रक्त ऑक्सीजन और महत्वपूर्ण पोषक तत्वों को मस्तिष्क तक पहुंचाता है। श्री सुपाचाई प्रसेरदुमरोंगचाई/iStock वाया गेटी इमेजेज़
न्यूरोसाइंटिस्ट लंबे समय से मानते हैं कि न्यूरॉन्स लालची, भूखी इकाइयां हैं जो अधिक सक्रिय होने पर अधिक ऊर्जा की मांग करती हैं, और परिसंचरण तंत्र उतना ही रक्त प्रदान करके अनुपालन करता है जितना उन्हें अपनी गतिविधि को बढ़ावा देने की आवश्यकता होती है। दरअसल, जैसे-जैसे किसी कार्य के जवाब में न्यूरोनल गतिविधि बढ़ती है, मस्तिष्क के उस हिस्से में रक्त का प्रवाह ऊर्जा के उपयोग की दर से भी अधिक बढ़ जाता है, जिससे अधिशेष हो जाता है। यह वृद्धि आम का आधार है कार्यात्मक इमेजिंग तकनीक जो मस्तिष्क की गतिविधि के रंगीन मानचित्र तैयार करता है।
वैज्ञानिक रक्त प्रवाह और ऊर्जा की मांग में इस स्पष्ट बेमेल की व्याख्या इस प्रमाण के रूप में करते थे कि मस्तिष्क को रक्त की आपूर्ति में कोई कमी नहीं है। असीमित आपूर्ति का विचार इस अवलोकन पर आधारित था कि केवल लगभग 40% ऑक्सीजन मस्तिष्क के प्रत्येक भाग में वितरित किया जाता है - और यह प्रतिशत वास्तव में गिर जाता है क्योंकि मस्तिष्क के हिस्से अधिक सक्रिय हो जाते हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि यह विकासवादी समझ में आता है: मस्तिष्क एक सुरक्षा सुविधा के रूप में रक्त प्रवाह में इस तेजी से आवश्यक वृद्धि को विकसित करेगा जो हर समय पर्याप्त ऑक्सीजन वितरण की गारंटी देता है।
लेकिन क्या मस्तिष्क में रक्त वितरण वास्तव में मांग आधारित प्रणाली का समर्थन करता है? खुद एक न्यूरोसाइंटिस्ट के रूप में, मैंने पहले दिमाग के बारे में सबसे बुनियादी तथ्यों के बारे में कई अन्य धारणाओं की जांच की थी और पाया कि वे सही नहीं निकलीं। कुछ का नाम लेने के लिए: मानव मस्तिष्क 100 बिलियन न्यूरॉन्स नहीं हैं, हालांकि वे करते हैं सबसे कॉर्टिकल न्यूरॉन्स हैं किसी भी प्रजाति का; सेरेब्रल कॉर्टेक्स के तह की डिग्री इंगित नहीं करता कि कितने न्यूरॉन्स मौजूद हैं; और यह बड़े जानवर नहीं हैं जो लंबे समय तक जीवित रहते हैं, लेकिन जिनके कोर्टेक्स में अधिक न्यूरॉन्स होते हैं.
मेरा मानना है कि यह पता लगाना कि मस्तिष्क को रक्त की आपूर्ति क्या निर्धारित करती है, यह समझने के लिए आवश्यक है कि दिमाग स्वास्थ्य और बीमारी में कैसे काम करता है। यह ऐसा है जैसे शहरों को यह पता लगाने की आवश्यकता है कि वर्तमान विद्युत ग्रिड भविष्य की जनसंख्या वृद्धि का समर्थन करने के लिए पर्याप्त होगा या नहीं। दिमाग, शहरों की तरह, तभी काम करते हैं जब उनके पास पर्याप्त ऊर्जा की आपूर्ति हो।
राजमार्ग या नदियों के रूप में संसाधन
लेकिन मैं कैसे परीक्षण कर सकता हूं कि मस्तिष्क में रक्त प्रवाह वास्तव में मांग आधारित है या नहीं? मेरे फ्रीजर संरक्षित, मृत दिमाग से भरे हुए थे। आप उस मस्तिष्क में ऊर्जा उपयोग का अध्ययन कैसे करते हैं जो अब ऊर्जा का उपयोग नहीं कर रहा है?
सौभाग्य से, मस्तिष्क उन जहाजों के पैटर्न के माध्यम से अपनी ऊर्जा के उपयोग के साक्ष्य को पीछे छोड़ देता है जो पूरे रक्त को वितरित करते हैं। मुझे लगा कि मैं देख सकता हूं केशिकाओं का घनत्व - पतली, एक-कोशिका-चौड़ी वाहिकाएँ जो मस्तिष्क और रक्त के बीच गैसों, ग्लूकोज और मेटाबोलाइट्स को स्थानांतरित करती हैं। ये केशिका नेटवर्क मेरे फ्रीजर में दिमाग में संरक्षित रहेंगे।
मांग आधारित मस्तिष्क की तुलना सड़क व्यवस्था से की जानी चाहिए। यदि धमनियां और नसें प्रमुख राजमार्ग हैं जो मस्तिष्क के विशिष्ट भागों के शहर में माल ले जाती हैं, तो केशिकाएं पड़ोस की सड़कों के समान होती हैं जो वास्तव में अपने अंतिम उपयोगकर्ताओं को सामान पहुंचाती हैं: व्यक्तिगत न्यूरॉन्स और उनके साथ काम करने वाली कोशिकाएं। सड़कों और राजमार्गों को मांग पर बनाया गया है, और एक रोड मैप दिखाता है कि मांग-आधारित प्रणाली कैसी दिखती है: सड़कें अक्सर देश के उन हिस्सों में केंद्रित होती हैं जहां अधिक लोग होते हैं - समाज की ऊर्जा-गड़बड़ इकाइयां।
इसके विपरीत, एक आपूर्ति-सीमित मस्तिष्क को किसी देश के नदी तल की तरह दिखना चाहिए, जो इस बात की कम परवाह नहीं कर सकता कि लोग कहाँ स्थित हैं। पानी जहां कहीं बह सकता है बह जाएगा, और शहरों को बस समायोजित करना होगा और वे जो प्राप्त कर सकते हैं, उसके साथ करना होगा। संभावना है, शहर मुख्य धमनियों के आसपास बनेंगे - लेकिन अनुपस्थित प्रमुख, उद्देश्यपूर्ण रीमॉडेलिंग, उनकी वृद्धि और गतिविधियां सीमित हैं कि कितना पानी उपलब्ध है।
क्या मुझे पता चलेगा कि केशिकाएं मस्तिष्क के कुछ हिस्सों में अधिक न्यूरॉन्स के साथ केंद्रित हैं और माना जाता है कि अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जैसे सड़कों और राजमार्गों को मांग-आधारित तरीके से बनाया गया है? या क्या मुझे पता चलेगा कि वे खाड़ियों और धाराओं की तरह अधिक हैं जो आपूर्ति-संचालित तरीके से उस भूमि को भेदते हैं जहां वे सबसे अधिक लोग हैं, इस बात से बेखबर हैं?
मैंने जो पाया वह बाद के लिए स्पष्ट सबूत था। के लिए दोनों चूहे और चूहों, केशिका घनत्व मस्तिष्क की मात्रा का 2% से 4% तक होता है, भले ही कितने न्यूरॉन्स या सिनैप्स मौजूद हों। रक्त मस्तिष्क में बहता है जैसे पानी नदियों में बहता है: जहाँ यह हो सकता है, वहाँ नहीं जहाँ इसकी आवश्यकता है।
यदि रक्त आवश्यकता की परवाह किए बिना बहता है, तो इसका अर्थ है कि मस्तिष्क वास्तव में रक्त की आपूर्ति के रूप में उपयोग करता है। हमने पाया कि मृत चूहे के मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों में केशिका घनत्व में छोटे बदलाव अन्य जीवित चूहे के मस्तिष्क के समान भागों में रक्त प्रवाह और ऊर्जा के उपयोग की दरों के साथ पूरी तरह से मेल खाते हैं जो शोधकर्ताओं ने 15 साल पहले मापा था।
रक्त प्रवाह और ऊर्जा की मांग को हल करना
क्या मस्तिष्क के प्रत्येक भाग में केशिकाओं का विशिष्ट घनत्व इतना सीमित हो सकता है कि यह निर्धारित करता है कि वह भाग कितनी ऊर्जा का उपयोग करता है? और क्या यह पूरे मस्तिष्क पर लागू होगा?
मैंने अपने सहयोगी के साथ भागीदारी की डग रोथमैन इन सवालों का जवाब देने के लिए। साथ में, हमने पाया कि न केवल मानव और चूहे दोनों का मस्तिष्क वह करता है जो वे प्राप्त रक्त के साथ कर सकते हैं और आम तौर पर लगभग 85% क्षमता पर काम करते हैं, लेकिन समग्र मस्तिष्क गतिविधि वास्तव में केशिका घनत्व द्वारा निर्धारित, बाकी सब बराबर।
मस्तिष्क को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन का केवल 40% वास्तव में उपयोग क्यों किया जाता है, इसका कारण यह है कि यह अधिकतम मात्रा है जिसका रक्त प्रवाह के रूप में आदान-प्रदान किया जा सकता है - जैसे श्रमिक असेंबली लाइन पर आइटम लेने की कोशिश कर रहे हैं। स्थानीय धमनियां न्यूरॉन्स को अधिक रक्त पहुंचा सकती हैं यदि वे थोड़ा अधिक ऑक्सीजन का उपयोग करना शुरू करते हैं, लेकिन यह रक्त को मस्तिष्क के अन्य भागों से दूर करने की कीमत पर आता है। चूँकि गैस विनिमय पहले से ही पूरी क्षमता के करीब था, इसलिए वितरण में थोड़ी वृद्धि के साथ ऑक्सीजन निष्कर्षण का अंश भी कम होने लगता है।
दूर से, मस्तिष्क में ऊर्जा का उपयोग मांग-आधारित लग सकता है - लेकिन यह वास्तव में आपूर्ति-सीमित है।
रक्त की आपूर्ति मस्तिष्क की गतिविधि को प्रभावित करती है
तो इसमें से कोई क्यों मायने रखता है?
हमारे निष्कर्ष इस बात के संभावित स्पष्टीकरण की पेशकश करते हैं कि मस्तिष्क वास्तव में मल्टीटास्क क्यों नहीं कर सकता - केवल फ़ोकस के बीच जल्दी से वैकल्पिक। क्योंकि पूरे मस्तिष्क में रक्त प्रवाह को कड़ाई से नियंत्रित किया जाता है और जब आप गतिविधियों के बीच वैकल्पिक रूप से पूरे दिन अनिवार्य रूप से स्थिर रहते हैं, तो हमारे शोध से पता चलता है कि मस्तिष्क का कोई भी हिस्सा जो गतिविधि में वृद्धि का अनुभव करता है - क्योंकि आप गणित करना या गाना बजाना शुरू करते हैं, उदाहरण - मस्तिष्क के अन्य भागों से रक्त प्रवाह को मोड़ने की कीमत पर केवल थोड़ा अधिक रक्त प्रवाह प्राप्त कर सकता है। इस प्रकार एक ही समय में दो काम करने में असमर्थता मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में इसकी उत्पत्ति आपूर्ति-सीमित हो सकती है, मांग-आधारित नहीं।
मस्तिष्क कैसे काम करता है इसकी बेहतर समझ मानव व्यवहार और बीमारी में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है। पीटर डेज़ले / गेटी इमेज के माध्यम से छवि बैंक
हमारे निष्कर्ष भी उम्र बढ़ने में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं। यदि न्यूरॉन्स को ज्यादातर स्थिर रक्त आपूर्ति से प्राप्त होने वाली ऊर्जा के साथ क्या करना चाहिए, तो मस्तिष्क के उच्चतम घनत्व वाले न्यूरॉन्स की कमी होने पर सबसे पहले प्रभावित होंगे - जैसे सबसे बड़े शहर महसूस करते हैं छोटे लोगों के सामने सूखे का दर्द।
प्रांतस्था में, भागों के साथ उच्चतम न्यूरॉन घनत्व हिप्पोकैम्पस और एंटोरहिनल कॉर्टेक्स हैं। ये क्षेत्र अल्पकालिक स्मृति और में शामिल हैं सबसे पहले उम्र बढ़ने में पीड़ित. यह परीक्षण करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है कि क्या मस्तिष्क के हिस्से उम्र बढ़ने और बीमारी के लिए सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं, जिनमें सबसे बड़ी संख्या में न्यूरॉन्स एक साथ पैक होते हैं और सीमित रक्त आपूर्ति के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।
अगर यह सच है कि केशिकाएं, जैसे न्यूरॉन्स, जीवन भर चलेगा मनुष्यों में जैसा कि वे लैब चूहों में करते हैं, तो वे अपेक्षा से अधिक मस्तिष्क स्वास्थ्य में बड़ी भूमिका निभा सकते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि आपके मस्तिष्क के न्यूरॉन्स बुढ़ापे में स्वस्थ रहें, उन केशिकाओं की देखभाल करना जो उन्हें रक्त की आपूर्ति करती हैं, एक अच्छा दांव हो सकता है। अच्छी खबर यह है कि ऐसा करने के दो सिद्ध तरीके हैं: a स्वस्थ आहार और व्यायाम, जिन्हें शुरू होने में कभी देर नहीं होती।
लेखक के बारे में
सुजाना हर्कुलानो-होउजेल, मनोविज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर, वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय
इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.
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