ইন্দ্রিয়তন্ত্র/জেব্রাফিশ
জেব্রাফিশ: জেব্রাফিশের অলফেক্টরি বাল্বে স্নায়বিক গণনা
[সম্পাদনা]জেব্রাফিশের ঘ্রাণতন্ত্র
[সম্পাদনা]জেব্রাফিশ (Danio rerio) দক্ষিণ-পূর্ব এশিয়ার একটি স্বাদুপানির টেলিওস্ট মাছ [১]। এর নাকে পানির প্রবাহ স্তরীয় ও একমুখী। এমনকি যখন জেব্রাফিশ চলাচল করছে না, তখনও চলনশীল সিলিয়া দ্বারা পানি প্রবাহিত হয় এবং স্থায়ীভাবে গন্ধ উপস্থাপন করা হয়। ফলে, জেব্রাফিশ পরিবেশে চলাচলের মাধ্যমে সর্বদা গন্ধ-স্থান পর্যবেক্ষণ করে। গন্ধ তথ্যের প্রথম রিলে কেন্দ্র হলো ঘ্রাণ বাল্ব। এই বাল্বে তথ্য প্রক্রিয়াকরণ একটি জটিল প্রক্রিয়া, যেখানে একাধিক রূপান্তর ধাপ জড়িত থাকে।
উদাহরণস্বরূপ, বিভিন্ন অণুর সংমিশ্রণে গঠিত একটি গন্ধ নির্দিষ্ট কিছু ঘ্রাণ গ্রাহককে সক্রিয় করে, যা ঘ্রাণ সংবেদী স্নায়ুতে থাকে এবং এরা ঘ্রাণ বাল্বে গ্লোমেরুলির বিন্যাসে শেষ হয়। এর ফলে, একটি গন্ধ গ্লোমেরুলির সক্রিয়তার একটি সম্মিলিত ধারা হিসেবে এনকোড হয়। একটি প্রাপ্তবয়স্ক জেব্রাফিশের ঘ্রাণ বাল্বে প্রায় ১৪০টি সুনির্দিষ্ট গ্লোমেরুলি থাকে [২]। একটি গ্লোমেরুলাস তিনটি বিভিন্ন ধরণের কোষের স্নায়বিক সংযোগ দ্বারা গঠিত একটি কার্যকরী একক (চিত্র ১) [৩]।
- একই ঘ্রাণ গ্রাহক প্রকাশকারী আগত ঘ্রাণ সংবেদী স্নায়ু। সকল সংযোগ উত্তেজনামূলক।
- ঘ্রাণ সংকেতের একাধিক রূপান্তরের জন্য দায়ী নিরোধক ইন্টারনিউরন। জেব্রাফিশে ইন্টারনিউরনগুলোকে পারিগ্লোমেরুলার কোষ, গ্রানুল কোষ এবং স্বল্প-অক্ষীয় কোষে ভাগ করা যায়।
- মিত্রাল কোষ, যা ঘ্রাণ বাল্ব থেকে সংকেত উচ্চতর মস্তিষ্ক অঞ্চলে প্রেরণ করে। প্রাপ্তবয়স্ক জেব্রাফিশে প্রায় ১৫০০টি মিত্রাল কোষ থাকে, যাদের ৭০% একটি নির্দিষ্ট গ্লোমেরুলাস থেকে ইনপুট পায় [৪]।
ঘ্রাণতন্ত্রে, চাক্ষুষতন্ত্রে ব্যবহৃত রিসেপ্টিভ ফিল্ডের ধারণাটি এখানে সীমিতভাবে প্রযোজ্য। যেমনটি পূর্বে বলা হয়েছে, একটি গ্লোমেরুলাস শুধুমাত্র নির্দিষ্ট ঘ্রাণ গ্রাহকসহ স্নায়ু থেকে ইনপুট পায়। এর ফলে, ঘ্রাণ বাল্বজুড়ে একটি রুক্ষ স্থানিক কেমোটোপিক মানচিত্র গঠিত হয়। ভিন্ন ভিন্ন প্রাকৃতিক গন্ধ (যেমন: অ্যামিনো অ্যাসিড, বাইল অ্যাসিড, নিউক্লিওটাইড) ঘ্রাণ বাল্বের আলাদা শারীরবৃত্তীয় ডোমেইন সক্রিয় করে [১]।
প্যাটার্ন ডিসকরেলেশন
[সম্পাদনা]জেব্রাফিশের গ্লোমেরুলিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ কম্পিউটেশনাল ধাপ হলো প্যাটার্ন ডিসকরেলেশন, যা একইরকম গন্ধের সক্রিয়তা ধরণগুলোর মধ্যকার ওভারল্যাপ কমিয়ে দেয়। যেমন: জিরা ও মৌরির তেলজাত গন্ধ। এদের অণুর গঠন কাছাকাছি হওয়ায় এরা প্রাথমিকভাবে একই গ্লোমেরুলির সক্রিয়তা সৃষ্টি করে। তাই শুরুতে সক্রিয়তার ধরণগুলো খুবই সম্পর্কযুক্ত হয়। পরে এই সম্পর্ক কমে যায় এবং সক্রিয়তা নতুনভাবে ছড়িয়ে পড়ে ও একটি স্থিতিশীল অবস্থায় পৌঁছায়।
কম্পিউটেশনাল দৃষ্টিকোণ থেকে প্যাটার্ন ডিসকরেলেশন একটি কার্যকর প্রাথমিক ধাপ যা অনেক প্যাটার্ন শ্রেণীবিন্যাস পদ্ধতিতে ব্যবহৃত হয়। এটি গন্ধের তথ্যবহুলতা বা শ্রেষ্ঠ শ্রেণীবিন্যাসকারীর সক্ষমতা বাড়ায় না, কিন্তু দুর্বল শ্রেণীবিন্যাসকারীর পারফরম্যান্স উন্নত করে (চিত্র ২) [5]। স্নায়বিক ব্যবস্থায়, এটি গন্ধ শেখা ও পরবর্তীতে তা শনাক্তকরণের জন্য গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে [1]।
ঘ্রাণ সংবেদী স্নায়ুতে ক্যালসিয়াম সেন্সর যুক্ত করে গ্লোমেরুলি সক্রিয়তা অপটিক্যালভাবে মাপা যায় [6]। ১৬টি অ্যামিনো অ্যাসিড ব্যবহার করে জেব্রাফিশের ঘ্রাণ বাল্বে এই পদ্ধতিতে গবেষণা চালানো হয়। এদের মধ্যে কাছাকাছি বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন অ্যামিনো অ্যাসিড (যেমন: Phe, Tyr, Trp)-এর ক্ষেত্রে মিত্রাল কোষের সক্রিয়তা শুরুতে মিল থাকলেও পরে তা কমে যায়, এবং স্থানিকভাবে কিছু কোষ নিষ্ক্রিয় বা কম সক্রিয় হয়। অপরদিকে, ইন্টারনিউরনের সক্রিয়তা বৃদ্ধি পায় ও ঘন হয়ে ওঠে।
প্যাটার্ন ডিসকরেলেশনের অন্যান্য সম্ভাব্য সিমুলেশন পদ্ধতি
[সম্পাদনা]- Recurrence-enhanced threshold-induced decorrelation (reTIDe):
SNOREs (Stochastic networks of rectifying elements) নামে পরিচিত একধরনের নেটওয়ার্কে thresholding-এর মাধ্যমে ইনপুট প্যাটার্ন ডিসকরেলেশন হয়। এরা threshold-linear ইউনিট নিয়ে গঠিত, যেগুলো সমান ওজনের সিন্যাপস দ্বারা সংযুক্ত। ইনপুট যত বেশি সম্পর্কযুক্ত হয়, থ্রেশহোল্ড বাড়ালে ডিসকরেলেশন তত বাড়ে। এই আউটপুট আবার রিকারেন্ট সংযোগে ফিরে আসার মাধ্যমে স্থিতিশীল অবস্থায় পৌঁছায় [6][7]।
- ইন্টারনিউরনের ক্রিয়াকলাপ মডেল করতে একটি ওজন ম্যাট্রিক্স অপ্টিমাইজ করা:
এখানে, W একটি ওজন ম্যাট্রিক্স যা মিত্রাল কোষের মধ্যে ইন্টারনিউরনের সংযোগের শক্তি নির্দেশ করে। X(t) গন্ধ ১ ও ২-এর জন্য প্রতিটি মিত্রাল কোষের ফায়ারিং রেট নির্দেশ করে। সময়ের সাথে X এর আরও ডেটা পেলে, W অপ্টিমাইজ করা সম্ভব।
উপসংহার
[সম্পাদনা]ঘ্রাণ বাল্বে প্যাটার্ন ডিসকরেলেশন একটি প্রমাণিত স্নায়বিক গণনা, যা জেব্রাফিশে পর্যবেক্ষিত হয়েছে। তবে এর যান্ত্রিক ভিত্তিতে এখনো কোনো গাণিতিক মডেল প্রস্তাব করা হয়নি। উত্তেজক ও নিরোধক নিউরনের পারস্পরিক ক্রিয়া বুঝতে হলে ঘ্রাণ বাল্বের পূর্ণ সংযোগ মানচিত্র প্রয়োজন। এই লক্ষ্য নির্ভর করে ইলেকট্রন মাইক্রোস্কপি ও ঘন EM-ভিত্তিক রিকনস্ট্রাকশনের মাধ্যমে বিশাল ডেটাসেট সংগ্রহের উপর।
কৃতজ্ঞতা
[সম্পাদনা]আমরা বিশেষভাবে কৃতজ্ঞতা প্রকাশ করছি অধ্যাপক রেইনার ফ্রিডরিশের প্রতি, যিনি আমাদের এই কাজের পরামর্শদাতা ছিলেন।
তথ্যসূত্র
[সম্পাদনা][১] Friedrich, R. W. (2013). Neuronal Computations in the Olfactory System of Zebrafish. The annual Review of Neuroscience.
[২] Braubach, O. R., (2012). Distribution and Functional Organization of Glomeruli in the Olfactory Bulbs of Zebrafish (Danio rerio). The Journal of Comparative Neurology.
[৩] Figure 1 is adapted from: Friedrich, R. W., & Wiechert, M. T. (2014). Neuronal circuits and computations: Pattern decorrelation in the olfactory bulb. Elsevier.
[৪] Fuller C. L., (2006). Mitral cells in the olfactory bulb of adult zebrafish (Danio rerio): morphology and distribution. J. Neurophysiology.
[৫] Figure 2 is adapted from: Friedrich, R. W. (2013). Neuronal Computations in the Olfactory System of Zebrafish. The annual Review of Neuroscience.
[৬] Friedrich, R. W., & Wiechert, M. T. (2014). Neuronal circuits and computations: Pattern decorrelation in the olfactory bulb. Elsevier.
[৭] Wiechert, M. T. et. al (2010). Mechanism of pattern decorrelation by recurrent neuronal circuits.