ধরুন, আজ আপনার ভীষণ মন খারাপ। জানালা দিয়ে ঘন নীল আকাশের দিকে তাকিয়ে আপনি অনেক কিছু ভাবছেন। একসময় দেখলেন আপনার মন ভালো হয়ে গেল। অথচ এই সময়ে আপনার শরীরে এমন কিছু ঘটে গেছে, যা আপনার মনকে নিয়ন্ত্রণ করে। আসলে নীল রং আপনার মস্তিষ্কের বা ব্রেইনের কিছু নিউরনকে উদ্দীপ্ত বা স্টিমুলেট করে শরীরে কিছু হরমোন ছড়িয়ে দিয়েছে, যা আপনার মন ভালো করে দেয়। ভাবুন তো, কারও এমন বিষণ্ণতা বা ডিপ্রেশন আছে, যার জন্য ওষুধের প্রয়োজন হয়। সামনে এমন দিন আসছে, যখন ডিপ্রেশন বা দুশ্চিন্তা হলেই মাথায় একটু নীল আলো ফেললেই আপনি ভালো বোধ করতে শুরু করবেন।
এটাই হলো অপটোজেনেটিকস। অর্থাৎ আলো দিয়ে মাথার নিউরনগুলোকে আপনি নিয়ন্ত্রণ করবেন, আর সেই নিউরন আপনার মন ও শরীরকে সেভাবেই নিয়ন্ত্রণ করবে, যেভাবে আপনি চান। এই অভিনব পথ ও সম্ভাবনার দরজা খুলে দেওয়ার জন্যই এ বছর চিকিৎসাশাস্ত্র বা মেডিসিনে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়েছে।
জাদুকরি অপটোজেনেটিকস: এককোষী শৈবাল থেকে অন্ধত্বের চিকিৎসা
অপটোজেনেটিকস: কী কেন কীভাবেআলো দিয়ে মাথার নিউরনগুলোকে আপনি নিয়ন্ত্রণ করবেন, আর সেই নিউরন আপনার মন ও শরীরকে সেভাবেই নিয়ন্ত্রণ করবে, যেভাবে আপনি চান।শৈবালের জাদুকরি প্রোটিন
কিন্তু বিষয়টি এত সহজে আবিষ্কৃত হয়নি। বিজ্ঞানীরা যেভাবে একটি প্রশ্নের উত্তর জানতে গিয়ে আরেক রহস্যের বাক্স ধরে এগোতে থাকেন, এটিও ঠিক সে রকম এক গল্প।
দারুণ এই আবিষ্কারের গল্পের শুরু হয়েছিল ১৯৯০-এর দশকে। আমরা সবাই জানি, পুকুরের পানিতে শৈবাল থাকে। এদের অনেকেই এককোষী। আমাদের শরীরে যেমন ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন কোষ থাকে, সেখানে এদের শরীরে থাকে মাত্র একটি কোষ এবং এটি দিয়েই সব কাজ করতে হয়। নিজের শরীরের জন্য খাবার সংগ্রহ করা, বানানো, সেই খাবার হজম করা থেকে শুরু করে পানিতে সাঁতরে বেড়ানো—সবই করে ওই এক কোষ দিয়ে। ভীষণ কর্মক্ষম বা এফিসিয়েন্ট এই একটিমাত্র কোষ।
ক্ল্যামাইডোমোনাস শৈবাল আইস্পটের সাহায্যে আলো শনাক্ত করেওহ! বলতে ভুলেই গেছি, এই শৈবালগুলোর নাম ‘ক্ল্যামাইডোমোনাস’ (Chlamydomonas)। এরা কিন্তু গাছের মতোই সূর্যের আলো কাজে লাগিয়ে নিজেদের খাবার তৈরি করে, যাকে আমরা বলি সালোকসংশ্লেষণ।
কিন্তু প্রশ্ন হলো, এগুলো পানির নিচ থেকে ওপরে ভেসে এসে কীভাবে বোঝে যে বাইরে রোদ উঠেছে? বা দিনের আলোয় খাবার বানাতে হবে? কীভাবে সে আলো সংগ্রহ করে? এদের তো গাছের মতো পাতা নেই, বরং আছে ওই একটিমাত্র কোষ। এদের মস্তিষ্ক নেই, স্নায়ুতন্ত্র নেই, এমনকি একটি স্নায়ুকোষও নেই। অথচ আলো জ্বললে এরা ঠিক আলোর দিকেই সাঁতরে যায়। কীভাবে যায়? কীভাবে সে বোঝে আলো কোন দিকে?
আলো দিয়ে স্নায়ু নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি অপটোজেনেটিকসে চিকিৎসাবিজ্ঞানের নোবেলপুকুরের পানিতে শৈবাল থাকে। এদের অনেকেই এককোষী। আমাদের শরীরে যেমন ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন কোষ থাকে, সেখানে এদের শরীরে থাকে মাত্র একটি কোষ এবং এটি দিয়েই সব কাজ করতে হয়।আলো ধরার রহস্য ভেদ
ঠিক এই প্রশ্নেরই উত্তর খুঁজছিলেন জার্মান বিজ্ঞানী পিটার হেগেম্যান। ড. হেগেম্যান জানতেন, এসব শৈবালের গায়ে একটি ছোট্ট ‘আইস্পট’ বা চোখের মতো অংশ আছে, হয়তো সেটি দিয়েই তারা আলো টের পায়। কিন্তু আলোকে সে কীভাবে রাসায়নিক শক্তি বা কেমিক্যাল এনার্জিতে রূপান্তরিত করে? কী সেই মেকানিজম বা কৌশল? জার্মানির মিউনিখের কাছে মার্টিনসরিডে অবস্থিত বিখ্যাত গবেষণা প্রতিষ্ঠান ‘ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অব বায়োকেমিস্ট্রি’তে বসে সেই প্রশ্নের উত্তর খুঁজতে গিয়ে তাঁর হাইপোথিসিস বা অনুমান ছিল, এসব শৈবালে নিশ্চয়ই লাইট রিসেপ্টর বা আলো গ্রহণকারী অংশ আছে।
নাগেল ও হেগেম্যান ক্ল্যামাইডোমোনাস-এর জিন ব্যাঙের ডিম্বাণুতে প্রবেশ করানসেই সূত্র ধরে তিনি এসব শৈবালে এমন একটি জিন আবিষ্কার করলেন, যা একধরনের আলো-সংবেদনশীল (লাইট সেনসিটিভ) প্রোটিন তৈরি বা কোড করে। পরে তিনি বার্লিনের হুমবোল্ট ইউনিভার্সিটিতে চলে যান এবং এখনো তিনি সেখানেই আছেন। কিন্তু একজন রসায়নবিদ বা কেমিস্ট হিসেবে শৈবালের শরীরে এসব প্রোটিন কীভাবে কাজ করে, একা সেই প্রশ্নের উত্তর পাচ্ছিলেন না। তাই তিনি জুটি বাঁধলেন জীবপদার্থবিদ বা বায়োফিজিসিস্ট গেয়র্গ নাগেলের সঙ্গে। ফ্রাঙ্কফুর্টের ‘ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অব বায়োফিজিকস’-এ বসে ড. গেয়র্গ নাগেল সেই জিনটি ব্যাঙের ডিমের ভেতর ঢুকিয়ে দিলেন।
এখন পর্যন্ত মাত্র একজন রোগী অপটোজেনেটিকস থেকে সরাসরি উপকৃত হয়েছেন—গেওর্গ নাগেল, চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেলজয়ীড. হেগেম্যান জানতেন, এসব শৈবালের গায়ে একটি ছোট্ট ‘আইস্পট’ বা চোখের মতো অংশ আছে, হয়তো সেটি দিয়েই তারা আলো টের পায়।সেখানে তাঁরা দেখলেন, নীল আলো ফেললেই এই প্রোটিনটি একটি চ্যানেল বা গেটের মতো খুলে যায়। আর এর ভেতর দিয়ে পজিটিভ আয়ন কোষে ঢুকতে থাকে। চ্যানেল হলো অনেকটা বাঁধের গেট খুলে দেওয়ার মতো। গেট খুললেই বাঁধের পানি যেমন উপচে পড়ে, তেমনি হাজার হাজার আয়ন হুড়মুড় করে ঢুকে পড়ে। আবার আলো বন্ধ করে দিলে গেটও বন্ধ হয়ে যায়। পুরো ব্যাপারটা ঘটে মাত্র কয়েক মিলিসেকেন্ডে। তাঁরা এই প্রোটিনটির নাম দিলেন ‘চ্যানেলরোডপসিন-২’, যা মূলত আলোর উপস্থিতিতে একটি সুইচের মতো কাজ করে।
অপটোজেনেটিকস আবিষ্কার করে চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পেলেন তিন বিজ্ঞানীচ্যানেল হলো অনেকটা বাঁধের গেট খুলে দেওয়ার মতো। গেট খুললেই বাঁধের পানি যেমন উপচে পড়ে, তেমনি হাজার হাজার আয়ন হুড়মুড় করে ঢুকে পড়ে। আবার আলো বন্ধ করে দিলে গেটও বন্ধ হয়ে যায়।কল্পনা থেকে বাস্তবে অপটোজেনেটিকস
মজার ব্যাপার হলো, আলো দিয়ে ব্রেইন বা মস্তিষ্ক কন্ট্রোল করার এই পাগলাটে স্বপ্নটি প্রথম দেখেছিলেন ডিএনএর গঠন আবিষ্কারক বিখ্যাত বিজ্ঞানী ফ্রান্সিস ক্রিক। যুক্তরাষ্ট্রের ক্যালিফোর্নিয়ার লা হোইয়ায় অবস্থিত সক (Salk) ইনস্টিটিউটে বসে ১৯৯৯ সালের দিকে তিনি বলেছিলেন, মস্তিষ্ককে বুঝতে হলে আমাদের এমন একটি সুইচ লাগবে, যা দিয়ে নির্দিষ্ট কিছু নিউরনকে আলোর ইশারায় চালু বা বন্ধ করা যাবে। যদিও সেই সময়ে তিনি নিজেই ভেবেছিলেন, আইডিয়াটি বড্ড বেশি কল্পনাবিলাসী। এর আগে বিজ্ঞানীরা সামুদ্রিক শামুক বা জোঁকের নিউরনে লেজার রশ্মি মেরে তা নিয়ন্ত্রণ করার চেষ্টা করেছিলেন, কিন্তু সেই তীব্র আলোতে কোষগুলো পুড়ে ছাই হয়ে গিয়েছিল। তাই হেগেম্যান আর নাগেলের এই শৈবালের প্রোটিন আবিষ্কারটি ছিল আক্ষরিক অর্থেই এক যুগান্তকারী ব্যাপার।
পরের গল্পটি আরও মজার। জীববিজ্ঞানের যেকোনো মৌলিক আবিষ্কার আমাদের মানবজাতির কল্যাণে কীভাবে কাজে আসবে, সেটিই থাকে সবার চূড়ান্ত লক্ষ্য। একেই আমরা বলি ট্রান্সলেশনাল সায়েন্স।
২০০০ সালের শুরুর দিকে ক্যালিফোর্নিয়ার স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটির এক তরুণ সাইকিয়াট্রিস্ট এবং নিউরোসায়েন্টিস্ট কার্ল ডাইসারোথ মানসিক অবসাদ বা অ্যাংজাইটির রোগীদের চিকিৎসা করতেন। সেই সময়ে মানসিক রোগের চিকিৎসায় যেসব ওষুধ ব্যবহার করা হতো, তা মস্তিষ্কের সব জায়গায় ছড়িয়ে পড়ত। অনেকটা ‘মশা মারতে কামান দাগা’র মতো অবস্থা—কোথাও না কোথাও লেগে গেলেই হলো। ডাইসারোথ এমন একটি উপায় খুঁজছিলেন, যাতে মস্তিষ্কের সব জায়গায় অকারণে আঘাত না করে শুধু নির্দিষ্ট যে নিউরনগুলো এই অবসাদ বা অ্যাংজাইটির জন্য দায়ী, তাদের নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
এখন জীবন্ত প্রাণীর ভেতরটাও আমরা নিখুঁতভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে পারি— কার্ল ডাইসারোথ, চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেলজয়ী২০০০ সালের শুরুর দিকে ক্যালিফোর্নিয়ার স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটির এক তরুণ সাইকিয়াট্রিস্ট এবং নিউরোসায়েন্টিস্ট কার্ল ডাইসারোথ মানসিক অবসাদ বা অ্যাংজাইটির রোগীদের চিকিৎসা করতেন।মস্তিষ্কে আলোর ঝলকানি
ডাইসারোথের আইডিয়া ছিল, যে নিউরনগুলো বেশি সক্রিয় বা অ্যাকটিভ, সেগুলোকে নিষ্ক্রিয় করা অথবা যেগুলো বেশি নিষ্ক্রিয়, সেগুলোকে সক্রিয় করা। কিন্তু রাসায়নিক পদার্থ দিয়ে নিউরনকে নিয়ন্ত্রণ করা এতটা নিখুঁত হবে না। ঠিক সেই সময়েই তিনি জানতে পারেন নাগেলের আবিষ্কারের কথা। তিনি ভাবলেন, এই প্রোটিনকে যদি নিউরনে যুক্ত করে দেওয়া যায়, তাহলে আলো দিয়ে এদের সক্রিয় বা নিষ্ক্রিয় করা যেতে পারে।
যেই ভাবা, সেই কাজ। ডাইসারোথ নাগেলের ল্যাব থেকে সেই চ্যানেলরোডপসিন-২ জিনটি সংগ্রহ করলেন। কিন্তু শৈবালের এই জিন স্তন্যপায়ী প্রাণীর মস্তিষ্কে ঢোকানো এত সহজ নয়। ঢোকানো গেলেও তা কাজ করবে কি না, কেউ জানে না।
ডাইসারোথ পেট্রি ডিশে রাখা স্নায়ুকোষে চ্যানেলরোডপসিন-২ তৈরির জিন প্রবেশ করানডাইসারোথ ‘লেন্টিভাইরাস’ নামের একধরনের ভাইরাসের সাহায্যে জিনটিকে কালচার করা স্তন্যপায়ী প্রাণীর নিউরন কোষে (পেট্রি ডিশ বা সেল কালচার প্লেটে রাখা) ঢুকিয়ে দিলেন। যেহেতু প্রোটিনটি আলোর প্রতি সংবেদনশীল, তাই ডাইসারোথ ল্যাবে সেই নিউরনগুলোর ওপর এরপর নীল আলো ফেললেন (টর্চলাইটের মতো)। এরপরই ঘটল সেই ম্যাজিক! মিলি-সেকেন্ডের মধ্যে নিউরনগুলো অ্যাকটিভ হয়ে নিখুঁত বৈদ্যুতিক সংকেত বা অ্যাকশন পটেনশিয়াল তৈরি করতে শুরু করল।
আলোর সাহায্যে কীভাবে মস্তিষ্ক নিয়ন্ত্রণ করা যায়, জানালেন নোবেলজয়ী বিজ্ঞানী কার্ল ডাইসারোথডাইসারোথ নাগেলের ল্যাব থেকে সেই চ্যানেলরোডপসিন-২ জিনটি সংগ্রহ করলেন। কিন্তু শৈবালের এই জিন স্তন্যপায়ী প্রাণীর মস্তিষ্কে ঢোকানো এত সহজ নয়।এই ধরনের প্রোটিন কাজ করার জন্য সাধারণত বাইরে থেকে ‘রেটিনাল’ নামের এক কেমিক্যাল বা রাসায়নিক উপাদান দিতে হয়। কিন্তু ডাইসারোথ ও নাগেল দেখলেন, প্রাণীর কোষে প্রাকৃতিকভাবেই যে সামান্য রেটিনাল থাকে, তা দিয়েই এই সুইচ চমৎকার কাজ করছে। বাইরে থেকে আর বাড়তি কোনো রাসায়নিক উপাদান দিতে হলো না। নিউরন তো কাজ করল, কিন্তু জ্যান্ত প্রাণীর মস্তিষ্কে আলো ফেলব কীভাবে? আমাদের মস্তিষ্কের চারদিকে তো অন্য অনেক কোষের দেয়াল। সঙ্গে আছে বাইরের মাথার খুলি। তবে বিজ্ঞানীরা তো দমে যাওয়ার পাত্র নন।
যত চ্যালেঞ্জ, তত উত্তেজনা! ততটাই সমস্যা সমাধানের নেশা। এ জন্যই বুঝি তাঁরা নোবেল পান!
কার্ল ডাইসারোথ এই সমস্যা সমাধানের প্রথম ধাপে সেই চ্যানেলরোডপসিন প্রোটিনটিকে যুক্ত করে দিলেন ইঁদুরের মস্তিষ্কের সেই অংশে, যা তাদের গোঁফ নাড়াচাড়া নিয়ন্ত্রণ করে। এরপর একটি অপটিক্যাল ফাইবার ঢুকিয়ে দিলেন ইঁদুরের মস্তিষ্কে, যেন নীল লেজার রশ্মি জ্যান্ত ইঁদুরের মস্তিষ্কের সেই অংশে আলো ফেলতে পারে। এরপর? যা ভাবছেন, ঠিক তা-ই হলো।
যে আবিষ্কারের কারণে চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পেলেন তিন বিজ্ঞানীডাইসারোথ ও নাগেল দেখলেন, প্রাণীর কোষে প্রাকৃতিকভাবেই যে সামান্য রেটিনাল থাকে, তা দিয়েই এই সুইচ চমৎকার কাজ করছে। বাইরে থেকে আর বাড়তি কোনো রাসায়নিক উপাদান দিতে হলো না।সেই অপটিক ফাইবারে আলো ফেলতেই ইঁদুরটি তার গোঁফ নাড়াতে শুরু করল। আলোর সুইচ অন করলেই মস্তিষ্ক কাজ করছে, আর অফ করলেই থেমে যাচ্ছে। জিনতত্ত্ব ও আলোকপ্রযুক্তির এই যে অভূতপূর্ব মেলবন্ধন, কার্ল ডাইসারোথ ও তাঁর সহকর্মীরা ২০০৬ সালে এর নাম দিলেন অপটোজেনেটিকস।
২০০৬ সালে কার্লের গবেষণা দল জীবিত ইঁদুরের মস্তিষ্কের কিছু বিশেষ নিউরনে চ্যানেলরডোপ্সিন-২ প্রবেশ করান, আর ইঁদুরের খুলিতে একটা ছোট্ট ছিদ্র দিয়ে একটা অতিসুক্ষ্ম অপটিক্যাল ফাইবার প্রবেশ করিয়ে সেই নিউরনে পাঠান আলোডাইসারোথ এখানেই থেমে থাকেননি। তাঁর এই পদ্ধতি যে কাজ করছে, সেটি প্রমাণের জন্য মস্তিষ্কের যেসব অংশ আমাদের নড়াচড়া কন্ট্রোল করে, সেখানে প্রোটিনটি জুড়ে দিলেন। তারপর দেখালেন, আলো দিলেই ইঁদুরটি শুধু বাঁ দিকে ঘুরছে। জেনে রাখা ভালো, আমাদের মস্তিষ্কের বাঁ পাশ বা লেফট হেমিস্ফিয়ার শরীরের ডান দিকের এবং ডান পাশ শরীরের বাঁ দিকের নড়াচড়া নিয়ন্ত্রণ করে। শরীরবিদ্যার ভাষায় একে বলা হয় ‘কন্ট্রাল্যাটারাল কন্ট্রোল’।
অচেনা মেইল পেয়ে কল ব্যাক করতেই শুনলেন নোবেল জয়ের খবরজিনতত্ত্ব ও আলোকপ্রযুক্তির এই যে অভূতপূর্ব মেলবন্ধন, কার্ল ডাইসারোথ ও তাঁর সহকর্মীরা ২০০৬ সালে এর নাম দিলেন অপটোজেনেটিকস। ডাইসারোথ এখানেই থেমে থাকেননি।মস্তিষ্ক নিয়ন্ত্রণ ও অন্ধত্বের চিকিৎসা
ডাইসারোথ এখানেই থেমে যাননি। তিনি তাঁর এই অপটোজেনেটিকস ব্যবহার করে মস্তিষ্কের ঘুম এবং জেগে থাকার রহস্যও ভেদ করেছেন। একই বিশ্ববিদ্যালয় স্ট্যানফোর্ডের লুইস ডি লেসিয়ার ল্যাবের সঙ্গে যৌথ গবেষণায় তিনি মস্তিষ্কের ‘ল্যাটারাল হাইপোথ্যালামাস’-এর নির্দিষ্ট নিউরনে আলো ফেলেন। এভাবেই তিনি প্রমাণ করেন যে কীভাবে ঠিক এই কোষগুলোর বৈদ্যুতিক সংকেতই আমাদের ঘুম থেকে জাগিয়ে তোলে। এমনকি মানুষের উদ্বেগ বা অ্যাংজাইটি মস্তিষ্কের ঠিক কোন নির্দিষ্ট নিউরন বা সার্কিট ধরে তৈরি হয়, তা-ও তিনি আলো ফেলে ম্যাপিং করে দেখিয়েছেন।
গত কয়েক বছরে ডাইসারোথের এই আবিষ্কার সায়েন্স ফিকশনের মতো নিউরোসায়েন্সে রীতিমতো বিপ্লব ঘটিয়ে চলেছে। ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজিতে (এমআইটি) আরেক নোবেলজয়ী বিজ্ঞানী সুসুমু টোনেগাওয়ার ল্যাবে বিজ্ঞানীরা এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে ইঁদুরের মস্তিষ্কে আস্ত একটি মিথ্যা স্মৃতি তৈরি করে ফেলেছেন। তাঁরা ইঁদুরের মস্তিষ্কের ভয়ের স্মৃতির নিউরনগুলোকে আলোর সাহায্যে এমনভাবে নিয়ন্ত্রণ করলেন যে ইঁদুরটি একটি সম্পূর্ণ নিরাপদ ঘরে বসেও প্রচণ্ড ভয় পেতে শুরু করল। অথচ সেই ঘরে তার ভয় পাওয়ার মতো কোনো অভিজ্ঞতাই আগে হয়নি।
মস্তিষ্ক কি নিজেই নিজের ডাক্তারি করতে পারেএকই বিশ্ববিদ্যালয় স্ট্যানফোর্ডের লুইস ডি লেসিয়ার ল্যাবের সঙ্গে যৌথ গবেষণায় ডাইসারোথ মস্তিষ্কের ল্যাটারাল হাইপোথ্যালামাস-এর নির্দিষ্ট নিউরনে আলো ফেলেন।শুধু স্মৃতি নয়, বিজ্ঞানীরা প্রাণীর আবেগ এবং আচরণও হ্যাক করে ফেললেন। ক্যালিফোর্নিয়ার ক্যালটেকে ডেভিড অ্যান্ডারসনের ল্যাবে বিজ্ঞানীরা দেখালেন, মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট কিছু নিউরনে আলো ফেলে ইঁদুরের রাগের মাত্রা সুইচের মতো বাড়ানো বা কমানো যায়। আবার হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটির ক্যাথরিন দুলাকের গবেষণায় দেখা গেল, মাতৃত্বের মতো সহজাত প্রবৃত্তিকে মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট সার্কিটে আলো ফেলে আক্ষরিক অর্থেই সুইচ অন বা অফ করা সম্ভব। অর্থাৎ আমাদের রাগ, ভয়, ভালোবাসা—সবকিছুরই আলাদা আলাদা কন্ট্রোল প্যানেল আছে মস্তিষ্কে, যা আলো দিয়ে নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
সবচেয়ে দারুণ ব্যাপার হলো, এই ম্যাজিক এখন মানুষের চিকিৎসায় ব্যবহৃত হতে শুরু করেছে। ‘রেটিনাইটিস পিগমেন্টোসা’ নামের এক বংশগত চোখের রোগে রেটিনার কোষ নষ্ট হয়ে মানুষ চিরতরে অন্ধ হয়ে যায়। সুইজারল্যান্ডের বাসেলে ‘ইনস্টিটিউট অব মলিকুলার অ্যান্ড ক্লিনিক্যাল অফথালমোলজি’র বিজ্ঞানী বোটন্ড রোস্কা এবং তাঁর দল প্যারিসের ‘ইনস্টিটিউট দো লা ভিশন’-এর হোসে সাহেলের সঙ্গে মিলে কাজ করেছেন। তাঁরা অপটোজেনেটিকস ব্যবহার করে ‘ক্রিমসন’ নামের একটি লাল আলোর প্রতি সংবেদনশীল প্রোটিন একজন অন্ধ মানুষের চোখের রেটিনায় ঢুকিয়ে দেন। এরপর বিশেষ এক গগলসের সাহায্যে আলো ফেলে সেই অন্ধ মানুষটির দৃষ্টি আংশিক ফিরিয়ে আনতে সক্ষম হন তাঁরা। ফলে সেই ব্যক্তি আবার দেখতে শুরু করেছেন।
মস্তিষ্ক কি সত্যিই মাল্টিটাস্কিং করতে পারে, বিজ্ঞান কী বলেক্যালিফোর্নিয়ার ক্যালটেকে ডেভিড অ্যান্ডারসনের ল্যাবে বিজ্ঞানীরা দেখালেন, মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট কিছু নিউরনে আলো ফেলে ইঁদুরের রাগের মাত্রা সুইচের মতো বাড়ানো বা কমানো যায়।চিকিৎসাবিজ্ঞানে নতুন দিগন্ত
শত শত বছর ধরে বিজ্ঞানীরা মস্তিষ্ককে কেবল বাইরে থেকে দেখতেন। কিন্তু কার্ল ডাইসারোথ এবং তাঁর সহকর্মীদের এই অপটোজেনেটিকস আবিষ্কার মস্তিষ্ককে স্রেফ পর্যবেক্ষণ করার বদলে সরাসরি নিয়ন্ত্রণ করার অসীম ক্ষমতা এনে দিয়েছে। বিজ্ঞানীদের এই স্বপ্নকে বাস্তবে রূপ দেওয়া আর অসীম এক সম্ভাবনার দুয়ার খুলে দেওয়ার জন্যই কার্ল ডাইসারোথ, পিটার হেগেম্যান এবং গেয়র্গ নাগেলকে এ বছর চিকিৎসায় নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়েছে।
ভবিষ্যতে হয়তো মাথার খুলি ফুটো না করে কেবল পরিধানযোগ্য বা পরিধেয় এলইডি দিয়ে আমাদের ত্বক বা হাড়ের বাইরে থেকেই প্রান্তীয় স্নায়ু বা মস্তিষ্কের গভীরের কোষ নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব হবে। ব্যথানাশক, মৃগীরোগ, বধিরতা বা অপরিহার্য কাঁপুনি নিরাময়ে এগুলো দারুণ কাজ করতে পারে।
বিজ্ঞানে মৌলিক কৌতূহল বা বেসিক সায়েন্স গবেষণা কতটা জরুরি, এর চেয়ে ভালো উদাহরণ আর নেই। শৈবালের গবেষণা থেকে অন্ধকে আলো দেখানো, বিজ্ঞান যেন এক অপার সম্ভাবনার দরজা।
লেখক: পিএইচডি, ট্রান্সলেশনাল বায়োসায়েন্স রিসার্চ ফেলো ও ফ্লেয়ার ফেলো, এন্ডোক্রাইন সোসাইটি, ইউএসএ এবং জর্জটাউন-হাওয়ার্ড ইউনিভার্সিটিজ সেন্টার ফর ক্লিনিক্যাল অ্যান্ড ট্রান্সলেশনাল সায়েন্স ওয়াশিংটন, যুক্তরাষ্ট্র।
সূত্র: ১. Warden, M. R., Selimbeyoglu, A., Mirzabekov, J. J., Lo, M., Thompson, K. R., Kim, S. Y., ... & Deisseroth, K. (2012). A prefrontal cortex–brainstem neuronal projection that controls response to behavioural challenge. Nature, 492(7429), 428-432.
২. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A. M., Bamberg, E., & Hegemann, P. (2002). Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science, 296(5577), 2395-2398.
৩. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K. (2005). Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature neuroscience, 8(9), 1263-1268.
৪. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., ... & Bamberg, E. (2003). Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(24), 13940-13945.
5. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A. M., Bamberg, E., & Hegemann, P. (2002). Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science, 296(5577), 2395-2398.
6. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K. (2005). Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature neuroscience, 8(9), 1263-1268.
7. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., ... & Bamberg, E. (2003). Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(24), 13940-13945.
মস্তিষ্ক কি একসঙ্গে একাধিক কাজ করতে পারে
কিন্তু বিষয়টি এত সহজে আবিষ্কৃত হয়নি। বিজ্ঞানীরা যেভাবে একটি প্রশ্নের উত্তর জানতে গিয়ে আরেক রহস্যের বাক্স ধরে এগোতে থাকেন, এটিও ঠিক সে রকম এক গল্প।
দারুণ এই আবিষ্কারের গল্পের শুরু হয়েছিল ১৯৯০-এর দশকে। আমরা সবাই জানি, পুকুরের পানিতে শৈবাল থাকে। এদের অনেকেই এককোষী। আমাদের শরীরে যেমন ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন কোষ থাকে, সেখানে এদের শরীরে থাকে মাত্র একটি কোষ এবং এটি দিয়েই সব কাজ করতে হয়। নিজের শরীরের জন্য খাবার সংগ্রহ করা, বানানো, সেই খাবার হজম করা থেকে শুরু করে পানিতে সাঁতরে বেড়ানো—সবই করে ওই এক কোষ দিয়ে। ভীষণ কর্মক্ষম বা এফিসিয়েন্ট এই একটিমাত্র কোষ।
ক্ল্যামাইডোমোনাস শৈবাল আইস্পটের সাহায্যে আলো শনাক্ত করেওহ! বলতে ভুলেই গেছি, এই শৈবালগুলোর নাম ‘ক্ল্যামাইডোমোনাস’ (Chlamydomonas)। এরা কিন্তু গাছের মতোই সূর্যের আলো কাজে লাগিয়ে নিজেদের খাবার তৈরি করে, যাকে আমরা বলি সালোকসংশ্লেষণ।
কিন্তু প্রশ্ন হলো, এগুলো পানির নিচ থেকে ওপরে ভেসে এসে কীভাবে বোঝে যে বাইরে রোদ উঠেছে? বা দিনের আলোয় খাবার বানাতে হবে? কীভাবে সে আলো সংগ্রহ করে? এদের তো গাছের মতো পাতা নেই, বরং আছে ওই একটিমাত্র কোষ। এদের মস্তিষ্ক নেই, স্নায়ুতন্ত্র নেই, এমনকি একটি স্নায়ুকোষও নেই। অথচ আলো জ্বললে এরা ঠিক আলোর দিকেই সাঁতরে যায়। কীভাবে যায়? কীভাবে সে বোঝে আলো কোন দিকে?
আলো দিয়ে স্নায়ু নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি অপটোজেনেটিকসে চিকিৎসাবিজ্ঞানের নোবেলপুকুরের পানিতে শৈবাল থাকে। এদের অনেকেই এককোষী। আমাদের শরীরে যেমন ট্রিলিয়ন ট্রিলিয়ন কোষ থাকে, সেখানে এদের শরীরে থাকে মাত্র একটি কোষ এবং এটি দিয়েই সব কাজ করতে হয়।আলো ধরার রহস্য ভেদ
ঠিক এই প্রশ্নেরই উত্তর খুঁজছিলেন জার্মান বিজ্ঞানী পিটার হেগেম্যান। ড. হেগেম্যান জানতেন, এসব শৈবালের গায়ে একটি ছোট্ট ‘আইস্পট’ বা চোখের মতো অংশ আছে, হয়তো সেটি দিয়েই তারা আলো টের পায়। কিন্তু আলোকে সে কীভাবে রাসায়নিক শক্তি বা কেমিক্যাল এনার্জিতে রূপান্তরিত করে? কী সেই মেকানিজম বা কৌশল? জার্মানির মিউনিখের কাছে মার্টিনসরিডে অবস্থিত বিখ্যাত গবেষণা প্রতিষ্ঠান ‘ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অব বায়োকেমিস্ট্রি’তে বসে সেই প্রশ্নের উত্তর খুঁজতে গিয়ে তাঁর হাইপোথিসিস বা অনুমান ছিল, এসব শৈবালে নিশ্চয়ই লাইট রিসেপ্টর বা আলো গ্রহণকারী অংশ আছে।
নাগেল ও হেগেম্যান ক্ল্যামাইডোমোনাস-এর জিন ব্যাঙের ডিম্বাণুতে প্রবেশ করানসেই সূত্র ধরে তিনি এসব শৈবালে এমন একটি জিন আবিষ্কার করলেন, যা একধরনের আলো-সংবেদনশীল (লাইট সেনসিটিভ) প্রোটিন তৈরি বা কোড করে। পরে তিনি বার্লিনের হুমবোল্ট ইউনিভার্সিটিতে চলে যান এবং এখনো তিনি সেখানেই আছেন। কিন্তু একজন রসায়নবিদ বা কেমিস্ট হিসেবে শৈবালের শরীরে এসব প্রোটিন কীভাবে কাজ করে, একা সেই প্রশ্নের উত্তর পাচ্ছিলেন না। তাই তিনি জুটি বাঁধলেন জীবপদার্থবিদ বা বায়োফিজিসিস্ট গেয়র্গ নাগেলের সঙ্গে। ফ্রাঙ্কফুর্টের ‘ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অব বায়োফিজিকস’-এ বসে ড. গেয়র্গ নাগেল সেই জিনটি ব্যাঙের ডিমের ভেতর ঢুকিয়ে দিলেন।
এখন পর্যন্ত মাত্র একজন রোগী অপটোজেনেটিকস থেকে সরাসরি উপকৃত হয়েছেন—গেওর্গ নাগেল, চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেলজয়ীড. হেগেম্যান জানতেন, এসব শৈবালের গায়ে একটি ছোট্ট ‘আইস্পট’ বা চোখের মতো অংশ আছে, হয়তো সেটি দিয়েই তারা আলো টের পায়।সেখানে তাঁরা দেখলেন, নীল আলো ফেললেই এই প্রোটিনটি একটি চ্যানেল বা গেটের মতো খুলে যায়। আর এর ভেতর দিয়ে পজিটিভ আয়ন কোষে ঢুকতে থাকে। চ্যানেল হলো অনেকটা বাঁধের গেট খুলে দেওয়ার মতো। গেট খুললেই বাঁধের পানি যেমন উপচে পড়ে, তেমনি হাজার হাজার আয়ন হুড়মুড় করে ঢুকে পড়ে। আবার আলো বন্ধ করে দিলে গেটও বন্ধ হয়ে যায়। পুরো ব্যাপারটা ঘটে মাত্র কয়েক মিলিসেকেন্ডে। তাঁরা এই প্রোটিনটির নাম দিলেন ‘চ্যানেলরোডপসিন-২’, যা মূলত আলোর উপস্থিতিতে একটি সুইচের মতো কাজ করে।
অপটোজেনেটিকস আবিষ্কার করে চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পেলেন তিন বিজ্ঞানীচ্যানেল হলো অনেকটা বাঁধের গেট খুলে দেওয়ার মতো। গেট খুললেই বাঁধের পানি যেমন উপচে পড়ে, তেমনি হাজার হাজার আয়ন হুড়মুড় করে ঢুকে পড়ে। আবার আলো বন্ধ করে দিলে গেটও বন্ধ হয়ে যায়।কল্পনা থেকে বাস্তবে অপটোজেনেটিকস
মজার ব্যাপার হলো, আলো দিয়ে ব্রেইন বা মস্তিষ্ক কন্ট্রোল করার এই পাগলাটে স্বপ্নটি প্রথম দেখেছিলেন ডিএনএর গঠন আবিষ্কারক বিখ্যাত বিজ্ঞানী ফ্রান্সিস ক্রিক। যুক্তরাষ্ট্রের ক্যালিফোর্নিয়ার লা হোইয়ায় অবস্থিত সক (Salk) ইনস্টিটিউটে বসে ১৯৯৯ সালের দিকে তিনি বলেছিলেন, মস্তিষ্ককে বুঝতে হলে আমাদের এমন একটি সুইচ লাগবে, যা দিয়ে নির্দিষ্ট কিছু নিউরনকে আলোর ইশারায় চালু বা বন্ধ করা যাবে। যদিও সেই সময়ে তিনি নিজেই ভেবেছিলেন, আইডিয়াটি বড্ড বেশি কল্পনাবিলাসী। এর আগে বিজ্ঞানীরা সামুদ্রিক শামুক বা জোঁকের নিউরনে লেজার রশ্মি মেরে তা নিয়ন্ত্রণ করার চেষ্টা করেছিলেন, কিন্তু সেই তীব্র আলোতে কোষগুলো পুড়ে ছাই হয়ে গিয়েছিল। তাই হেগেম্যান আর নাগেলের এই শৈবালের প্রোটিন আবিষ্কারটি ছিল আক্ষরিক অর্থেই এক যুগান্তকারী ব্যাপার।
পরের গল্পটি আরও মজার। জীববিজ্ঞানের যেকোনো মৌলিক আবিষ্কার আমাদের মানবজাতির কল্যাণে কীভাবে কাজে আসবে, সেটিই থাকে সবার চূড়ান্ত লক্ষ্য। একেই আমরা বলি ট্রান্সলেশনাল সায়েন্স।
২০০০ সালের শুরুর দিকে ক্যালিফোর্নিয়ার স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটির এক তরুণ সাইকিয়াট্রিস্ট এবং নিউরোসায়েন্টিস্ট কার্ল ডাইসারোথ মানসিক অবসাদ বা অ্যাংজাইটির রোগীদের চিকিৎসা করতেন। সেই সময়ে মানসিক রোগের চিকিৎসায় যেসব ওষুধ ব্যবহার করা হতো, তা মস্তিষ্কের সব জায়গায় ছড়িয়ে পড়ত। অনেকটা ‘মশা মারতে কামান দাগা’র মতো অবস্থা—কোথাও না কোথাও লেগে গেলেই হলো। ডাইসারোথ এমন একটি উপায় খুঁজছিলেন, যাতে মস্তিষ্কের সব জায়গায় অকারণে আঘাত না করে শুধু নির্দিষ্ট যে নিউরনগুলো এই অবসাদ বা অ্যাংজাইটির জন্য দায়ী, তাদের নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
এখন জীবন্ত প্রাণীর ভেতরটাও আমরা নিখুঁতভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে পারি— কার্ল ডাইসারোথ, চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেলজয়ী২০০০ সালের শুরুর দিকে ক্যালিফোর্নিয়ার স্ট্যানফোর্ড ইউনিভার্সিটির এক তরুণ সাইকিয়াট্রিস্ট এবং নিউরোসায়েন্টিস্ট কার্ল ডাইসারোথ মানসিক অবসাদ বা অ্যাংজাইটির রোগীদের চিকিৎসা করতেন।মস্তিষ্কে আলোর ঝলকানি
ডাইসারোথের আইডিয়া ছিল, যে নিউরনগুলো বেশি সক্রিয় বা অ্যাকটিভ, সেগুলোকে নিষ্ক্রিয় করা অথবা যেগুলো বেশি নিষ্ক্রিয়, সেগুলোকে সক্রিয় করা। কিন্তু রাসায়নিক পদার্থ দিয়ে নিউরনকে নিয়ন্ত্রণ করা এতটা নিখুঁত হবে না। ঠিক সেই সময়েই তিনি জানতে পারেন নাগেলের আবিষ্কারের কথা। তিনি ভাবলেন, এই প্রোটিনকে যদি নিউরনে যুক্ত করে দেওয়া যায়, তাহলে আলো দিয়ে এদের সক্রিয় বা নিষ্ক্রিয় করা যেতে পারে।
যেই ভাবা, সেই কাজ। ডাইসারোথ নাগেলের ল্যাব থেকে সেই চ্যানেলরোডপসিন-২ জিনটি সংগ্রহ করলেন। কিন্তু শৈবালের এই জিন স্তন্যপায়ী প্রাণীর মস্তিষ্কে ঢোকানো এত সহজ নয়। ঢোকানো গেলেও তা কাজ করবে কি না, কেউ জানে না।
ডাইসারোথ পেট্রি ডিশে রাখা স্নায়ুকোষে চ্যানেলরোডপসিন-২ তৈরির জিন প্রবেশ করানডাইসারোথ ‘লেন্টিভাইরাস’ নামের একধরনের ভাইরাসের সাহায্যে জিনটিকে কালচার করা স্তন্যপায়ী প্রাণীর নিউরন কোষে (পেট্রি ডিশ বা সেল কালচার প্লেটে রাখা) ঢুকিয়ে দিলেন। যেহেতু প্রোটিনটি আলোর প্রতি সংবেদনশীল, তাই ডাইসারোথ ল্যাবে সেই নিউরনগুলোর ওপর এরপর নীল আলো ফেললেন (টর্চলাইটের মতো)। এরপরই ঘটল সেই ম্যাজিক! মিলি-সেকেন্ডের মধ্যে নিউরনগুলো অ্যাকটিভ হয়ে নিখুঁত বৈদ্যুতিক সংকেত বা অ্যাকশন পটেনশিয়াল তৈরি করতে শুরু করল।
আলোর সাহায্যে কীভাবে মস্তিষ্ক নিয়ন্ত্রণ করা যায়, জানালেন নোবেলজয়ী বিজ্ঞানী কার্ল ডাইসারোথডাইসারোথ নাগেলের ল্যাব থেকে সেই চ্যানেলরোডপসিন-২ জিনটি সংগ্রহ করলেন। কিন্তু শৈবালের এই জিন স্তন্যপায়ী প্রাণীর মস্তিষ্কে ঢোকানো এত সহজ নয়।এই ধরনের প্রোটিন কাজ করার জন্য সাধারণত বাইরে থেকে ‘রেটিনাল’ নামের এক কেমিক্যাল বা রাসায়নিক উপাদান দিতে হয়। কিন্তু ডাইসারোথ ও নাগেল দেখলেন, প্রাণীর কোষে প্রাকৃতিকভাবেই যে সামান্য রেটিনাল থাকে, তা দিয়েই এই সুইচ চমৎকার কাজ করছে। বাইরে থেকে আর বাড়তি কোনো রাসায়নিক উপাদান দিতে হলো না। নিউরন তো কাজ করল, কিন্তু জ্যান্ত প্রাণীর মস্তিষ্কে আলো ফেলব কীভাবে? আমাদের মস্তিষ্কের চারদিকে তো অন্য অনেক কোষের দেয়াল। সঙ্গে আছে বাইরের মাথার খুলি। তবে বিজ্ঞানীরা তো দমে যাওয়ার পাত্র নন।
যত চ্যালেঞ্জ, তত উত্তেজনা! ততটাই সমস্যা সমাধানের নেশা। এ জন্যই বুঝি তাঁরা নোবেল পান!
কার্ল ডাইসারোথ এই সমস্যা সমাধানের প্রথম ধাপে সেই চ্যানেলরোডপসিন প্রোটিনটিকে যুক্ত করে দিলেন ইঁদুরের মস্তিষ্কের সেই অংশে, যা তাদের গোঁফ নাড়াচাড়া নিয়ন্ত্রণ করে। এরপর একটি অপটিক্যাল ফাইবার ঢুকিয়ে দিলেন ইঁদুরের মস্তিষ্কে, যেন নীল লেজার রশ্মি জ্যান্ত ইঁদুরের মস্তিষ্কের সেই অংশে আলো ফেলতে পারে। এরপর? যা ভাবছেন, ঠিক তা-ই হলো।
যে আবিষ্কারের কারণে চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পেলেন তিন বিজ্ঞানীডাইসারোথ ও নাগেল দেখলেন, প্রাণীর কোষে প্রাকৃতিকভাবেই যে সামান্য রেটিনাল থাকে, তা দিয়েই এই সুইচ চমৎকার কাজ করছে। বাইরে থেকে আর বাড়তি কোনো রাসায়নিক উপাদান দিতে হলো না।সেই অপটিক ফাইবারে আলো ফেলতেই ইঁদুরটি তার গোঁফ নাড়াতে শুরু করল। আলোর সুইচ অন করলেই মস্তিষ্ক কাজ করছে, আর অফ করলেই থেমে যাচ্ছে। জিনতত্ত্ব ও আলোকপ্রযুক্তির এই যে অভূতপূর্ব মেলবন্ধন, কার্ল ডাইসারোথ ও তাঁর সহকর্মীরা ২০০৬ সালে এর নাম দিলেন অপটোজেনেটিকস।
২০০৬ সালে কার্লের গবেষণা দল জীবিত ইঁদুরের মস্তিষ্কের কিছু বিশেষ নিউরনে চ্যানেলরডোপ্সিন-২ প্রবেশ করান, আর ইঁদুরের খুলিতে একটা ছোট্ট ছিদ্র দিয়ে একটা অতিসুক্ষ্ম অপটিক্যাল ফাইবার প্রবেশ করিয়ে সেই নিউরনে পাঠান আলোডাইসারোথ এখানেই থেমে থাকেননি। তাঁর এই পদ্ধতি যে কাজ করছে, সেটি প্রমাণের জন্য মস্তিষ্কের যেসব অংশ আমাদের নড়াচড়া কন্ট্রোল করে, সেখানে প্রোটিনটি জুড়ে দিলেন। তারপর দেখালেন, আলো দিলেই ইঁদুরটি শুধু বাঁ দিকে ঘুরছে। জেনে রাখা ভালো, আমাদের মস্তিষ্কের বাঁ পাশ বা লেফট হেমিস্ফিয়ার শরীরের ডান দিকের এবং ডান পাশ শরীরের বাঁ দিকের নড়াচড়া নিয়ন্ত্রণ করে। শরীরবিদ্যার ভাষায় একে বলা হয় ‘কন্ট্রাল্যাটারাল কন্ট্রোল’।
অচেনা মেইল পেয়ে কল ব্যাক করতেই শুনলেন নোবেল জয়ের খবরজিনতত্ত্ব ও আলোকপ্রযুক্তির এই যে অভূতপূর্ব মেলবন্ধন, কার্ল ডাইসারোথ ও তাঁর সহকর্মীরা ২০০৬ সালে এর নাম দিলেন অপটোজেনেটিকস। ডাইসারোথ এখানেই থেমে থাকেননি।মস্তিষ্ক নিয়ন্ত্রণ ও অন্ধত্বের চিকিৎসা
ডাইসারোথ এখানেই থেমে যাননি। তিনি তাঁর এই অপটোজেনেটিকস ব্যবহার করে মস্তিষ্কের ঘুম এবং জেগে থাকার রহস্যও ভেদ করেছেন। একই বিশ্ববিদ্যালয় স্ট্যানফোর্ডের লুইস ডি লেসিয়ার ল্যাবের সঙ্গে যৌথ গবেষণায় তিনি মস্তিষ্কের ‘ল্যাটারাল হাইপোথ্যালামাস’-এর নির্দিষ্ট নিউরনে আলো ফেলেন। এভাবেই তিনি প্রমাণ করেন যে কীভাবে ঠিক এই কোষগুলোর বৈদ্যুতিক সংকেতই আমাদের ঘুম থেকে জাগিয়ে তোলে। এমনকি মানুষের উদ্বেগ বা অ্যাংজাইটি মস্তিষ্কের ঠিক কোন নির্দিষ্ট নিউরন বা সার্কিট ধরে তৈরি হয়, তা-ও তিনি আলো ফেলে ম্যাপিং করে দেখিয়েছেন।
গত কয়েক বছরে ডাইসারোথের এই আবিষ্কার সায়েন্স ফিকশনের মতো নিউরোসায়েন্সে রীতিমতো বিপ্লব ঘটিয়ে চলেছে। ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজিতে (এমআইটি) আরেক নোবেলজয়ী বিজ্ঞানী সুসুমু টোনেগাওয়ার ল্যাবে বিজ্ঞানীরা এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে ইঁদুরের মস্তিষ্কে আস্ত একটি মিথ্যা স্মৃতি তৈরি করে ফেলেছেন। তাঁরা ইঁদুরের মস্তিষ্কের ভয়ের স্মৃতির নিউরনগুলোকে আলোর সাহায্যে এমনভাবে নিয়ন্ত্রণ করলেন যে ইঁদুরটি একটি সম্পূর্ণ নিরাপদ ঘরে বসেও প্রচণ্ড ভয় পেতে শুরু করল। অথচ সেই ঘরে তার ভয় পাওয়ার মতো কোনো অভিজ্ঞতাই আগে হয়নি।
মস্তিষ্ক কি নিজেই নিজের ডাক্তারি করতে পারেএকই বিশ্ববিদ্যালয় স্ট্যানফোর্ডের লুইস ডি লেসিয়ার ল্যাবের সঙ্গে যৌথ গবেষণায় ডাইসারোথ মস্তিষ্কের ল্যাটারাল হাইপোথ্যালামাস-এর নির্দিষ্ট নিউরনে আলো ফেলেন।শুধু স্মৃতি নয়, বিজ্ঞানীরা প্রাণীর আবেগ এবং আচরণও হ্যাক করে ফেললেন। ক্যালিফোর্নিয়ার ক্যালটেকে ডেভিড অ্যান্ডারসনের ল্যাবে বিজ্ঞানীরা দেখালেন, মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট কিছু নিউরনে আলো ফেলে ইঁদুরের রাগের মাত্রা সুইচের মতো বাড়ানো বা কমানো যায়। আবার হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটির ক্যাথরিন দুলাকের গবেষণায় দেখা গেল, মাতৃত্বের মতো সহজাত প্রবৃত্তিকে মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট সার্কিটে আলো ফেলে আক্ষরিক অর্থেই সুইচ অন বা অফ করা সম্ভব। অর্থাৎ আমাদের রাগ, ভয়, ভালোবাসা—সবকিছুরই আলাদা আলাদা কন্ট্রোল প্যানেল আছে মস্তিষ্কে, যা আলো দিয়ে নিয়ন্ত্রণ করা যায়।
সবচেয়ে দারুণ ব্যাপার হলো, এই ম্যাজিক এখন মানুষের চিকিৎসায় ব্যবহৃত হতে শুরু করেছে। ‘রেটিনাইটিস পিগমেন্টোসা’ নামের এক বংশগত চোখের রোগে রেটিনার কোষ নষ্ট হয়ে মানুষ চিরতরে অন্ধ হয়ে যায়। সুইজারল্যান্ডের বাসেলে ‘ইনস্টিটিউট অব মলিকুলার অ্যান্ড ক্লিনিক্যাল অফথালমোলজি’র বিজ্ঞানী বোটন্ড রোস্কা এবং তাঁর দল প্যারিসের ‘ইনস্টিটিউট দো লা ভিশন’-এর হোসে সাহেলের সঙ্গে মিলে কাজ করেছেন। তাঁরা অপটোজেনেটিকস ব্যবহার করে ‘ক্রিমসন’ নামের একটি লাল আলোর প্রতি সংবেদনশীল প্রোটিন একজন অন্ধ মানুষের চোখের রেটিনায় ঢুকিয়ে দেন। এরপর বিশেষ এক গগলসের সাহায্যে আলো ফেলে সেই অন্ধ মানুষটির দৃষ্টি আংশিক ফিরিয়ে আনতে সক্ষম হন তাঁরা। ফলে সেই ব্যক্তি আবার দেখতে শুরু করেছেন।
মস্তিষ্ক কি সত্যিই মাল্টিটাস্কিং করতে পারে, বিজ্ঞান কী বলেক্যালিফোর্নিয়ার ক্যালটেকে ডেভিড অ্যান্ডারসনের ল্যাবে বিজ্ঞানীরা দেখালেন, মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট কিছু নিউরনে আলো ফেলে ইঁদুরের রাগের মাত্রা সুইচের মতো বাড়ানো বা কমানো যায়।চিকিৎসাবিজ্ঞানে নতুন দিগন্ত
শত শত বছর ধরে বিজ্ঞানীরা মস্তিষ্ককে কেবল বাইরে থেকে দেখতেন। কিন্তু কার্ল ডাইসারোথ এবং তাঁর সহকর্মীদের এই অপটোজেনেটিকস আবিষ্কার মস্তিষ্ককে স্রেফ পর্যবেক্ষণ করার বদলে সরাসরি নিয়ন্ত্রণ করার অসীম ক্ষমতা এনে দিয়েছে। বিজ্ঞানীদের এই স্বপ্নকে বাস্তবে রূপ দেওয়া আর অসীম এক সম্ভাবনার দুয়ার খুলে দেওয়ার জন্যই কার্ল ডাইসারোথ, পিটার হেগেম্যান এবং গেয়র্গ নাগেলকে এ বছর চিকিৎসায় নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়েছে।
ভবিষ্যতে হয়তো মাথার খুলি ফুটো না করে কেবল পরিধানযোগ্য বা পরিধেয় এলইডি দিয়ে আমাদের ত্বক বা হাড়ের বাইরে থেকেই প্রান্তীয় স্নায়ু বা মস্তিষ্কের গভীরের কোষ নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব হবে। ব্যথানাশক, মৃগীরোগ, বধিরতা বা অপরিহার্য কাঁপুনি নিরাময়ে এগুলো দারুণ কাজ করতে পারে।
বিজ্ঞানে মৌলিক কৌতূহল বা বেসিক সায়েন্স গবেষণা কতটা জরুরি, এর চেয়ে ভালো উদাহরণ আর নেই। শৈবালের গবেষণা থেকে অন্ধকে আলো দেখানো, বিজ্ঞান যেন এক অপার সম্ভাবনার দরজা।
লেখক: পিএইচডি, ট্রান্সলেশনাল বায়োসায়েন্স রিসার্চ ফেলো ও ফ্লেয়ার ফেলো, এন্ডোক্রাইন সোসাইটি, ইউএসএ এবং জর্জটাউন-হাওয়ার্ড ইউনিভার্সিটিজ সেন্টার ফর ক্লিনিক্যাল অ্যান্ড ট্রান্সলেশনাল সায়েন্স ওয়াশিংটন, যুক্তরাষ্ট্র।
সূত্র: ১. Warden, M. R., Selimbeyoglu, A., Mirzabekov, J. J., Lo, M., Thompson, K. R., Kim, S. Y., ... & Deisseroth, K. (2012). A prefrontal cortex–brainstem neuronal projection that controls response to behavioural challenge. Nature, 492(7429), 428-432.
২. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A. M., Bamberg, E., & Hegemann, P. (2002). Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science, 296(5577), 2395-2398.
৩. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K. (2005). Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature neuroscience, 8(9), 1263-1268.
৪. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., ... & Bamberg, E. (2003). Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(24), 13940-13945.
5. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A. M., Bamberg, E., & Hegemann, P. (2002). Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science, 296(5577), 2395-2398.
6. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K. (2005). Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature neuroscience, 8(9), 1263-1268.
7. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., ... & Bamberg, E. (2003). Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(24), 13940-13945.
মস্তিষ্ক কি একসঙ্গে একাধিক কাজ করতে পারে
Source - www.bigganchinta.com ↗