ઓપ્ટોજેનેટિક્સ-પ્રકાશથી મગજને સમજવાની અને સારવારની નવી ક્રાંતિ

ઓપ્ટોજેનેટિક્સની મદદથી મગજના હલન-ચલન નિયંત્રિત કરતા ચોક્કસ ન્યુરોન્સને શોધી કાઢવામાં આવ્યા છે, જેથી ભવિષ્યમાં તેની સચોટ સારવાર થઇ શકશે 'We discovered that a single protein could act as a light - activated switch to move ions across cell membranes, creating an electrical signal from pure light.
અમે શોધ્યું કે એક સિંગલ પ્રોટીન કોષના પટલમાં આયનોની અવરજવર કરાવવા માટે પ્રકાશથી સક્રિય થતી સ્વિચ તરીકે કામ કરી શકે છે, જે સામાન્ય પ્રકાશમાંથી વિદ્યુત સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરે છે.'
‘For the first time, Optogenetics allowed us to control specific neurons with millisecond precision in freely moving animals, fundamentally changing how we study brain function.
ઓપ્ટોજેનેટિક્સે આપણને પ્રથમ વખત મુક્તપણે હરતા-ફરતા પ્રાણીઓમાં મિલિસેકન્ડની ચોકસાઈ સાથે ચોક્કસ ન્યુરોન્સને નિયંત્રિત કરવાની મંજૂરી આપી જે મગજના કાર્યોના આપણા અભ્યાસને મૂળભૂત રીતે બદલી નાંખે છે.'
Peter Hegemann, Georg Nagel and Karl Deisseroth (પીટર હેગેમાન, જ્યોર્જ નાગેલ એન કાર્લ ડિસેરોથ)
‘Optogenetics provides a steering wheel to the brain. We are no longer just passive observers of neural activity, We can now direct if with light.'
ઓપ્ટોજેનેટિક્સ મગજને એક સ્ટિયરીંગ વ્હીલ (નિયંત્રણ) પૂરું પાડે છે, હવે આપણે ન્યૂરલ પ્રવૃત્તિના માત્ર નિષ્ક્રિય અવલોકનકારો નથી રહ્યા હવે આપણે તેને પ્રકાશની મદદથી દોરી શકીએ છીએ.
‘To understand how the brain forms memories, feelings and behaviours has long been a dream for researchers.
મગજ કેવી રીતે યાદો, લાગણીઓ અને વર્તનને ઘડે છે તે સમજવું એ સંશોધકો માટે લાંબા સમયથી એક સ્વપ્ન રહ્યું છે.'
૫-૧૦-૨૦૨૬ના રોજ નોબલ પ્રાઇઝની ફિઝિયોલોજી ઓર મેડિસિન' માટેની નોબેલ એસેમ્બલીએ ૨૦૨૬નો નોબેલ પુરસ્કાર સંયુક્ત રીતે કાર્લ ડિસેરોથ (Karl Deisseroth), પીટર હેગેમાન (Peter Hegemann) અને જ્યોર્જ નાગેલ (Georg Nagel) ને આપવાની જાહેરાત કરી. આ ત્રણેય વિજ્ઞાનીઓએ મગજની રહસ્યમય દુનિયાને સમજવા માટે 'પ્રકાશથી નિયંત્રિત આયન ચેનલો અને ઓપ્ટોજેનેટિક્સ સંબંધિત શોધો (Light-Gated Ion Channels and Optogenetics) કરવા બદલ સન્માનિત કરાયા છે.'
આ ક્રાંતિકારી સંશોધનનું વિશેષ મહત્વ એ છે કે વિજ્ઞાનીઓએ પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને જીવંત મગજની ચોક્કસ નર્વ-કોષોની પ્રવૃત્તિ ચાલુ કે બંધ કરવાની રીત વિકસાવી છે જેના કારણે સ્મૃતિ, લાગણીઓ, વર્તન અને મગજની વિવિધ ન્યુરલ સર્કિટ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજવામાં એક નવા યુગની શરૂઆત થઇ છે. આ શોધને સમજવા માટે સૌ પ્રથમ એ સમજવું જરૂરી છે કે મગજ અબજો ન્યુરોન અથવા નર્વકોષોથી બનેલું અત્યંત જટિલ નેટવર્ક છે. ન્યુરોન (ચેતાકોષ) એકબીજા સાથે વિદ્યુત અને રાસાયણિક સંકેતો દ્વારા વાતચીત કરે છે. કોઈ ચોક્કસ ન્યુરોન સક્રિય થાય ત્યારે તેની ઝિલા (membrane) માં આયનોની હેરફેર થાય છે અને પરિણામે વિદ્યુત સંકેત ઉત્પન્ન થાય છે.આ સંકેતો જ આપણને જોવામાં વિચારવામાં, યાદ રાખવામાં, હલનચલન કરવામાં, ભાવનાઓ-લાગણીઓ અનુભવવામાં અને શરીરની વિવિધ ક્રિયાઓ નિયંત્રિત કરવામાં મદદ કરે છે. પરંતુ લાંબા સમય સુધી ન્યૂરોસાયન્સમાં એક મૂળભૂત સમસ્યા હતી - શરીર વિજ્ઞાનીઓ મગજના કયા ભાગમાં કઇ પ્રવૃત્તિ થાય છે તે જોઈ શક્તા હતા, પરંતુ કોઈ ચોક્કસ પ્રકારના ન્યુરોનને પોતાની પસંદગી મુજબ અત્યંત ચોક્કસ સમયે ચાલુ અથવા બંધ કરીને એને નિયંત્રિત કરી શક્તા નહોતા. ૨૦૨૬ના નોબેલ પુરસ્કારથી સન્માનિત ઓપ્ટોજેનેટિક્સે આ સમસ્યાનો ઉકેલ આપ્યો. તેનાથી તે એ સાબિત કરી શકવા સક્ષમ બન્યા કે તે ન્યુરોન ખરેખર ચોક્કસ વર્તનનું કારણ છે.
આ આખી વૈજ્ઞાનિક ક્રાંતિની શરૂઆત માનવ મગજથી નહીં પણ એક કોષી શેવાળથી થઇ. પીટર હેગેમાને Chlamydomonas reinhardtiii નામની એકકોષી શેવાળમાં રસ હતો. આ સૂક્ષ્મ જીવ પ્રકાશ તરફ તરી શકે છે. પ્રશ્ન હતો કે માત્ર એક કોષ ધરાવતી આ શેવાળ પ્રકાશની દિશા કેવી રીતે ઓળખે છે અને પ્રકાશ તરફ પોતાની ગતિ કેવી રીતે બદલે છે ? હેગેમાને આ પ્રક્રિયાની પાછળ રહેલા પ્રકાશસંવેદનશીલ અણુઓનો અભ્યાસ શરૂ કર્યો ત્યારબાદ જ્યોર્ગ નાગેલ અને અન્ય સહયોગીઓ સાથેના સંશોધનમાં એક અત્યંત મહત્વપૂર્ણ પ્રકાશ-સંવેદનશીલ પ્રોટીનની ઓળખ થઇ જેને ચેનલરોડોપ્સિન (Channelrhodpsin) નામ આપવામાં આવ્યું. આ પ્રોટીન કોષની ઝીલામાં રહેલી એક પ્રકારની આયન ચેનલ છે.
ચેનલરોડોપ્સિનની વિશેષતા એ છે કે તેના પર ચોક્કસ તરંગ લંબાઈનો પ્રકાશ, ખાસ કરીને વાદળી રંગનો પ્રકાશ પડે ત્યારે તે ચેનલ ખૂલે છે. ચેનલ ખૂલતાં વિદ્યુત ભાર ધરાવતા આયનો કોષની અંદર પ્રવેશી શકે છે. આ આયનોની હેરફેરથી કોષની વિદ્યુત સ્થિતિ બદલાય છે અને વિદ્યુત સંકેત ઉત્પન્ન થઇ શકે છે. હેગેમાન અને નાગેલે દર્શાવ્યું કે આ પ્રોટીનને શેવાળ સિવાયના અન્ય કોષોમાં પણ મૂકવામાં આવે તો તે કોષને પ્રકાશ પ્રત્યે સંવેદનશીલ બનાવી શકાય છે. એટલે કુદરતમાં પ્રકાશ અનુભવવા માટે શેવાળ જે અણુનો ઉપયોગ કરે છે તેને વૈજ્ઞાનિક સાધન તરીકે અન્ય કોષોમાં સ્થાનાંતરિત કરી શકાય છે. આ જ વિચાર આગળ જઇને ઓપ્ટોજેનેટિક્સ (ઓપ્ટોજિનેટિક્સ)ની પાયાની ઇંટ બન્યો.
તે પછી કાર્લ હીસેરોથે ચેનલરોડોપ્સિન માટે જવાબદાર જનીનને નર્વ કોષોમાં દાખલ કરવાની રીતનો ઉપયોગ કર્યો. તેમણે દર્શાવ્યું કે આ પધ્ધતિથી ઉંદરના ન્યુરોનને પ્રકાશ દ્વારા ઝડપથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે. તેમણે જીવંત ઉંદરના મગજમાં પણ આ પ્રકાશ-નિયંત્રિત ન્યુરોનલ સ્વિચ કાર્યરત કરી બતાવી. આ પદ્ધતિને જ આગળ જઇને ઓપ્ટોજેનેટિક્સ તરીકે ઓળખવામાં આવી. ઓપ્ટોજેનેટિક્સ પ્રકાશથી ચાલતી સ્વિચ તૈયાર કરે છે. હવે વિજ્ઞાનીઓ માત્ર લેઝર લાઇટ ફેંકીને મગજના ચોક્કસ ભાગને ચાલુ કે બંધ (Switch on/Off) કરી શકે છે.
આ ટેકનોલોજીના કારણે તબીબી ક્ષેત્રે અસાધ્ય ગણાતી બીમારીઓની સચોટ સારવાર શોધવાનો માર્ગ મોકળો થયો છે. તબીબી પરીક્ષણોમાં જોવા મળ્યું છે કે જે લોકો 'રેટિનાઇટિસ પિગ્મેન્ટોસા' જેવી બીમારીઓના કારણે સંપૂર્ણ અંધ થઇ ગયા હોય તેમની આંખના કોષોને આ પ્રોટીન દ્વારા પ્રકાશ-સંવેદનશીલ બનાવીને આંખોની રોશની પાછી લાવી શકાય છે. પાર્કિન્સન્સ ડિસિઝમાં દર્દીના હાથ-પગ ધૂ્રજવા લાગે છે. ઓપ્ટોજેનેટિક્સની મદદથી મગજના હલન-ચલન નિયંત્રિત કરતા ચોક્કસ ન્યુરોન્સને શોધી કાઢવામાં આવ્યા છે, જેથી ભવિષ્યમાં તેની સચોટ સારવાર થઇ શકશે. હતાશા (ડિપ્રેશન), ભારે ચિંતા (Anxiety) અને કોઈ આઘાતજનક ડરામણી યાદો (Post Traumatic Stress Disorder) પાછળ કયા ન્યુરોન્સ જવાબદાર છે તે જાણીને પ્રકાશની મદદથી તેમને શાંત કે સક્રિય કરી શકાય છે. ડ્રગ્સ કે આલ્કોહોલ જેવા વ્યસન (Addiction) ની લત માટે જવાબદાર મગજના રિવોર્ડ સર્કિટને આ પધ્ધતિ દ્વારા બ્લોક કરી શકાય છે. ભય, ચિંતા, પ્રેરણા, ખુશી આનંદ જેવી લાગણીઓ અને અન્ય વર્તન સાથે જોડાયેલી ન્યુરલ સર્કિટોનો અભ્યાસ કરી તેને નિયંત્રિત કરી શકાય છે.
ઓપ્ટોજેનેટિક્સની શોધ મેડિકલ જગતમાં ક્રાંતિકારી પરિણામો લાવનારી સાબિત થાય એમ છે. તે ગેમ-ચેન્જર બનશે તે નક્કી છે. જ્યારે આપણે મગજ કે માનસિક રોગ માટે કોઈ દવા લઇએ છીએ ત્યારે તે દવા આખા મગજ અને શરીરના અન્ય ભાગોમાં પણ ફેલાય છે. તેનાથી આડ અસરો (Side effects) થાય છે. પરંતુ ઓપ્ટોજેનેટિક્સ પધ્ધતિ એટલી સચોટ છે કે તે સેકન્ડના હજારમા ભાગ (Millisecond) માં આખા મગજને નુકશાન પહોંચાડયા વગર માત્ર એક ચોક્કસ કોષ પર જ અસર કરે છે. આ જાણે આખા શહેરની વીજળી કાપવાન બદલે માત્ર એક જ રૂમનો લેમ્પ બંધ કરવા જેવું સચોટ છે. મેડિકલ સાયન્સના ક્ષેત્રે ઓપ્ટોજેનેટિક્સ વરદાન રૂપ બનશે તે નક્કી છે. સાઇકિઆટ્રિસ્ટ અને ન્યુરોસાયન્ટિસ, નોબેલ પ્રાઇઝ વિજેતા કાર્લ ડિસેરોથે એમના પુસ્તક પ્રોજેકશન્સ: એ સ્ટોરી ઑફ હ્યુમન ઇમોશન્સ (Projections : A story of Human Emotions) માંઓપ્ટોજેનેટિક્સ અને માનવ મસ્તિષ્ક વિશે વિસ્તૃત માહિતી આપી છે.