अरबों में से एक तंत्रिका सिग्नल में दिमाग कैसे टिकता है?

अरबों में से एक तंत्रिका सिग्नल में दिमाग कैसे टिकता है? आपका मस्तिष्क एक ही समय में सूचना के कई ऑर्केस्ट्रा आयोजित कर रहा है। प्रबुद्ध ऑडियो, सीसी द्वारा

मानव मस्तिष्क भेजता है सैकड़ों अरब तंत्रिका संकेत प्रत्येक सेकंड। यह एक असाधारण जटिल उपलब्धि है।

एक स्वस्थ मस्तिष्क को भारी संख्या में सही कनेक्शन स्थापित करने चाहिए और यह सुनिश्चित करना चाहिए कि वे सूचना हस्तांतरण की पूरी अवधि के लिए सटीक रहें - जो सेकंड ले सकता है, जो कि "मस्तिष्क के समय" में बहुत लंबा है।

प्रत्येक संकेत अपने इच्छित गंतव्य पर कैसे पहुंचता है?

आपके मस्तिष्क के लिए चुनौती एक समान है, जब आप एक शोरगुल कॉकटेल पार्टी में बातचीत में संलग्न होने की कोशिश कर रहे हैं। आप जिस व्यक्ति से बात कर रहे हैं उस पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं और अन्य चर्चाओं को "म्यूट" कर सकते हैं। यह घटना चयनात्मक सुनवाई है - जिसे क्या कहा जाता है कॉकटेल पार्टी प्रभाव.

जब एक बड़ी, भीड़ पार्टी में हर कोई लगभग एक ही जोर से बात करता है, तो जिस व्यक्ति के साथ आप बात कर रहे हैं उसका औसत ध्वनि स्तर अन्य सभी पार्टीगोअर्स के संयुक्त स्तर के औसत स्तर के बराबर है। यदि यह एक उपग्रह टीवी प्रणाली थी, तो वांछित संकेत और पृष्ठभूमि शोर के लगभग बराबर संतुलन का परिणाम खराब रिसेप्शन होगा। फिर भी, यह संतुलन काफी अच्छा है ताकि आप एक हलचल पार्टी में बातचीत को समझ सकें।

मानव मस्तिष्क इसे कैसे करता है, अपने भीतर चल रहे अरबों "वार्तालापों" में अंतर करता है और डिलीवरी के लिए एक विशिष्ट संकेत पर लॉक करता है?

मेरी टीम का शोध मस्तिष्क के न्यूरोलॉजिकल नेटवर्क में पता चलता है कि दो गतिविधियां हैं जो महत्वपूर्ण जैविक पृष्ठभूमि शोर की उपस्थिति में विश्वसनीय कनेक्शन स्थापित करने की क्षमता का समर्थन करती हैं। यद्यपि मस्तिष्क के तंत्र काफी जटिल हैं, ये दोनों गतिविधियां एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर को कॉल करने के रूप में कार्य करती हैं फ़िल्टर से मेल खाता है - उच्च-प्रदर्शन रेडियो सिस्टम में उपयोग किया जाने वाला प्रसंस्करण तत्व, और अब प्रकृति में मौजूद है।


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न्यूरॉन्स सद्भाव में गाते हैं

चलो मानव मस्तिष्क में अरबों तंत्रिका फाइबर के सैकड़ों में से सिर्फ एक पर ध्यान केंद्रित करने के लिए कुछ समय लेते हैं, जिनमें से कई आमतौर पर किसी भी बिंदु पर सक्रिय होते हैं। वे सभी अपनी प्रक्रियाओं को अंजाम देने के लिए काम कर रहे हैं जो मनुष्यों को सफलतापूर्वक कार्य करने और एक दूसरे के साथ सार्थक बातचीत करने की अनुमति देता है - अभिविन्यास, ध्यान, स्मृति, समस्या-समाधान और कार्यकारी फ़ंक्शन जैसी सहायक क्षमताओं का।

मेरी शोध टीम ने एक मॉडल विकसित किया है जो जैविक मस्तिष्क गतिविधि का मानव श्रव्य सीमा में अनुवाद करता है, इसलिए हम मस्तिष्क सुन सकते हैं काम पर। यहाँ एक एकल तंत्रिका फाइबर जो अपने सिग्नल को एक आदर्श, शोर-रहित वातावरण में प्रसारित करता है:

एक एकल तंत्रिका फाइबर की गतिविधि मानव श्रव्य रेंज में अनुवादित है। लेखक प्रदान (पुन: उपयोग नहीं)119 KB (डाउनलोड)

जब यह चुना हुआ तंत्रिका फाइबर मस्तिष्क में कहीं और अपने लक्ष्य गंतव्य के लिए एक संकेत प्रेषित करता है, तो यह अन्य सभी सक्रिय फाइबर की गतिविधि के कारण होने वाली पृष्ठभूमि शोर के खिलाफ है। यहाँ उसी फाइबर की आवाज़ अब मस्तिष्क की कॉकटेल पार्टी में डूबी हुई है:

मस्तिष्क में चल रही हर चीज की पृष्ठभूमि के खिलाफ एक एकल तंत्रिका फाइबर की गतिविधि। लेखक प्रदान (पुन: उपयोग नहीं)119 KB (डाउनलोड)

मस्तिष्क में पृष्ठभूमि शोर हमारे चुने हुए तंत्रिका फाइबर के आसपास अन्य तंत्रिका फाइबर की एक छोटी आबादी को उत्तेजित करता है सिंक्रनाइज़ करें और लगभग एक ही संदेश प्रसारित करते हैं। यह तुल्यकालन शोर के प्रभाव को कम करता है और संकेत की स्पष्टता में सुधार करता है।

यह काम करता है, लेकिन सही नहीं है। यह सद्भाव में गाने वाली कई आवाजों के समान है। प्रत्येक आवाज प्रत्येक पल की आवृत्ति रेंज का विस्तार करने वाली आवाज़ों की भीड़ के योग के साथ, प्रत्येक क्षण में अपनी अनूठी आवृत्तियों पर ध्वनि करती है। एक कोरस को अपने गीत के साथ एक संगीत हॉल को भरने के बारे में सोचो, जैसा कि एक एकल गायक ने सिर्फ एक भाग का विरोध किया था। यह रणनीति आवृत्ति सामग्री को समृद्ध करती है, प्रेषित सिग्नल के स्तर को बढ़ाती है और रिसेप्शन की गुणवत्ता को बढ़ाती है।

वैज्ञानिक इस घटना को तंत्रिका तंतुओं के शारीरिक रूप से अलग उप-प्रणालियों के बीच संबंध या युग्मन के उद्भव के रूप में वर्णित करते हैं। यह एक बड़ा, गतिशील प्रणाली बनाता है। यह विचार एक्सएनयूएमएक्स-वर्षीय रहस्य से इतना अलग नहीं है, आखिरकार, कैसे पेंडुलम की घड़ियाँ सहायक बीम पर डाली गई छोटी शारीरिक शक्तियों के माध्यम से एक ही दीवार पर घुड़सवार।

मेरे सहयोगियों और मेरा मानना ​​है कि "सिंक अप" करने की यह समान क्षमता न्यूरोलॉजिकल विकारों के लिए गैर-चिकित्सीय चिकित्सीय उपचारों की खोज का कारण बन सकती है। मल्टीपल स्क्लेरोसिस। यह मस्तिष्क के क्षेत्र में छोटे, गैर-चक्रीय कस्टम विद्युत क्षेत्र बलों को प्रदान करने के लिए खोपड़ी की सतह पर एक गैर-तंत्रिका संबंधी न्यूरोमोड्यूलेटर डिवाइस का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है रोग से प्रभावित। रोगी के मस्तिष्क के संकेतों में गैर-परिवर्तन करके, ये विद्युत क्षेत्र बल सूचना हस्तांतरण के लिए एक स्वस्थ न्यूरोलॉजिकल नेटवर्क वातावरण तैयार करेंगे।

अरबों में से एक तंत्रिका सिग्नल में दिमाग कैसे टिकता है? एक बैंड में ड्रम की तरह, ब्रेनवेव्स 'बीट को बनाए रखने' में मदद करती हैं। जोश सोरेनसन / अनप्लैश, सीसी द्वारा

ढोल बजाते हुए दिमाग

सिग्नल अव्यवस्था के माध्यम से काटे जाने वाले दूसरे तरीके को न्यूरोसाइंटिस्ट डिलीवरी कुंजी के रूप में संदर्भित करते हैं। यह भूमिका द्वारा निभाई गई है मस्तिष्क की प्राकृतिक लय, जिसे ब्रेनवेव्स के नाम से जाना जाता है।

ये मस्तिष्क की लय तंत्रिका कोशिकाओं द्वारा बनाई जाती हैं जो विशिष्ट पैटर्न में आग लगाती हैं, जिससे कुछ बहुत कम आवृत्तियों पर विद्युत गतिविधि की तरंगें होती हैं, 0.5 से लेकर 140 चक्र प्रति सेकंड तक। तुलना करके, स्मार्टफोन लगभग 5,000,000,000 चक्र प्रति सेकंड पर काम करते हैं। तरंगें जो मस्तिष्क के शोर वातावरण में एक गंतव्य को संकेत देने में मदद करती हैं वे या तो अल्फा तरंगें, 8 से 13 चक्र प्रति सेकंड या बीटा तरंगों, 13 से 32 चक्र प्रति सेकंड तक दिखाई देती हैं।

मेरी प्रयोगशाला में, हम इस दूसरी गतिविधि का उल्लेख करते हैं, जैसे कि "ड्रम को रोल करना"। ब्रेनवेव की आवृत्ति सब-बास या बास ड्रम के समान है, जो सैन्य, रॉक, पॉप, जैज और पारंपरिक ऑर्केस्ट्रा में चिह्नित या रखने के लिए उपयोग किया जाता है। संगीत।

ये कम-आवृत्ति ताल एक वितरण कुंजी के रूप में कार्य करते हैं जो एक अतिरिक्त आवृत्ति के रूप में प्रेषित सिग्नल पर प्रभावित होता है। यह कैसे की तरह है जीपीएस संकेत दूरसंचार नेटवर्क को सिंक्रनाइज़ करें। कहें कि ब्रेनवेव सिग्नल या डिलीवरी कुंजी 10 चक्र प्रति सेकंड है। एक चक्र की समय अवधि एक सेकंड का दसवां हिस्सा है, इसलिए डिलीवरी कुंजी एक सेकंड के प्रत्येक दसवें रिसेप्शन बिंदु पर एक समय मार्कर देती है।

संचरित संकेत के सटीक स्वागत में यह समय मार्कर बेहद मददगार है। महत्वपूर्ण रूप से, यह वितरण कुंजी केवल खोलता है या सक्रिय करता है, इच्छित रिसेप्शन बिंदु पर लॉक। विशिष्ट सामग्री तक पहुंच प्राप्त करने के लिए विचार पासवर्ड के उपयोग से इतना अलग नहीं है।

न्यूरोसाइंटिस्ट मानते हैं कि डिलीवरी की पसंद का उपयोग किया जाता है व्यक्ति की स्थिति पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, अल्फा तरंगें बंद आँखों के साथ भयानक आराम से जुड़ी होती हैं। बीटा तरंगें सामान्य जागृत चेतना और एकाग्रता से जुड़ी होती हैं।

वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि प्रत्येक डिलीवरी कुंजी, या मस्तिष्क लय के साथ जुड़ा हुआ है, व्यक्ति की अवस्था के अनुरूप संज्ञानात्मक कार्यों की एक सूची है। इसलिए, उदाहरण के लिए, 10 चक्र प्रति सेकंड अल्फा तरंग मस्तिष्क लय के साथ भेजा गया एक संकेत जो पहले से ही प्रभावित है, उसमें पहले से ही जानकारी बाकी है।

विद्युत गतिविधि के ब्रेनवेव थे लगभग 100 साल पहले की पहचान की, और शोधकर्ता लगातार उनके और व्यवहार और मस्तिष्क समारोह में उनकी भूमिका के बारे में अधिक सीख रहे हैं।

अरबों में से एक तंत्रिका सिग्नल में दिमाग कैसे टिकता है? दूरसंचार प्रणालियों में सुधार के लिए, शोधकर्ता यह जान सकते हैं कि मस्तिष्क अपना काम कैसे करता है। मारियो कारुसो / अनप्लैश, सीसी द्वारा

मस्तिष्क पर निर्मित प्रणालियाँ

न्यूरोलॉजिकल नेटवर्क में मेरी लैब के शोध में न केवल मानव मस्तिष्क को समझने और विभिन्न प्रकार के न्यूरोलॉजिकल रोगों के लिए चिकित्सीय उपचार और चिकित्सीय उपचार विकसित करने के लिए निहितार्थ हैं, बल्कि दूरसंचार, नेटवर्किंग, साइबर सुरक्षा, कृत्रिम बुद्धिमत्ता और रोबोटिक्स के लिए बेहतर सिस्टम डिजाइन करने के लिए भी हैं।

उदाहरण के लिए, मानव मस्तिष्क केवल इतना दिखाता है कि दूरसंचार नेटवर्क प्रणाली कितनी उन्नत हो सकती है। 5G सेलुलर नेटवर्क एक वर्ग मील में 1 मिलियन उपकरणों के बारे में सेवा करने की उम्मीद है। इसके विपरीत, मानव मस्तिष्क तेजी से कम से कम 1 मिलियन कनेक्शन स्थापित कर सकता है मस्तिष्क के ऊतकों का घन इंच.

आज की दूरसंचार नेटवर्क प्रणाली के डिजाइन विवश हैं क्योंकि वे अनिवार्य रूप से एक अनुशासन के सिद्धांतों से आकर्षित करते हैं - इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग। यहां तक ​​कि मस्तिष्क के सबसे सरल सर्किट, तंत्रिका फाइबर, जो एक दूरसंचार नेटवर्क में लिंक की तरह हैं, जीव विज्ञान, रसायन इंजीनियरिंग, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के संयुक्त सिद्धांतों के अनुसार अत्यधिक जटिल तरीके से काम करते हैं।

मानव मस्तिष्क की क्षमता के समान डिजाइनिंग प्रणालियों को मेरे शोध समूह में प्रतिबिंबित अधिक बहु-विषयक दृष्टिकोण की आवश्यकता होगी - चिकित्सा, जीवन विज्ञान, इंजीनियरिंग और उन्नत सामग्री में विशेषज्ञों से तैयार एक दल - अनुसंधान भागीदारों.

लेखक के बारे में

साल्वाटोर डोमिनिक मोरेर्गा, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और बायोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर, दक्षिण फ्लोरिडा विश्वविद्यालय

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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