दिमाग के ढेरों कचरे का रास्ता वैज्ञानिकों ने और संकुचित किया

• दिमाग की लगभग 170 अरब कोशिकाओं से बनने वाला कचरा स्वास्थ्य बनाए रखने और neurodegenerative बीमारियों को समझने की अहम कड़ी है, और Nature में प्रकाशित 3 अध्ययनों ने नींद के दौरान कचरे के बाहर निकलने के रास्ते को और स्पष्ट किया है
• गहरी नींद की धीमी विद्युत तरंगें कोशिकाओं के आसपास के तरल को दिमाग की गहराई से सतह की ओर धकेलती हैं, और यह तरल bloodstream के जरिए liver और kidneys तक जाता हुआ देखा गया
• हटाए जाने वाले पदार्थों में Alzheimer’s disease plaques से जुड़ा amyloid शामिल है, और Alzheimer’s disease में इस सफाई सिस्टम के खराब होने के प्रमाण बढ़ रहे हैं
• चूहों पर प्रयोग में प्रति सेकंड 40 बार दिए गए sound और light stimuli ने उसी frequency की brain waves पैदा कीं, और cerebrospinal fluid के प्रवेश, गंदे तरल के निकास और amyloid के transport को बढ़ाया
• इंसानों में यह इसी तरह काम करता है या नहीं, इसकी पुष्टि अभी बाकी है, लेकिन उम्र बढ़ना, चोट और cerebral blood vessels में blockage इस सिस्टम को बाधित कर सकते हैं, इसलिए यह Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, headaches और depression के शोध से जुड़ता है

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दिमाग के कचरा हटाने वाले रास्ते पर फिर ध्यान क्यों जा रहा है

• दिमाग में लगभग 170 अरब कोशिकाएं होती हैं, और सामान्य गतिविधि से ही काफी कचरा बनता है
• स्वस्थ दिमाग को इस मलबे को धोकर हटाना पड़ता है, लेकिन कचरा आखिर कहां से बाहर निकलता है, यह लंबे समय तक स्पष्ट नहीं था
• दो research teams ने Nature में प्रकाशित 3 papers में दिमाग के waste removal system को और ठोस रूप से समझाया है
• ये नतीजे कई brain diseases को समझने, उनका इलाज करने या रोकथाम के शोध के लिए सुराग दे सकते हैं

नींद के दौरान विद्युत तरंगें तरल को धकेलती हैं

• गहरी नींद के दौरान धीमी विद्युत तरंगें दिमाग की गहराई में कोशिकाओं के आसपास मौजूद तरल को दिमाग की सतह की ओर धकेलती दिखती हैं
• दिमाग की सतह पर मौजूद एक जटिल interface उस तरल में मौजूद कचरे को bloodstream में absorb करता है, और bloodstream इसे liver और kidneys तक भेजता है ताकि शरीर से बाहर निकाला जा सके
• इस प्रक्रिया में साथ ले जाए जाने वाले प्रमुख waste में amyloid शामिल है
  • amyloid वह पदार्थ है जो Alzheimer’s disease वाले मरीजों के दिमाग में चिपचिपे plaques बनाता है
  • Alzheimer’s disease में दिमाग के waste removal system के खराब होने के प्रमाण बढ़ रहे हैं

glymphatic system और “दिमाग की plumbing” वाली उपमा

• Jeffrey Iliff और Dr. Maiken Nedergaard ने करीब एक दशक पहले यह विचार रखा था कि दिमाग के अंदर और बाहर मौजूद साफ तरल कचरा धोकर हटाने वाले system का हिस्सा है
• इस system को glymphatic system कहा जाता है
  • इसका नाम lymphatic system से लिया गया है, जो infection defense, body fluids को बनाए रखने, और waste व abnormal cells को filter करने में मदद करता है
• Jonathan Kipnis इस system की तुलना घर की plumbing से करते हैं
  • जैसे साफ पानी अंदर आता है, हाथ धोने के बाद गंदा पानी बाहर जाता है
• lymphatic system पतली नलियों के network के जरिए waste को bloodstream तक पहुंचाता है, लेकिन दिमाग में ऐसी नलियां नहीं होतीं
• मुख्य सवाल यह था कि दिमाग के बीचोंबीच मौजूद waste molecules दिमाग की boundary तक कैसे पहुंचते हैं, और अंत में शरीर से बाहर कैसे निकलते हैं

चूहों के अध्ययन ने दिखाए दो चरण

• 2012 और 2013 में Iliff और Nedergaard ने दिखाया कि सोते हुए जानवरों में cerebrospinal fluid दिमाग से तेजी से गुजरता है और कचरे को धोकर हटाता है
• इसके बाद बचे सवाल थे कि तरल को धकेलता क्या है, और waste उस barrier को कैसे पार करता है जो brain tissue और bloodstream को अलग करता है
• Kipnis की team ने जानवरों के गहरी नींद में जाने पर दिखने वाली धीमी विद्युत तरंगों की ताकत मापी
  • research team ने माना कि इन waves की measurement कोशिकाओं के बीच की जगह के तरल, यानी interstitial fluid, के flow की measurement से जुड़ती है
  • ये waves neurons की activity को synchronize करती हैं, और neurons को छोटे pumps की तरह काम कराकर तरल को दिमाग की सतह की ओर धकेलने वाले signal की तरह काम करती हैं
  • यह नतीजा फरवरी में Nature paper के रूप में प्रकाशित हुआ: Nature paper
• MIT के scientists के नेतृत्व वाली दूसरी research team ने भी अतिरिक्त प्रमाण दिए कि धीमी विद्युत तरंगें waste removal में मदद करती हैं
  • Alzheimer’s disease जैसी अवस्था दिखाने वाले चूहों को प्रति सेकंड 40 बार होने वाले sound और light stimuli दिए गए
  • stimulus ने उसी धीमी frequency की brain waves पैदा कीं
  • tests में साफ cerebrospinal fluid का दिमाग में प्रवेश और गंदे तरल का बाहर निकलना बढ़ा
  • बाहर निकलने वाले तरल में वह amyloid शामिल था जो Alzheimer’s disease वाले मरीजों के दिमाग में जमा होता है
  • यह study भी Nature में प्रकाशित हुई: Nature paper

दिमागी barrier से बाहर निकलने का exit

• Kipnis ने एक अलग paper में बताया कि amyloid समेत waste दिमाग की रक्षा करने वाली membrane को कैसे पार करता है: Nature paper
• research team ने इस membrane से गुजरने वाली veins पर ध्यान दिया
  • veins के आसपास sleeve जैसी जगह होती है जो पूरी तरह sealed नहीं होती
  • इसी जगह से cerebrospinal fluid बाहर निकलता है, और waste शरीर के lymphatic system तक पहुंचता है

इंसानों पर लागू करने के लिए बाकी चुनौतियां

• नए studies के अनुसार दिमाग का waste हटाने के लिए दो चरण जरूरी हैं
  • waste को दिमाग को घेरने वाले cerebrospinal fluid में धकेलना
  • इसे lymphatic system तक ले जाना और अंत में शरीर से बाहर निकालना
• Iliff के अनुसार दोनों चरणों को अलग-अलग समझाया जा सकता है, लेकिन biological तौर पर वे लगभग निश्चित रूप से जुड़े हुए हैं
• चूहों से मिले कई नतीजों की पुष्टि अभी इंसानों में होनी बाकी है
  • rodents और इंसानों की anatomy में काफी फर्क है
• ये नतीजे Alzheimer’s disease जैसी neurodegenerative diseases के risk factors पर research से भी जुड़े हैं
  • उम्र बढ़ना, चोट, और cerebral blood vessels को block करने वाली बीमारियां दिमाग के waste removal system को बाधित कर सकती हैं
  • ये सभी factors Alzheimer’s disease के risk factors हैं
• waste removal में गड़बड़ी Parkinson’s disease, headaches और depression में भी भूमिका निभा सकती है
• धीमी विद्युत तरंगें पैदा करने जैसे तरीकों से दिमाग को खुद सफाई करने में मदद देने वाले approaches कई diseases की prevention research तक ले जा सकते हैं
• correction: प्रयोग में इस्तेमाल sound और light stimuli प्रति मिनट 40 बार नहीं, बल्कि प्रति सेकंड 40 बार थे

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Hacker News की रायें

• यह उस theory से भी अच्छी तरह मेल खाता है कि गहरी नींद की कमी Alzheimer’s और dementia का जोखिम बढ़ाती है
  https://www.medicalnewstoday.com/articles/not-getting-enough...

  • कुछ हफ्ते पहले HN पर कहीं एक पोस्ट भी आई थी कि नींद शायद दिमाग से toxins को बाहर नहीं धोती
    https://www.sciencealert.com/study-finds-sleep-may-not-flush...
  • मैंने कभी पढ़ा था कि exercise इन सारे effects को offset कर देती है

• बात यह है कि Alzheimer’s जैसे लक्षण दिखाने वाले चूहों को प्रति सेकंड 40 बार होने वाले sound और light stimulation दिए गए, और उस stimulation ने उसी धीमी frequency की brain waves induce कीं
  experiment में साफ cerebrospinal fluid का दिमाग में जाना और गंदे fluid का बाहर निकलना बढ़ा, और यह भी confirm हुआ कि वह fluid Alzheimer’s patients के दिमाग में जमा होने वाले amyloid को ले जा रहा था
  तो क्या इसका मतलब है कि नींद की जगह TMS जैसी चीज़ इस्तेमाल की जा सकती है? और क्या इस system की failure या performance degradation उन लोगों को explain कर सकती है जो कहते हैं कि उन्हें electromagnetic waves से “allergy” है?

  • brain cleaning नींद के दौरान होने वाले functions में से सिर्फ एक है, अकेला function नहीं
    भले ही हम इसे artificially induce कर सकें, body recovery जैसी नींद में strong होने वाली दूसरी functions की वजह से शायद फिर भी नींद जरूरी रहेगी
    हालांकि यह sleep की जरूरत को कम करने या sleep deprivation के कुछ harmful effects को mitigate करने की संभावना रख सकता है
  • एक अच्छा rule of thumb है: जब भी आप 1 अरब साल के evolution को उलटने की कोशिश करते हैं, आमतौर पर unexpected side effects आते हैं। बस सो जाना बेहतर है
  • mouse models असली disease pathways से जुड़ी किसी चीज़ की prediction करने में कुख्यात रूप से बहुत खराब हैं
  • अगर प्रति सेकंड 40 बार का मतलब 40Hz है, तो यह इंसानों की deep sleep के हिसाब से काफी high frequency है
    40Hz ज्यादा strong pattern recognition या focused attention जैसा लगता है
  • “क्या इसका मतलब है कि नींद की जगह TMS जैसी चीज़ इस्तेमाल की जा सकती है?”
    नए दिन में 20 घंटे work regime से trillionaires को जबरदस्त फायदा होगा

• “अगर हम दिमाग को खुद को साफ करने में मदद करने के तरीके, जैसे slow electrical waves induce करने के तरीके खोज लें, तो कई तरह के disorders रोके जा सकते हैं” यह पढ़ते ही मुझे binaural beats याद आए
  college में जब मैं बहुत थका होता था लेकिन काम बहुत होता था, तब मेरे पास कुछ beats थे जिन्हें मैं इस्तेमाल करता था, और वे लगभग 20 मिनट की छोटी नींद लेकर recover करने में मदद करते थे
  कभी-कभी nap की भी जरूरत नहीं होती थी; उस समय बस अपने mind को beats के हवाले कर देना काफी था
  अगर उस effect का कुछ हिस्सा “deep cleaning” trigger करना है, तो लगा कि यह ऐसे disorders को कम करने का तरीका हो सकता है

  • याद है, पहले ऐसे tracks बेचे जाते थे जो आपको smarter या calmer बनाने का दावा करते थे
    मैंने torrent से वह सबसे महंगा track download किया था जो legend के मुताबिक 1000 dollars का था, लेकिन कुछ भी नहीं बदला; शायद इसलिए कि मैंने पैसे नहीं दिए थे :)
  • समझ नहीं आता कि sound waves दिमाग की electrical waves को कैसे affect करेंगी
    दिमाग को साफ करने के लिए लगता है कि brain tissue पर सीधे act करना पड़ेगा, और वह संभव नहीं लगता

• चूहों को light और music show दिखाकर brain waste drainage induce किया गया, यह काफी surprising है
  काश कोई ऐसी टोपी invent हो जाए जिसे रात में पहनकर सोने से यह process sleep के दौरान तेज हो जाए, जैसे असली sleep time कई गुना बढ़ गया हो
  doctors, truck drivers, pilots जैसे कठिन work schedules वाले लोगों के लिए यह effective हो सकता है

  • अगर ऐसी चीज़ invent हुई तो यह effectively mandatory equipment बन जाएगी
    जो लोग इसे पहनना नहीं चाहेंगे, वे पहनने वालों से competition में पीछे रहकर नौकरी खो देंगे
  • AffectableSleep.com पर लगभग 4 साल से इसी पर research हो रही है
    यह 40Hz भी नहीं है और light भी नहीं; यह phase-targeted auditory stimulation पर काम करता है, जिस पर humans में 10+ साल की research है
  • एक spontaneous मजेदार hypothesis है: क्या EDM concerts के light shows का कोई खास effect induce करने से संबंध हो सकता है?
  • कुछ similar चीज़ शायद पहले से binaural beats के रूप में मौजूद हो
    टोपी नहीं, लेकिन earphones की एक जोड़ी और app या audio track काफी है
  • अगर अभी तक try नहीं किया है, तो सोने से पहले melatonin लेना भी अच्छा हो सकता है
    मेरी sleep duration कम हुई, लेकिन उठने पर ज्यादा fresh महसूस हुआ

• अगर “नींद के दौरान slow electrical waves दिमाग की गहराई से सतह की ओर cells के आसपास का fluid धकेलती हैं”, तो क्या वही dreams हैं?
  electrical waves और fluid का brain cells पर दस्तक देना?

  • कुछ साल पहले पढ़ी एक किताब में कहा गया था कि dreams दिमाग के अलग-अलग areas का अपना क्षेत्र defend करने का तरीका हैं
    सोते समय visual processing area के neurons input signals नहीं पाते, और तब ये neurons आसपास के areas द्वारा इस्तेमाल किए जा सकते हैं
    उस takeover को रोकने के लिए fake signals बनाकर उन्हें busy रखा जाता है—ऐसी theory थी, और काफी cool लगी
    मैंने किताब का नाम ढूंढा: David Eagleman की Livewired थी
  • dreams REM sleep के दौरान आते हैं

• experiment में इस्तेमाल हुए audio को reproduce कर पाया
  sox -b 32 -Dr 96k -n 40hz_1ms_pulse_1hour.flac synth 0.001 sin 10k fade t 0.0005 0 0.0005 pad 0.024 repeat 140000
  goal लगता है कि प्रति सेकंड 40 बार input neurons को stimulate किया जाए ताकि वह frequency जितना हो सके दिमाग में गहराई और व्यापक रूप से पहुंचे
  चूहों में sound, light और vibration के through touch को combine करके यह goal achieve किया गया
  hypothesis यह है कि इस तरह neurons को drive करना दिमाग से waste हटाने में मदद करता है, और अगर सही है तो अच्छा होगा

• अगर बात fluid की है, तो नींद के दौरान सिर का angle क्या असर डालता होगा?

• थोड़ा superstition जैसा लग सकता है, लेकिन यह definitely महसूस होता है
  कठिन mental work, खासकर मुश्किल reading, कुछ समय तक करने के बाद focus घटता है और आंखें भारी लगती हैं
  अगर छोटी और deep nap सफलतापूर्वक ले लूं, कभी-कभी 15 मिनट से कम भी, तो वह सब जैसे धुल जाता है और फिर से focus कर पाता हूं
  अजीब analogy है, लेकिन relief वैसा लगता है जैसे भरा हुआ bladder खाली करना
  ऐसी situation में nap न लेना बहुत unhealthy और damaging लगता है

  • काश मैं भी ऐसी naps ले पाता
    शुक्र है कि रात में सोने में दिक्कत नहीं होती, लेकिन सूरज निकलने के बाद दिमाग बंद होने से मना कर देता है
    1–2 हफ्ते में एक बार late morning में मुश्किल से nap लेने में सफल होता हूं
  • brain drained moment के बाद nap लेना मुझे पसंद है
    फिर energy वापस आ जाती है और तुरंत move करने के लिए ready हो जाता हूं
    work from home का एक बड़ा advantage है
  • यह बहुत गलत बात नहीं है
    जिन कई jobs या skills में intense mental concentration चाहिए, उनमें लोगों को break time चाहिए होता है या performance limits होती हैं
    मुझे जो प्रमुख example याद है, वह UN simultaneous interpreters हैं
    वे real-time conversation को लगभग 45 मिनट तक ही interpret कर सकते हैं, उसके बाद mental fatigue के कारण error rate exponentially बढ़ जाता है और उन्हें नए interpreter से replace करना पड़ता है
  • मुझे भी बिल्कुल ऐसा ही महसूस होता है
    मैं हमेशा इसे मन पर से गुजरती release की wave कहता था
    सच में अच्छा लगता है, और ऐसा लगता है जैसे mind से वजन हट गया हो और clarity के साथ जागता हूं
  • सोचता हूं कि क्या Everyman जैसे अलग-अलग polyphasic sleep cycles में waste buildup study किया जाएगा

• थोड़ा confusion है: glymphatic system तो काफी समय से known नहीं था क्या?

  • समझ नहीं आया confusion क्या है
    article साफ कहता है कि glymphatic system known था, लेकिन असली working mechanism नहीं पता था, और यह study उसी mechanism को सामने लाने के बारे में है
  • हैरानी की बात है कि glymphatic system सिर्फ 10 साल पहले discover हुआ था
    नया हिस्सा 40Hz light और sound है, और अभी तक यह सिर्फ चूहों पर किया गया है