ণিত হতে পারে। এটি ইঙ্গিত দেয় যে আমরা যেটিকে 'নিউরোন্যাল নয়েজ' বলি, তা গভীর কাঠামো লুকিয়ে রাখতে পারে, যা সম্ভাব্যতা তরঙ্গের সমতুল্য, যেমন পদার্থবিদরা ইলেকট্রনের অবস্থান ভবিষ্যদ্বাণী করতে ব্যবহার করেন। নিছক একটি পরীক্ষামূলক অসুবিধা না হয়ে, মস্তিষ্কের বৈদ্যুতিক ওঠানামাগুলি সামঞ্জস্যের নিদর্শন ধারণ করতে পারে। এই পদ্ধতির মূল বিষয় হল যে নয়েজ শৃঙ্খলার শত্রু নয়, বরং এর অপ্রত্যাশিত সহযোগী। লেখকরা এটিকে 'বিশৃঙ্খলার মধ্য থেকে উদ্ভূত শৃঙ্খলা'র একটি উদাহরণ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করেছেন, যা নিউরনগুলি কীভাবে তথ্য প্রক্রিয়া করে তা বোঝার জন্য একটি নতুন পথ খুলে দিতে পারে।

এই অনুমান পরীক্ষা করার জন্য, গবেষকরা একটি সাধারণ গাণিতিক মডেল দিয়ে শুরু করেছিলেন: একটি ড্রিফ্ট সহ র্যান্ডম ওয়াক। একটি কণার কথা ভাবুন যা একটি নিউরনের ঝিল্লিতে পৌঁছানো উত্তেজক বা প্রতিরোধক সংকেতের উপর ভিত্তি করে সামনে বা পিছনে চলে। প্রথম নজরে, এটি ভাগ্যের খেলা বলে মনে হতে পারে, কিন্তু সঠিক ভাষায় প্রকাশ করলে, শ্রোডিঙ্গারের সমীকরণের সাথে আশ্চর্যজনকভাবে সাদৃশ্যপূর্ণ একটি সমীকরণ আবির্ভূত হয়। এই মডেলটি একটি নিউরনের ফায়ারিং থ্রেশহোল্ডে পৌঁছানোর সম্ভাব্যতা বা নীরব থাকার সম্ভাব্যতা বর্ণনা করার অনুমতি দেয়। সবচেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে, এই পদ্ধতিটি কেবল গাণিতিক বিমূর্ততার মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়; এটি বাস্তব নিউরনের বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার ওঠানামার পরীক্ষামূলক ডেটার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। এর ফলাফল স্পষ্ট: নিউরোন্যাল কার্যকলাপকে একটি কোয়ান্টাম তরঙ্গ হিসাবে উপস্থাপন করা যেতে পারে, যেখানে ঝিল্লির সম্ভাবনা একটি নির্দিষ্ট মান নয়, বরং সম্ভাবনার একটি পরিসীমা। এর মানে এই নয় যে মস্তিষ্ক একটি ক্ষুদ্র কোয়ান্টাম কম্পিউটার, বরং এর প্রক্রিয়াগুলি এমন বৈশিষ্ট্য গ্রহণ করতে পারে যা পূর্বে একটি বৃহৎ জৈবিক সিস্টেমের জন্য অসম্ভব বলে মনে করা হত।

পরবর্তী পদক্ষেপ ছিল একটি আরও উন্নত মডেলে এই যুক্তি প্রয়োগ করা: ফিটজহিউ-নাগুুমো মডেল, যা নিউরোন্যাল বৈদ্যুতিক স্পাইকগুলি কীভাবে তৈরি হয় এবং পুনরুদ্ধার হয় তা বর্ণনা করার জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত একটি সরলীকরণ। এই মডেলটিকে সাধারণত 'ক্লাসিক্যাল' হিসাবে বিবেচনা করা হয়, তবে নয়েজের উপাদান যোগ করে, লেখকরা দেখিয়েছেন যে এটি কোয়ান্টাম সমীকরণের পদেও পুনরায় লেখা যেতে পারে। ফলাফলটি striking, কারণ ফিটজহিউ-নাগুুমো মডেলটি একটি গাণিতিক কৌতূহল নয়; এটি নিউরোন্যাল এবং নেটওয়ার্কগুলির কার্যকারিতা সিমুলেট করার জন্য স্নায়ুবিজ্ঞানের একটি কেন্দ্রীয় সরঞ্জাম। এই মডেলটির একটি 'কোয়ান্টাম ডাবল' থাকার অর্থ হল যে মস্তিষ্কের পদার্থবিদ্যা আমরা পূর্বে যা ভেবেছিলাম তার চেয়ে সমৃদ্ধ হতে পারে। অধিকন্তু, কোয়ান্টাম পুনর্গঠন ক্লাসিক্যাল গণনার জন্য সংশোধন সরবরাহ করে, যেমন ফায়ারিং ফ্রিকোয়েন্সির পরিবর্তনশীলতার ভবিষ্যদ্বাণী বা একটি উদ্দীপকের পরে পুনরুদ্ধার। অন্য কথায়, এটি কেন মস্তিষ্ক একই সংকেতের প্রতি দুবার একইভাবে সাড়া দেয় না তার আরও সুনির্দিষ্ট সূত্র প্রদান করতে পারে।

গবেষণার সবচেয়ে provocative প্রস্তাবনাগুলির মধ্যে একটি হল একটি নতুন প্যারামিটার প্রবর্তন: 'নিউরোন্যাল ধ্রুবক', যা প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবকের একটি অ্যানালগ, যা কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যায় আণবিক ঘটনার স্কেলকে সংজ্ঞায়িত করে। লেখকদের মতে, প্রতিটি নিউরনের নিজস্ব এই ধ্রুবকের একটি সংস্করণ থাকবে, অথবা সম্ভবত তারা সবাই একটি সার্বজনীন, অজানা মান ভাগ করে নেবে। ব্যবহারিকভাবে এটি পরিমাপ করার জন্য, তারা বেশ কয়েকটি পরীক্ষার প্রস্তাব করেছেন। একটি হবে ফায়ারিং থ্রেশহোল্ডের নীচে বৈদ্যুতিক ওঠানামা বিশ্লেষণ করা, যা বিচ্ছিন্ন শক্তি স্তর সহ কোয়ান্টাম দোলক হিসাবে আচরণ করতে পারে। অন্যটি হবে নিউরোন্যাল ঝিল্লির ইন্ডাকট্যান্স অধ্যয়ন করা, যা একটি সার্কিটের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে যুক্ত। যদি এই নিউরোন্যাল ধ্রুবক বিদ্যমান থাকে এবং পরিমাপ করা যায়, তবে এটি পৃথক নিউরনের স্তরে কোয়ান্টাম ঘটনার প্রথম প্রত্যক্ষ প্রমাণ হবে। এটি একটি বিতর্কের একটি বিশাল পদক্ষেপ হবে যা কয়েক দশক ধরে চলে আসছে: চেতনা এবং জ্ঞানীয়তা কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার সাথে যুক্ত হতে পারে কিনা।

এই তাত্ত্বিক আবিষ্কারের প্রভাব গণিতের বাইরেও প্রসারিত। কিছু গবেষক, যেমন রজার পেনরোজ এবং স্টুয়ার্ট হ্যামারফ, যুক্তি দিয়েছেন যে চেতনা মাইক্রোটিউবুলগুলিতে কোয়ান্টাম সামঞ্জস্যের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। যদিও তাদের ধারণাগুলি ব্যাপকভাবে আলোচিত হয়েছে, এই নতুন কাজটি একটি কঠোর কাঠামো সরবরাহ করে যা সেই স্বজ্ঞাগুলিকে পরীক্ষামূলক যাচাইকরণের কাছাকাছি নিয়ে আসতে পারে। ব্যবহারিকভাবে, লেখকরা পরামর্শ দেন যে নিউরোন্যাল প্লাস্টিসিটির মতো ঘটনাগুলি—মস্তিষ্কের অভিযোজন এবং শেখার ক্ষমতা—এর একটি কোয়ান্টাম উপাদান থাকতে পারে। তারা আরও অনুমান করেন যে স্নায়বিক রোগের সাথে যুক্ত নির্দিষ্ট মস্তিষ্কের দোলন ধরণগুলি এই দৃষ্টিকোণ থেকে আরও ভালভাবে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। যদি নিশ্চিত হয়, তবে তত্ত্বটি মৃগীরোগের মতো ব্যাধিগুলি বা এমনকি অ্যানেস্থেটিকসের প্রভাব বোঝার জন্য একটি অপ্রত্যাশিত পথ খুলে দেবে, যা নিউরনের বৈদ্যুতিক আচরণকে কোয়ান্টাম নীতিগুলির সাথে সংযুক্ত করবে যা এতদিন পর্যন্ত কেবল সাবঅ্যাটমিক কণার জন্য সংরক্ষিত বলে মনে হত।

যদিও বর্তমানে এটি একটি তাত্ত্বিক উন্নয়ন, ঘোষ এবং পিনোটসের কাজ একটি দৃষ্টিভঙ্গির পরিবর্তনকে আমন্ত্রণ জানায়। জৈবিক এবং কোয়ান্টামের মধ্যে সীমানা আণবিক স্কেল দ্বারা চিহ্নিত নাও হতে পারে, বরং নয়েজে লুকানো নিদর্শন সনাক্ত করার ক্ষমতা দ্বারা চিহ্নিত হতে পারে। চ্যালেঞ্জ হবে এই ধারণাগুলিকে পরীক্ষাগারে অনুবাদ করা। লেখকদের জন্য, মূল বিষয় হল উচ্চ-রেজোলিউশন কৌশলগুলির সাথে ন্যূনতম বৈদ্যুতিক ওঠানামা পরিমাপ করতে সক্ষম পরীক্ষাগুলি ডিজাইন করা। যদি এই পরীক্ষাগুলি বিচ্ছিন্ন শক্তি স্তর বা সুসংগত কোয়ান্টাম অবস্থার অস্তিত্বের মতো ভবিষ্যদ্বাণীগুলি নিশ্চিত করে, তবে মস্তিষ্ক ক্লাসিক্যাল জীববিজ্ঞানের একচেটিয়া অঞ্চল হওয়া বন্ধ করবে। এখানে যা বাজি ধরা হচ্ছে তা কেবল একটি প্রযুক্তিগত বিবরণ নয়, বরং মানব মন সম্পর্কে ভাবার একটি নতুন উপায়: মৌলিক পদার্থবিদ্যা এবং সচেতন অভিজ্ঞতার মধ্যে একটি সেতু। যদি সেই সেতু নিশ্চিত হয়, তবে স্নায়ুবিজ্ঞান এবং পদার্থবিদ্যার ইতিহাস এমনভাবে জড়িত হতে পারে যা সম্প্রতি পর্যন্ত বিজ্ঞান কল্পকাহিনীর মতো মনে হত। গবেষকরা এই তত্ত্বের পরীক্ষামূলক প্রমাণ খোঁজার জন্য নিউরোন্যাল প্লাস্টিসিটি এবং কোয়ান্টাম মেকানিক্সের মধ্যে সংযোগের উপর জোর দিচ্ছেন। তারা বিশ্বাস করেন যে মস্তিষ্কের নমনীয়তা এবং শেখার ক্ষমতা, যা নিউরোন্যাল প্লাস্টিসিটি নামে পরিচিত, তা কোয়ান্টাম নীতির দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে। এই ধারণাটি মস্তিষ্কের কার্যকারিতা সম্পর্কে আমাদের ধারণাকে আরও প্রসারিত করতে পারে, যা পূর্বে কেবল ক্লাসিক্যাল পদার্থবিদ্যার মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা হত।