इंसानों में पहली बार पहचाना गया दिमाग का कचरा हटाने वाला lymphatic system

• NIH द्वारा आंशिक रूप से समर्थित एक अध्ययन में, brain tumor हटाने की surgery करा रहे 5 volunteers के जरिए पहली बार पुष्टि हुई कि जीवित इंसानी दिमाग में भी glymphatic system काम करता है
• शोधकर्ताओं ने cerebrospinal fluid में gadolinium dye inject किया और MRI से उसके movement path को track किया; उन्होंने देखा कि cerebrospinal fluid random diffusion से नहीं, बल्कि खास रास्तों से दिमाग में प्रवेश करता है
• MRI images ने दिखाया कि cerebrospinal fluid दिमाग की blood vessels के पास मौजूद fluid spaces, यानी perivascular spaces, के साथ बहता है, और वहीं से dye दिमाग के functional tissue में जाता है
• नतीजे mice imaging studies से मेल खाते हैं, और यह इसलिए अहम है क्योंकि post-mortem human brain samples में केवल संकेतों के रूप में दिखे functioning glymphatic system की पुष्टि जीवित इंसानों में हुई है
• glymphatic system को नुकसान Alzheimer’s disease और अन्य cognitive disorders के विकास में योगदान दे सकता है, इसलिए sleep quality सुधारने जैसे इस system को बढ़ाने या restore करने वाले research के लिए आधार मजबूत होता है

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जीवित इंसानों में cerebrospinal fluid flow की पुष्टि

• lymphatic system, vascular system की तुलना में कम जाना जाता है, लेकिन शरीर भर में lymph vessels के network के जरिए bloodstream से dead cells और waste हटाने में मदद करता है और infection से लड़ने वाली immune cells की आवाजाही में सहायता करता है
• पहले माना जाता था कि lymphatic system दिमाग तक नहीं पहुंचता, लेकिन पिछले 12 वर्षों में mice brain tissue में cerebrospinal fluid शामिल करने वाला vascular system पाया गया
  • ये vessels lymphatic system से जुड़े हुए लगते हैं और दिमाग से toxins हटाने में मदद कर सकते हैं
• दिमाग का यह waste-clearance system glymphatic system कहलाता है
  • कई studies बताती हैं कि उम्र से जुड़े नुकसान या physical damage के कारण glymphatic system प्रभावित हो तो यह Alzheimer’s disease और अन्य cognitive disorders के विकास में योगदान दे सकता है
• mice में glymphatic system की real-time activity देखी गई थी, और post-mortem human brain samples में भी समान vascular संकेत मिले थे, लेकिन इस study से पहले जीवित इंसानों में functioning glymphatic system की पुष्टि नहीं हुई थी

surgery के दौरान dye injection और MRI tracking

• Oregon Health & Science University के Dr. Juan Piantino के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने brain tumor removal surgery की जरूरत वाले 5 volunteers को recruit किया
• surgery के दौरान volunteers के cerebrospinal fluid में gadolinium dye inject किया गया, और बाद में MRI से dye के दिमाग के भीतर जाने वाले रास्ते को track किया गया
  • 1 volunteer का surgery के 12 घंटे और 24 घंटे बाद T2/FLAIR MRI किया गया
  • बाकी 4 volunteers के T2/FLAIR images surgery के 24 घंटे और 48 घंटे बाद लिए गए
• scans के नतीजों में cerebrospinal fluid दिमाग के भीतर blood vessels के साथ चलने वाले fluid spaces, यानी perivascular spaces, के जरिए साफ रास्तों से अंदर बहता दिखा
  • dye का इन spaces से दिमाग के functional tissue में जाना भी देखा गया
  • यह नतीजा mice में पहले देखे गए imaging results से मेल खाता है
• Piantino ने समझाया कि cerebrospinal fluid पानी में डाले गए sponge की तरह random तरीके से दिमाग में नहीं जाता, बल्कि इन रास्तों के जरिए चलता है
• अध्ययन के नतीजे 7 अक्टूबर 2024 को Proceedings of the National Academy of Sciences में प्रकाशित हुए
  • The perivascular space is a conduit for cerebrospinal fluid flow in humans: A proof-of-principle report.: humans में perivascular space के cerebrospinal fluid flow का conduit होने पर proof-of-principle report
• अन्य studies ने सुझाव दिया है कि glymphatic system sleep के दौरान सबसे ज्यादा active हो सकता है, और ये नतीजे Alzheimer’s disease और अन्य dementia के risk वाले लोगों में sleep quality सुधारने जैसी glymphatic system function को मजबूत करने या restore करने की कोशिशों के महत्व का समर्थन करते हैं

[GN⁺]

Hacker News की राय

• जागे हुए रहते हुए भी कुछ खास इमेज पैटर्न से इस प्रक्रिया को प्रेरित किया जा सकता है, और MRI से इसकी पुष्टि करने वाले कुछ पेपर मौजूद हैं [1]। NIH की पुष्टि अक्सर विज्ञान से पीछे रहती है, और मुझे लगता है कि स्वतंत्र शोध काफी आगे है
  पिछले साल यह पेपर देखने के बाद, मैंने पेपर में इस्तेमाल किए गए parameters के साथ एक बहुत साधारण पेज implement किया था [2]
  कई disease models हैं जिनमें glymphatic drainage कम या नहीं होती, और ऐसे लोगों के लिए लगता है कि दिमाग को खाली करने वाली therapy की जरूरत है; ऐसे image routines मददगार लगते हैं। कई लोगों को इस pattern को recommended बार देखना बहुत मुश्किल लगता है, और दिमाग पर असर महसूस होता है जिसे समझाना कठिन है—थोड़ा सुन्न/खोया-सा महसूस होता है। cycles चलते समय image बदलती हुई लगने जैसा एक visual trick वाला एहसास भी होता है। शुरुआत में ऐसा लग सकता है जैसे सिर पर चोट लगी हो
  यह उन disease studies का एक पहलू है जिन्हें मैं देख रहा हूं, इसलिए दिलचस्प है, और इसका Long Covid और ME/CFS से भी संबंध है
  [1] https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/jou...
  [2] https://www.paulkeeble.co.uk/posts/cff/

  • Paul का animation मेरे setup में किसी कारण से constant speed पर play नहीं हो रहा था, इसलिए मैंने पेपर की तरह 16 सेकंड on/off cycle और शुरुआत में off segment डालकर 254 सेकंड तक चलने वाले 8Hz और 12Hz video दो बनाए
    ये versions flicker के बाद cool down के लिए एक अतिरिक्त off segment के साथ खत्म होते हैं। पेपर में 120Hz था, लेकिन यहां 40Hz flicker try नहीं किया जा रहा, इसलिए 24Hz frame rate भी ठीक होना चाहिए। compression की वजह से line edges पर असर हो सकता है, लेकिन download उपलब्ध है
    8Hz version - https://vimeo.com/1023278230/8ad6db6234
    12Hz version - https://vimeo.com/1023275135/378186db55
  • सच में कमाल का काम है, और Langford Basilisk के neurologically संभव होने पर मेरा भरोसा भी करीब 25% बढ़ गया
  • यह अच्छी तरह ज्ञात है कि visual patterns brain activity को प्रभावित करते हैं, और neurophysiologists इसे clinical practice में इस्तेमाल करते हैं। जैसे EEG cap पहनाकर checkerboard pattern दिखाते हैं और फिर देखते हैं कि activity normal है या नहीं
    अब सवाल यह है कि यह stimulation और उसके परिणामस्वरूप होने वाला cerebrospinal fluid flow सच में लाभदायक है या नहीं। पता नहीं activity को तेजी से बढ़ाने से neural spikes से बने waste accumulation के कारण rebound cleaning attempt होता है, या यह brain massage की तरह ताजगी देने वाला cerebrospinal fluid drainage देता है
    मुझे शक है कि यह health improve करने वाली activity नहीं भी हो सकती। अगर पूरे शरीर की centrifuge में 6G पर घुमाया जाए तो cerebrospinal fluid ज्यादा flow कर सकता है, लेकिन वह भी health के लिए अच्छा नहीं लगेगा
  • पेपर में कहा गया है कि images बनाने के लिए http://psychtoolbox.org/ का इस्तेमाल किया गया

    Psychophysics Toolbox Version 3 (PTB-3) is a free set of Matlab and GNU Octave functions for vision and neuroscience research
    दुख होता है कि वैज्ञानिक code लगभग share नहीं करना चाहते। वे paper को अधिक आसानी से reproducible क्यों नहीं बनाना चाहते?

  • v0.3 को देखते हुए मुझे वैसा ही effect होता है जैसा मैं चाहूं तो manually trigger कर सकता हूं। मुझे हमेशा लगा है कि मैं दिमाग में कोई flow trigger कर रहा हूं, लेकिन वास्तव में क्या हो रहा है यह verify करने का कोई तरीका नहीं है
    manually trigger करने पर यह ज्यादा strong होता है, और ऐसा लगता है जैसे यह रीढ़ के नीचे बहता है और आखिर में कमजोर signal अंगों तक पहुंचता है। शायद इसलिए यह cerebrospinal fluid नहीं भी हो सकता। अजीब बात है कि उसके बाद मैं ज्यादा स्पष्ट सोच पाता हूं, लेकिन दिमाग खुद का आकलन करने में बहुत खराब होता है, इसलिए यह असली effect के बजाय भ्रम होने की संभावना ज्यादा है। क्या कोई और है जो दिमाग में ऐसा एहसास manually trigger कर सकता है?

• “यह चूहों में मौजूद है” से “यह इंसानों में भी सच में मौजूद है और vestigial organ नहीं है” तक पहुंचने में 12 साल लगना काफी लंबा लगता है
  लोग contrast agent के साथ brain MRI तो हमेशा कराते हैं, फिर यह कभी सामने क्यों नहीं आया? क्या इसलिए कि कोई इसे खोज ही नहीं रहा था? या इसलिए कि mechanism धीमा था?

  • “contrast brain MRI” खोजने पर सबसे बड़ा फर्क यह लगता है कि सामान्य MRI में contrast agent blood में जाता है, जबकि यहां contrast agent सीधे cerebrospinal fluid में जाता है। इसके लिए skull खोलनी पड़ती होगी, इसलिए यह निश्चित रूप से आसान नहीं लगता
  • दो बातें हैं। पहली, blood-brain barrier और cerebrospinal fluid को बहुत छोटे molecules को छोड़कर अलग रहना चाहिए। इसलिए CT angiography में हम अलग-अलग blood vessels देख सकते हैं। ऐसे process को जीवित अवस्था में सीधे access करना काफी मुश्किल है
    दूसरी, neuroscience community का बड़ा हिस्सा यह मानता रहा है कि mouse models से निकली कुछ findings humans में भी काम करती हैं। इसे आसानी से साबित नहीं किया जा सकता था, इसलिए लोगों ने advanced imaging techniques जैसे दूसरे-best tools इस्तेमाल करके दिखाया कि ऐसा होने की संभावना बहुत अधिक है। अतिरिक्त evidence से आगे, इस तरह की research हमें यह समझना शुरू करने देती है कि सिर खोले बिना in vivo processes का अनुमान लगाने वाले दूसरे-best tools वास्तविकता के कितने करीब हैं
  • diffusion pattern देखने के लिए dye को cerebrospinal fluid में inject किया गया
    लगता है इस procedure को पहले humans में safe साबित करना जरूरी रहा होगा। साथ ही ऐसे subjects चाहिए थे जो पहले से किसी खास प्रकार की brain surgery करा रहे हों
  • क्योंकि आम तौर पर gadolinium को cerebrospinal fluid में inject नहीं किया जाता। ऐसा करना अपने आप में काफी unexplored area है, और ये researchers इस unique dataset को खोजकर दिलचस्प सवाल पूछ सके

• “अन्य studies ने सुझाव दिया है कि glymphatic system sleep के दौरान सबसे active हो सकता है।”
  इतना ही नहीं, सही sleeping posture भी यहां relevant है। वैज्ञानिक का नाम याद नहीं है, लेकिन उन्होंने primates और natural sleeping posture का अध्ययन किया था, और कहा था कि वही posture accumulated brain waste को धोने के लिए cerebrospinal fluid pathways खोलता है

  • याद है कौन-सा posture था?

• दिलचस्प। frequency-response hypothesis क्या है? lymph drainage ऐसी चीज नहीं लगती जिसे कोई रोज करना चाहे, जब तक system में कोई problem न हो

• यह सच में बहुत अच्छी तरह दिखाता है कि science कितनी धीमी है, और information distribution mechanisms कितने fragmented हैं

  • या फिर शायद इसलिए कि brain बेहद complex organ है, और specific या general जरूरतों को पूरा करने वाले ढेरों known और unknown functions से भरा है। हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि brain की मौजूदा समझ तक पहुंचने में हमें इंसान के रूप में 100,000 साल लगे हैं। मुझे लगता है आप थोड़ा कठोर होकर देख रहे हैं