गैर-आक्रामक मस्तिष्क सिमुलेशन विधियों के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए गणितीय मॉडल विकसित

लेखक – नवनीत कुमार गुप्ता

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान मंडी के वैज्ञानिक ने गैर-आक्रामक मस्तिष्क सिमुलेशन विधियों के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए गणितीय मॉडल विकसित किए। इस अनुसंधान दल में अनेक संस्थानों भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान मंडी और नेशनल ब्रेन रिसर्च सेंटर, भारत और यूनिवर्सिटी ऑफ बफ़ेलो, यूएसए के शोधकर्ता शामिल हैं जिन्होंने नॉन-इनवेसिव ब्रेन सिमुलेशन तकनीकों पर गणितीय सिमुलेशन अध्ययन करता है।

इस क्षेत्र में टीम के हालिया शोध प​रिणाम को ब्रेन स्टिमुलेशन जर्नल में प्रकाशित  किया गया हैं। इस शोध पत्र के लेखकों में आईआईटी मंडी के डॉ शुभजीत रॉय चौधरी, नेशनल ब्रेन रिसर्च सेंटर, भारत की डॉ याशिका अरोड़ा और बफ़ेलो विश्वविद्यालय के डॉ अनिर्बान दत्ता शामिल हैं

ट्रांसक्रानियल इलेक्ट्रिकल स्टिमुलेशन (टीईएस) एक गैर-इनवेसिव ब्रेन स्टिमुलेशन तकनीक है जो मस्तिष्क के कार्य का अध्ययन या परिवर्तन करने के लिए मस्तिष्क के कुछ हिस्सों के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करती है। यह कोई नई अवधारणा नहीं है, और बिजली की खोज से भी पहले की है।

पहली शताब्दी ईस्वी में, रोमन चिकित्सक स्क्रिबोनियस लार्गस ने अपने सिरदर्द को कम करने के लिए सम्राट के सिर पर ब्लैक टॉरपीडो, एक बिजली का झटका पैदा करने वाली मछली लगाई। 18 वीं शताब्दी में बिजली की खोज के तुरंत बाद, पोर्टेबल इलेक्ट्रोस्टिम्यूलेशन उपकरणों को सिरदर्द सहित विभिन्न न्यूरोलॉजिकल सिंड्रोम के इलाज के लिए डिज़ाइन किया गया था।

आधुनिक समय के टीईएस में, रोगी की खोपड़ी पर कई इलेक्ट्रोड लगाए जाते हैं, और नरम ऊतक और खोपड़ी के माध्यम से इलेक्ट्रोड के बीच करंट प्रवाहित किया जाता है। करंट का एक हिस्सा मस्तिष्क में प्रवेश करता है और तंत्रिकाओं को प्रभावित करता है, जिसके परिणामस्वरूप गतिविधि बदल जाती है। उपचारात्मक के रूप में खोजे जाने के अलावा, टीईएस को मस्तिष्क के कार्यों को मैप करने के लिए उपयोगी माना जाता है, अर्थात, मस्तिष्क के हिस्से और व्यवहारों / क्रियाओं के बीच संबंध को समझने के लिए।

मस्तिष्क की महत्वपूर्ण प्रकृति को देखते हुए, परिणाम ज्ञात न होने पर उस पर बिजली का उपयोग खतरनाक हो सकता है। कपाल में विभिन्न रक्त वाहिकाओं और टीईएस के लिए विभिन्न तंत्रिका संबंधी मार्गों की प्रतिक्रिया को न्यूनतम क्षति के साथ प्रक्रिया का अधिकतम लाभ प्राप्त करने के लिए स्पष्ट रूप से समझा जाना चाहिए। बहु-संस्थागत शोध दल ने गैर-आक्रामक मस्तिष्क उत्तेजना के शारीरिक प्रभावों को समझने के लिए गणितीय मॉडल विकसित किया है।

अपने शोध पर प्रकाश डालते हुए, डॉ. शुभजीत रॉय चौधरी, एसोसिएट प्रोफेसर, स्कूल ऑफ कंप्यूटिंग एंड इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, आईआईटी मंडी ने कहा, “हमने चार डिब्बों के साथ न्यूरोवास्कुलर यूनिट (एनवीयू) के एक शारीरिक रूप से विस्तृत गणितीय मॉडल का अनुकरण किया: सिनैप्टिक स्पेस, एस्ट्रोसाइट स्पेस, पेरिवास्कुलर स्पेस, और आर्टेरियोल स्मूथ मसल सेल स्पेस, जिसे न्यूरोवैस्कुलर यूनिट्स या एनवीयू कहा जाता है।”

गणितीय मॉडल में चार नेस्टेड एनवीयू कंपार्टमेंटल पाथवे के लिए विद्युत क्षेत्र का अनुकरण करने के लिए अलग-अलग आवृत्तियों (0.1 हर्ट्ज से 10 हर्ट्ज) के गड़बड़ी के अनुप्रयोग शामिल थे और आवृत्तियों के जवाब में रक्त वाहिका व्यास में परिवर्तन का विश्लेषण किया।

तीन प्रकार के गैर-आक्रामक मस्तिष्क उत्तेजना – ट्रांसक्रानियल डायरेक्ट करंट स्टिमुलेशन (tDCS), ट्रांसक्रानियल अल्टरनेटिंग करंट स्टिमुलेशन (tACS) और ट्रांसक्रानियल ऑसिलेटरी करंट स्टिमुलेशन (tOCS) – को उनके शारीरिक प्रभावों की जांच के लिए तैयार किया गया था। रक्त वाहिकाओं पर प्रारंभिक टीईएस प्रभाव भी पेरिवास्कुलर स्पेस के माध्यम से पाए गए – मस्तिष्क में रक्त वाहिकाओं के आसपास एक तरल पदार्थ से भरा स्थान।

“हमारा अध्ययन मस्तिष्क की मदद कर सकता है- और न्यूरो-विशेषज्ञ स्ट्रोक के लिए रोगी विशिष्ट पुनर्स्थापनात्मक न्यूरोरेहेबिलिटेशन गतिविधियों की योजना बना सकते हैं, अभिघातजन्य मस्तिष्क की चोट, हल्के संज्ञानात्मक हानि, मनोभ्रंश और अन्य न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों के लिए,”प्रमुख शोधकर्ता ने कहा।

इस तरह के गणितीय मॉडल आधारित मात्रात्मक विश्लेषण से न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों के लिए व्यक्तिगत चिकित्सीय प्रोटोकॉल में मदद मिलेगी। टीम ने प्रायोगिक अध्ययन की योजना बनाई है जिसमें उनके मॉडलिंग परिणामों को मान्य करने के लिए विभिन्न मार्गों को अवरुद्ध करना शामिल है।

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