मस्तिष्क के 'शोर' को क्वांटम सिद्धांत से समझने का नया दृष्टिकोण

तंत्रिका विज्ञान में, मस्तिष्क को पारंपरिक रूप से आयनिक धाराओं और अनियंत्रित निर्वहन की एक विद्युत समरूपता के रूप में देखा जाता रहा है। इन सूक्ष्म कंपनों, जिन्हें 'न्यूरोनल शोर' कहा जाता है, को ऐतिहासिक रूप से अव्यवस्थित उतार-चढ़ाव माना जाता रहा है जो मापों को जटिल बनाते हैं। हालांकि, शोधकर्ताओं का एक समूह एक क्रांतिकारी दृष्टिकोण प्रस्तावित कर रहा है: क्या होगा यदि यह शोर सूचना को नष्ट न करे, बल्कि वास्तव में मस्तिष्क को अप्रत्याशित सुसंगतता प्रदान करे, जो क्वांटम यांत्रिकी के समान हो?

*Computational and Structural Biotechnology Journal* में प्रकाशित एक अध्ययन में, सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी पार्थ घोष और तंत्रिका विज्ञानी दिमित्री पिनोट्सिस ने प्रदर्शित किया है कि न्यूरोनल गतिविधि का वर्णन करने वाले शास्त्रीय समीकरणों को श्रोडिंगर समीकरण के एक संस्करण में बदला जा सकता है, जो क्वांटम भौतिकी का मूल आधार है। यह खोज एक असामान्य मार्ग खोलती है: यह संभावना कि मस्तिष्क, कम से कम आंशिक रूप से, क्वांटम सिद्धांतों के तहत कार्य करता है। मस्तिष्क न केवल विद्युत संकेतों को संसाधित करता है, बल्कि शोर भी उत्पन्न करता है जो यादृच्छिक प्रतीत होता है। यह शोर कई स्रोतों से उत्पन्न होता है: आयन चैनलों का खुलना और बंद होना, सिनैप्टिक परिवर्तन, और एक ही उत्तेजना के प्रति प्रतिक्रियाओं में भिन्नता। अधिकांश वैज्ञानिकों के लिए, ये अनियमितताएं अव्यवस्था मानी जाती हैं। हालांकि, घोष और पिनोट्सिस 1960 के दशक में गणितज्ञ एडवर्ड नेल्सन द्वारा प्रस्तावित एक विचार को फिर से देखते हैं: यादृच्छिक गति, जैसे कि तरल पदार्थ में कणों की गति (ब्राउनियन गति के रूप में जाना जाता है), को उन्हीं समीकरणों द्वारा वर्णित किया जा सकता है जो क्वांटम भौतिकी को नियंत्रित करते हैं। यह बताता है कि जिसे हम 'न्यूरोनल शोर' कहते हैं, उसमें गहरी संरचनाएं छिपी हो सकती हैं, जो संभाव्यता तरंगों के बराबर हैं, ठीक वैसे ही जैसे भौतिक विज्ञानी इलेक्ट्रॉन के स्थान की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग करते हैं। प्रयोगात्मक झुंझलाहट से कहीं अधिक, मस्तिष्क के विद्युत उतार-चढ़ाव में सुसंगतता के पैटर्न हो सकते हैं।

इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक सरल गणितीय मॉडल से शुरुआत की: बहाव के साथ एक यादृच्छिक चाल। एक कण की कल्पना करें जो न्यूरॉन के झिल्ली तक पहुंचने वाले उत्तेजक या अवरोधक संकेतों के आधार पर आगे या पीछे बढ़ता है। पहली नज़र में, यह संयोग का खेल है, लेकिन जब सही भाषा में तैयार किया जाता है, तो श्रोडिंगर के समीकरण के आश्चर्यजनक रूप से समान एक समीकरण उभरता है। यह मॉडल एक न्यूरॉन की आग लगने की सीमा तक पहुंचने की संभावना या शांत रहने का वर्णन करने की अनुमति देता है। सबसे खास बात यह है कि यह औपचारिकता केवल गणितीय अमूर्तता तक ही सीमित नहीं है; यह वास्तविक न्यूरॉन्स में विद्युत क्षमता के उतार-चढ़ाव के प्रयोगात्मक डेटा के साथ संरेखित होती है। इसका परिणाम स्पष्ट है: न्यूरोनल गतिविधि को एक क्वांटम तरंग के रूप में दर्शाया जा सकता है, जहां झिल्ली क्षमता का कोई निश्चित मान नहीं होता, बल्कि संभावनाओं की एक श्रृंखला होती है। इसका मतलब यह नहीं है कि मस्तिष्क एक लघु क्वांटम कंप्यूटर है, बल्कि यह कि इसकी प्रक्रियाएं उन विशेषताओं को अपना सकती हैं जिन्हें पहले एक बड़े पैमाने पर जैविक प्रणाली में असंभव माना जाता था।

अगला कदम इस तर्क को एक अधिक परिष्कृत मॉडल पर लागू करना था: फिट्ज़ह्यू-नागुमो मॉडल, जो न्यूरॉन्स द्वारा विद्युत स्पाइक्स उत्पन्न और पुनर्प्राप्त करने के तरीके का वर्णन करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला सरलीकरण है। इस मॉडल को आम तौर पर 'शास्त्रीय' माना जाता है, लेकिन शोर के घटक को जोड़कर, लेखकों ने प्रदर्शित किया है कि इसे क्वांटम समीकरण शब्दों में भी फिर से लिखा जा सकता है। परिणाम आश्चर्यजनक है क्योंकि फिट्ज़ह्यू-नागुमो मॉडल एक गणितीय जिज्ञासा नहीं है; यह न्यूरोनल और नेटवर्क के कामकाज का अनुकरण करने के लिए तंत्रिका विज्ञान में एक केंद्रीय उपकरण है। यह तथ्य कि इस मॉडल का एक 'क्वांटम डबल' है, यह दर्शाता है कि मस्तिष्क का भौतिकी हमारी सोच से कहीं अधिक समृद्ध हो सकता है। इसके अलावा, क्वांटम सूत्रीकरण शास्त्रीय गणनाओं के लिए सुधार प्रदान करता है, जैसे कि फायरिंग आवृत्ति में परिवर्तनशीलता या उत्तेजना के बाद पुनर्प्राप्ति की भविष्यवाणियों। दूसरे शब्दों में, यह इस बात के और अधिक सटीक सुराग प्रदान कर सकता है कि मस्तिष्क एक ही संकेत पर दो बार समान रूप से प्रतिक्रिया क्यों नहीं करता है।

अध्ययन के सबसे उत्तेजक प्रस्तावों में से एक एक नए पैरामीटर का परिचय है: 'न्यूरोनल स्थिरांक', जो प्लैंक स्थिरांक का एक एनालॉग है, जो क्वांटम भौतिकी में सूक्ष्म घटनाओं के पैमाने को परिभाषित करता है। लेखकों के अनुसार, प्रत्येक न्यूरॉन का अपना संस्करण होगा, या शायद वे सभी एक सार्वभौमिक, अज्ञात मूल्य साझा करते हैं। इसे व्यवहार में मापने के लिए, वे कई प्रयोगों का सुझाव देते हैं। एक फायरिंग सीमा से नीचे विद्युत दोलनों का विश्लेषण करना होगा, जो असतत ऊर्जा स्तरों वाले क्वांटम ऑसिलेटर की तरह व्यवहार कर सकते हैं। दूसरा न्यूरोनल झिल्ली की प्रेरण का अध्ययन करना होगा, जो सर्किट के समान विद्युत गुणों से जुड़ा है। यदि यह न्यूरोनल स्थिरांक मौजूद है और इसे मापा जा सकता है, तो यह व्यक्तिगत न्यूरॉन्स के स्तर पर क्वांटम घटनाओं का पहला प्रत्यक्ष प्रमाण होगा। यह दशकों से चली आ रही बहस में एक बड़ा कदम होगा: क्या चेतना और अनुभूति को क्वांटम भौतिकी से जोड़ा जा सकता है।

इस सैद्धांतिक खोज के निहितार्थ गणित से कहीं आगे तक जाते हैं। कुछ शोधकर्ताओं, जैसे रोजर पेनरोज और स्टुअर्ट हैमरॉफ, ने तर्क दिया है कि चेतना मस्तिष्क संरचनाओं में क्वांटम सुसंगतता से संबंधित हो सकती है। हालांकि उनके विचारों पर व्यापक रूप से चर्चा की गई है, इस नए काम से उन अंतर्दृष्टियों को प्रयोगात्मक सत्यापन के करीब लाने के लिए एक कठोर ढांचा प्रदान किया गया है। व्यावहारिक रूप से, लेखकों का सुझाव है कि न्यूरोनल प्लास्टिसिटी - मस्तिष्क की अनुकूलन और सीखने की क्षमता - जैसे घटनाओं में क्वांटम घटक हो सकता है। वे यह भी अनुमान लगाते हैं कि कुछ मस्तिष्क दोलन पैटर्न, जो न्यूरोलॉजिकल रोगों से जुड़े हैं, को इस दृष्टिकोण से बेहतर ढंग से समझाया जा सकता है। यदि पुष्टि की जाती है, तो यह सिद्धांत मिर्गी जैसे विकारों को समझने या यहां तक कि एनेस्थेटिक्स के प्रभाव को समझने के लिए एक अप्रत्याशित मार्ग खोल देगा, जो न्यूरॉन्स के विद्युत व्यवहार को उन क्वांटम सिद्धांतों से जोड़ता है जो अब तक केवल उप-परमाणु कणों के लिए आरक्षित लगते थे।

हालांकि वर्तमान में एक सैद्धांतिक विकास है, घोष और पिनोट्सिस का काम परिप्रेक्ष्य में बदलाव को आमंत्रित करता है। जैविक और क्वांटम के बीच की सीमा सूक्ष्म पैमाने से चिह्नित नहीं हो सकती है, बल्कि शोर में छिपे पैटर्न का पता लगाने की क्षमता से चिह्नित हो सकती है। चुनौती इन विचारों को प्रयोगशाला में अनुवादित करना होगा। लेखकों के लिए, कुंजी उच्च-रिज़ॉल्यूशन तकनीकों के साथ न्यूनतम विद्युत उतार-चढ़ाव को मापने में सक्षम प्रयोगों को डिजाइन करने में निहित है। यदि ये परीक्षण असतत ऊर्जा स्तरों या सुसंगत क्वांटम अवस्थाओं के अस्तित्व जैसी भविष्यवाणियों की पुष्टि करते हैं, तो मस्तिष्क शास्त्रीय जीव विज्ञान के विशेष क्षेत्र से आगे निकल जाएगा। दांव पर केवल एक तकनीकी विवरण नहीं है, बल्कि मानव मन के बारे में सोचने का एक नया तरीका है: मौलिक भौतिकी और सचेत अनुभव के बीच एक पुल। यदि वह पुल पुष्टि हो जाता है, तो तंत्रिका विज्ञान और भौतिकी का इतिहास उस तरह से जुड़ सकता है जो हाल तक विज्ञान कथा जैसा लगता था।