कोशिकीय तंत्रिकाविज्ञान

कोशिकीय तंत्रिकाविज्ञान (Cellular neuroscience) तंत्रिकाविज्ञान (neuroscience) की एक शाखा है जो कोशिकीय स्तर पर न्यूरॉन (neurons) के अध्ययन से संबंधित है। इसमें एकल न्यूरॉन्स की आकारिकी (morphology) और शारीरिक गुण (physiological properties) शामिल हैं। कोशिकीय स्तर पर गतिविधि का अध्ययन करने के लिए इंट्रासेल्युलर रिकॉर्डिंग, पैच क्लैंप (patch-clamp), वोल्टेज-क्लैंप तकनीक, औषध विज्ञान (pharmacology), कॉन्फोकल इमेजिंग, आणविक जीवविज्ञान (molecular biology), टू-फोटोन लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी और Ca²⁺ इमेजिंग जैसी कई तकनीकों का उपयोग किया गया है। कोशिकीय तंत्रिकाविज्ञान विभिन्न प्रकार के न्यूरॉन्स, विभिन्न न्यूरॉन्स के कार्यों, एक-दूसरे पर न्यूरॉन्स के प्रभाव और न्यूरॉन्स के एक साथ काम करने के तरीके की जांच करता है।

न्यूरॉन्स और ग्लियल कोशिकाएं

মূল নিবন্ধ: न्यूरॉन, ग्लियल कोशिका न्यूरॉन्स ऐसी कोशिकाएं हैं जो विद्युत-रासायनिक आवेगों (electrochemical impulses) को प्राप्त करने, प्रसारित करने और संचारित करने के लिए विशेषीकृत होती हैं। केवल मानव मस्तिष्क में ही अस्सी अरब से अधिक न्यूरॉन्स होते हैं। न्यूरॉन्स आकारिकी और कार्य के संबंध में विविध होते हैं। इस प्रकार, सभी न्यूरॉन्स डेंड्राइट्स (dendrites) और माइलिनेटेड एक्सोन वाले रूढ़िवादी मोटर न्यूरॉन के अनुरूप नहीं होते हैं जो क्रिया विभव (action potentials) का संचालन करते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ न्यूरॉन्स जैसे प्रकाशग्राही कोशिकाएं (photoreceptor cells) में माइलिनेटेड एक्सोन नहीं होते हैं जो क्रिया विभव का संचालन करते हैं। अकशेरुकी जीवों में पाए जाने वाले अन्य एकध्रुवीय (unipolar) न्यूरॉन्स में डेंड्राइट्स जैसी विशिष्ट प्रक्रियाएं भी नहीं होती हैं। इसके अलावा, न्यूरॉन्स और अन्य कोशिकाओं जैसे कार्डियक और मांसपेशियों की कोशिकाओं के बीच कार्य के आधार पर अंतर सहायक नहीं हैं। इस प्रकार, एक न्यूरॉन और गैर-न्यूरोनल कोशिका के बीच मौलिक अंतर मात्रा का मामला है।

तंत्रिका तंत्र में पाई जाने वाली कोशिकाओं का एक अन्य प्रमुख वर्ग ग्लियल कोशिकाएं (glial cells) है। इन कोशिकाओं पर हाल ही में तंत्रिका जीवविज्ञानियों का ध्यान जाना शुरू हुआ है क्योंकि ये न केवल न्यूरॉन्स के पोषण और समर्थन में शामिल हैं, बल्कि सिनैप्स को संशोधित करने में भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, श्वान कोशिकाएं (Schwann cells), जो परिधीय तंत्रिका तंत्र में पाई जाने वाली एक प्रकार की ग्लियल कोशिका है, न्यूरोमस्कुलर जंक्शनों पर मोटर न्यूरॉन एंडप्लेट और मांसपेशियों के तंतुओं के प्री-सिनैप्टिक टर्मिनलों के बीच सिनैप्टिक कनेक्शन को संशोधित करती हैं।

न्यूरोनल कार्य

May 2013 कई न्यूरॉन्स की एक प्रमुख विशेषता उत्तेजना (excitability) है। न्यूरॉन्स दो प्रकार के विद्युत आवेग या वोल्टेज में परिवर्तन उत्पन्न करते हैं: ग्रेडेड पोटेंशियल और एक्शन पोटेंशियल। ग्रेडेड पोटेंशियल तब होते हैं जब झिल्ली विभव (membrane potential) न्यूरॉन पर लागू उत्तेजना की मात्रा के सापेक्ष एक ग्रेडेड तरीके से विध्रुवित (depolarize) और अतिध्रुवित (hyperpolarize) होता है। दूसरी ओर, एक एक्शन पोटेंशियल एक 'ऑल-ऑर-नोन' (all-or-none) विद्युत आवेग है। ग्रेडेड पोटेंशियल की तुलना में धीमे होने के बावजूद, एक्शन पोटेंशियल का लाभ यह है कि वे बहुत कम या बिना किसी कमी के एक्सोन में लंबी दूरी तय करते हैं। एक्शन पोटेंशियल का अधिकांश वर्तमान ज्ञान सर एलन लॉयड हॉजकिन (Sir Alan Lloyd Hodgkin) और सर एंड्रयू हक्सले (Sir Andrew Huxley) द्वारा स्क्विड एक्सोन प्रयोगों से आता है।

एक्शन पोटेंशियल

May 2013

स्क्विड जाइंट एक्सोन में एक्शन पोटेंशियल का हॉजकिन-हक्सले मॉडल (Hodgkin–Huxley model) एक्शन पोटेंशियल के आयनिक आधारों की वर्तमान समझ का आधार रहा है। संक्षेप में, मॉडल बताता है कि एक्शन पोटेंशियल का निर्माण दो आयनों द्वारा निर्धारित होता है: Na⁺ और K⁺। एक एक्शन पोटेंशियल को कई क्रमिक चरणों में विभाजित किया जा सकता है: थ्रेशोल्ड, राइजिंग फेज, फॉलिंग फेज, अंडरशूट फेज और रिकवरी। झिल्ली विभव के कई स्थानीय ग्रेडेड विध्रुवण के बाद, उत्तेजना की दहलीज (threshold of excitation) तक पहुंच जाता है, वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल सक्रिय हो जाते हैं, जिससे Na⁺ आयनों का प्रवाह होता है। जैसे ही Na⁺ आयन कोशिका में प्रवेश करते हैं, झिल्ली विभव और अधिक विध्रुवित हो जाता है, और अधिक वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल सक्रिय हो जाते हैं। ऐसी प्रक्रिया को सकारात्मक फीडबैक (positive feedback) लूप के रूप में भी जाना जाता है। जैसे ही राइजिंग फेज अपने चरम पर पहुंचता है, वोल्टेज-गेटेड Na⁺ चैनल निष्क्रिय हो जाते हैं जबकि वोल्टेज-गेटेड K⁺ चैनल सक्रिय हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप K⁺ आयनों की शुद्ध बाहरी गति होती है, जो झिल्ली विभव को आराम झिल्ली विभव (resting membrane potential) की ओर पुन: ध्रुवित (re-polarizes) करती है। झिल्ली विभव का पुन: ध्रुवीकरण जारी रहता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अंडरशूट फेज या पूर्ण अपवर्तक अवधि (absolute refractory period) होती है। अंडरशूट फेज इसलिए होता है क्योंकि वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनलों के विपरीत, वोल्टेज-गेटेड पोटेशियम चैनल बहुत धीरे-धीरे निष्क्रिय होते हैं। फिर भी, जैसे-जैसे अधिक वोल्टेज-गेटेड K⁺ चैनल निष्क्रिय हो जाते हैं, झिल्ली विभव अपनी सामान्य स्थिर अवस्था में वापस आ जाता है।

सिनैप्स की संरचना और निर्माण

न्यूरॉन्स सिनैप्स (synapses) के माध्यम से एक-दूसरे के साथ संवाद करते हैं। सिनैप्स एक-दूसरे के निकट संपर्क में दो कोशिकाओं के बीच विशेष जंक्शन होते हैं। एक सिनैप्स में, जो न्यूरॉन सिग्नल भेजता है वह प्री-सिनैप्टिक न्यूरॉन है और जो लक्ष्य कोशिका उस सिग्नल को प्राप्त करती है वह पोस्ट-सिनैप्टिक न्यूरॉन या कोशिका है। सिनैप्स विद्युत या रासायनिक हो सकते हैं। विद्युत सिनैप्स गैप जंक्शनों के निर्माण की विशेषता रखते हैं जो आयनों और अन्य कार्बनिक यौगिकों को एक कोशिका से दूसरी कोशिका में तुरंत गुजरने की अनुमति देते हैं। रासायनिक सिनैप्स न्यूरोट्रांसमीटर के प्री-सिनैप्टिक रिलीज की विशेषता रखते हैं जो पोस्ट-सिनैप्टिक रिसेप्टर्स के साथ जुड़ने के लिए सिनैप्टिक क्लेफ्ट (synaptic cleft) के पार फैलते हैं। एक न्यूरोट्रांसमीटर एक रासायनिक संदेशवाहक है जिसे न्यूरॉन्स के भीतर ही संश्लेषित किया जाता है और इन न्यूरॉन्स द्वारा अपनी पोस्ट-सिनैप्टिक लक्ष्य कोशिकाओं के साथ संचार करने के लिए जारी किया जाता है। एक रिसेप्टर एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन अणु है जिससे एक न्यूरोट्रांसमीटर या दवा जुड़ती है। रासायनिक सिनैप्स विद्युत सिनैप्स की तुलना में धीमे होते हैं।

न्यूरोट्रांसमीटर ट्रांसपोर्टर्स, रिसेप्टर्स और सिग्नलिंग तंत्र

May 2013 न्यूरोट्रांसमीटर के संश्लेषित होने के बाद, उन्हें वेसिकल्स (vesicles) में पैक और संग्रहीत किया जाता है। ये वेसिकल्स प्री-सिनैप्टिक न्यूरॉन के टर्मिनल बाउटन्स (terminal boutons) में एक साथ जमा होते हैं। जब टर्मिनल बाउटन में वोल्टेज में बदलाव होता है, तो इन बाउटन्स की झिल्लियों में एम्बेडेड वोल्टेज-गेटेड कैल्शियम चैनल सक्रिय हो जाते हैं। ये Ca²⁺ आयनों को इन चैनलों के माध्यम से फैलने और टर्मिनल बाउटन्स के भीतर सिनैप्टिक वेसिकल्स के साथ जुड़ने की अनुमति देते हैं। एक बार Ca²⁺ के साथ बंध जाने के बाद, वेसिकल्स प्री-सिनैप्टिक झिल्ली के साथ डॉक और फ्यूज हो जाते हैं, और एक्सोसाइटोसिस (exocytosis) नामक प्रक्रिया द्वारा सिनैप्टिक क्लेफ्ट में न्यूरोट्रांसमीटर जारी करते हैं। न्यूरोट्रांसमीटर तब सिनैप्टिक क्लेफ्ट के पार फैलते हैं और दूसरे न्यूरॉन की पोस्ट-सिनैप्टिक झिल्ली पर एम्बेडेड पोस्ट-सिनैप्टिक रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं। रिसेप्टर्स के दो परिवार हैं: आयनोट्रोपिक और मेटाबोट्रोपिक रिसेप्टर्स। आयनोट्रोपिक रिसेप्टर्स एक रिसेप्टर और एक आयन चैनल का संयोजन हैं। जब आयनोट्रोपिक रिसेप्टर्स सक्रिय होते हैं, तो Na⁺ जैसी कुछ आयन प्रजातियां पोस्ट-सिनैप्टिक न्यूरॉन में प्रवेश करती हैं, जो पोस्ट-सिनैप्टिक झिल्ली को विध्रुवित करती हैं। यदि उसी प्रकार के अधिक पोस्ट-सिनैप्टिक रिसेप्टर्स सक्रिय होते हैं, तो अधिक Na⁺ पोस्ट-सिनैप्टिक झिल्ली में प्रवेश करेगा और कोशिका को विध्रुवित करेगा। दूसरी ओर, मेटाबोट्रोपिक रिसेप्टर्स सेकंड मैसेंजर कैस्केड सिस्टम को सक्रिय करते हैं जिसके परिणामस्वरूप उसी पोस्ट-सिनैप्टिक झिल्ली पर कहीं और स्थित आयन चैनल खुल जाते हैं। हालांकि आयनोट्रोपिक रिसेप्टर्स की तुलना में धीमे, जो ऑन-ऑफ स्विच के रूप में कार्य करते हैं, मेटाबोट्रोपिक रिसेप्टर्स में आयनों और अन्य मेटाबोलाइट्स के प्रति कोशिका की प्रतिक्रियाशीलता को बदलने का लाभ होता है, जिसके उदाहरण हैं गामा अमीनो-ब्यूटिरिक एसिड (अवरोधक ट्रांसमीटर), ग्लूटामिक एसिड (उत्तेजक ट्रांसमीटर), डोपामाइन, नॉरपेनेफ्रिन, एपिनेफ्रीन, मेलानिन, सेरोटोनिन, मेलाटोनिन, एंडोर्फिन, डाइनोर्फिन, नोसिसेप्टिन, और सब्सटेंस पी।

पोस्ट-सिनैप्टिक विध्रुवण उत्तेजक या अवरोधक न्यूरोट्रांसमीटर प्रसारित कर सकते हैं। जो उत्तेजक वेसिकल्स जारी करते हैं उन्हें उत्तेजक पोस्ट-सिनैप्टिक विभव (EPSP) के रूप में जाना जाता है। वैकल्पिक रूप से, अवरोधक वेसिकल्स पोस्ट-सिनैप्टिक रिसेप्टर्स को उत्तेजित करते हैं जैसे कि Cl⁻ आयनों को कोशिका में प्रवेश करने या K⁺ आयनों को कोशिका छोड़ने की अनुमति देना, जिसके परिणामस्वरूप अवरोधक पोस्ट-सिनैप्टिक विभव (IPSP) होता है। यदि EPSP प्रभावी है, तो पोस्ट-सिनैप्टिक न्यूरॉन में उत्तेजना की दहलीज तक पहुंचा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप न्यूरॉन में एक्शन पोटेंशियल का निर्माण होता है, जो सिग्नल को आगे बढ़ाता है।

सिनेप्टिक प्लास्टिसिटी

सिनेप्टिक प्लास्टिसिटी वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा सिनेप्टिक कनेक्शन की मजबूती में परिवर्तन होता है। उदाहरण के लिए, सिनेप्टिक कनेक्शन में दीर्घकालिक परिवर्तन के परिणामस्वरूप पोस्टसिनेप्टिक झिल्ली में अधिक पोस्टसिनेप्टिक रिसेप्टर्स समाहित हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सिनेप्स मजबूत हो जाता है। सिनेप्टिक प्लास्टिसिटी को सीखने और स्मृति के अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र के रूप में भी पाया गया है। झिल्ली धाराओं (membrane currents) के मूल गुण, गतिविधि और विनियमन, सिनेप्टिक ट्रांसमिशन और सिनेप्टिक प्लास्टिसिटी, न्यूरोट्रांसमिशन, न्यूरोजेनेसिस, सिनेप्टोजेनेसिस और कोशिकाओं के आयन चैनल कुछ अन्य क्षेत्र हैं जिनका अध्ययन सेलुलर न्यूरोसाइंटिस्ट करते हैं। मेंटल रिटार्डेशन रिसर्च सेंटर (MRRC) सेलुलर न्यूरोसाइंस कोर में बौद्धिक विकलांगता के बारे में अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए ऊतक, सेलुलर और सबसेलुलर एनाटॉमी का अध्ययन किया जाता है। सेलुलर न्यूरोसाइंटिफिक विषयों के संबंध में Frontiers in Cellular Neuroscience और Molecular and Cellular Neuroscience जैसी पत्रिकाएं प्रकाशित की जाती हैं।

इन्हें भी देखें

• एक्शन पोटेंशियल
• कैल्शियम सांद्रता माइक्रोडोमेन
• कोशिका जीवविज्ञान
• सेल सिग्नलिंग
• रासायनिक सिनेप्स
• डेंड्राइट
• हेयर सेल्स
• IKK2
• न्यूरोएंडोक्रिनोलॉजी
• न्यूरोफार्माकोलॉजी
• पिरामिडल सेल्स
• सोलिटन मॉडल
• सिनेप्टोट्रोपिक परिकल्पना

संदर्भ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Cellular neuroscience” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_neuroscience यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।