डूबो या तैरो: neuroscience शोध के गहरे पानी में रास्ता बनाना

Shanahan Fellowship के ज़रिए मस्तिष्क के कार्य और neurodegenerative बीमारियों को समझने की दिशा में सफ़र।

(Note: This is mostly a verbatim copy in Hindi of the article published here by Liz Dueweke of Allen Insitute. This page is to give access to hindi speaking readers.)

जब Anamika Agrawal, Ph.D., ने Allen Institute में Shanahan Fellowship के लिए आवेदन किया, तब वह पहले से ही एक बदलाव पर विचार कर रही थीं—physical biology की दुनिया से computational और theoretical neuroscience के विशाल और जटिल क्षेत्र की ओर। लेकिन उस समय उन्हें इस बात का पूरा अंदाज़ा नहीं था कि यह अनुभव कितना गहन, चुनौतीपूर्ण और जीवन-परिवर्तनकारी होने वाला है।

“मैं Allen Institute में पहले से नौकरियों की तलाश कर रही थी, तो जब ये अवसर सामने आया, तो मैंने तुरंत आवेदन कर दिया!” वह याद करती हैं। “यह Fellowship मेरे बदलाव के लिए एकदम उपयुक्त लगी।”

क्योंकि इस Fellowship के साथ कोई तय मार्गदर्शिका नहीं आती, Agrawal अपने अनुभव को समृद्ध और विनम्र बनाने वाला बताती हैं—एक असली “डूबो या तैरो” स्थिति।

“या तो आप समझ जाते हो कि आपको स्वतंत्र रूप से शोध करना पसंद है और आप principal investigator का जीवन चाहते हो,” उन्होंने कहा। “या फिर आप जल्दी ही सीख लेते हो कि यह जीवनशैली आपके लिए नहीं है।”

Anamika के लिए चुनौतियाँ तुरंत सामने आ गईं—और कई आयामों में। “मुझे लगा था कि मेरी सबसे कठिन चुनौती होगी एक नए क्षेत्र की भाषा और प्रथाओं को फिर से सीखना,” वह कहती हैं। “लेकिन यह कुछ भी नहीं था, अपने स्वयं के शोध कार्यक्रम को विकसित करने और प्रबंधित करने की उन्नति और अवनति के मुकाबले।”

Fellowship के दौरान उन्होंने इस कार्यक्रम की choose-your-own-adventure संरचना को अपनाया। Allen Institute और University of Washington में अपने mentors और साथियों के समर्थन से, उन्होंने कई शोध दिशाओं का पता लगाना शुरू किया, और उस स्वतंत्रता—और ज़िम्मेदारी—का सामना किया जो अपने रास्ते खुद तय करने के साथ आती है।

“पहले साल में, ऐसा लगा जैसे पूरी दुनिया मेरे लिए खुल गई हो,” वह कहती हैं। “इतने सारे विचार, और सीखने के लिए इतनी सारी चीज़ें। मुझे पहले से ही पता था कि मुझे स्वतंत्र एजेंट की तरह शोध करना पसंद है, जहाँ मैं एक बड़ी टीम को इकट्ठा कर सकूँ, और अपने interdisciplinary (अंतःविषय) research program की दिशा में सहयोग कर सकूँ।”

उनका शोध कार्यक्रम अंततः neuroscience में एक महत्वपूर्ण प्रश्न पर केंद्रित हुआ: हम मस्तिष्क के कार्य—और dysfunction (रोग)—को कई स्तरों पर कैसे समझ सकते हैं, एकल neurons से लेकर बड़े neural systems तक? और हम कैसे ऐसे मॉडल बना सकते हैं जो इन सभी स्तरों को समझने योग्य और मापनीय तरीके से जोड़ सकें?

उनके शोध का पहला प्रमुख भाग individual (अकेले एक) neurons की computational शक्ति में डूबा। Michael Buice, Ph.D., associate investigator के साथ काम करते हुए, Agrawal ने यह खोजा कि dendrites की संरचना—neurons की पेड़ जैसी शाखाएँ—कैसे एक neuron की जटिल गणनाएँ करने की क्षमता को प्रभावित करती हैं। पारंपरिक रूप से, neurons को simple threshold units की तरह मॉडल किया गया है, जो input के आधार पर ऑन या ऑफ हो जाते हैं, लेकिन Agrawal का काम इस दृष्टिकोण को चुनौती देता है।

उन्होंने एक neural network model विकसित किया जो deep learning और computational complexity theory को dendritic geometry और nonlinear processing के साथ जोड़ता है। उनके निष्कर्ष बताते हैं कि neurons केवल signal relays नहीं बल्कि शक्तिशाली processors की तरह काम करते हैं। विभिन्न dendritic संरचनाएँ अलग-अलग प्रकार की गणनाओं को सक्षम बनाती हैं।

“एक अकेला neuron एक छोटा neural network की तरह काम कर सकता है जो अपने आप high-dimensional (अत्यधिक जटिल और बहुआयामी) समस्याओं को हल कर सकता है,” उन्होंने समझाया। “इन निष्कर्षों से पता चलता है कि मस्तिष्क में neurons के प्रकारों की अद्भुत विविधता केवल biological शोर नहीं है—बल्कि यह एक शक्तिशाली डिज़ाइन है।”

Agrawal ने इस सिद्धांत को वास्तविक-world data के साथ प्रस्तावित करने और परखने का लक्ष्य रखा। उन्होंने Kaspar Podgorski के समूह के साथ calcium और glutamate imaging datasets का विश्लेषण किया, जो dendritic गतिविधि की जानकारी प्रदान करते हैं। साथ ही, उन्होंने Electron Microscopy connectomics टीम के साथ भी काम किया, जिसमें शामिल थे Forrest Collman, Ph.D., और Casey Schneider-Mizell, Ph.D., cortical cell प्रकारों के बीच अंतर को समझने के लिए।

UMAP figure depicting data from the Seattle Alzheimer’s Disease Brain Cell Atlas (SEA-AD) consortium.

उनका दूसरा शोध कार्य एक अन्य चुनौती को संबोधित करता है: neurodegenerative disease के progression (प्रसार) को समझना। SEA-AD consortium के साथ उनके काम के माध्यम से, Agrawal को Alzheimer’s Disease के pathology का एक विशाल dataset मिला जो कई brain क्षेत्रों और donors से प्राप्त किया गया था। चुनौती यह थी कि यह data longitudinal नहीं था—हर donor से केवल एक snapshot था। उन्होंने Mariano Gabitto, Ph.D. और Gonzalo Mena, Ph.D. के साथ मिलकर एक model विकसित किया जो Alzheimer’s Disease के प्रसार को biophysical dynamics के उपयोग से एक timeline में रूपांतरित करता है, जिससे बीमारी के स्थानिक और कालिक फैलाव की बेहतर समझ मिलती है।

“हमने इस model को Middle Temporal Gyrus क्षेत्र में परखा, और परिणाम उत्साहजनक थे, जो AD के विभिन्न markers को एक प्रगति समयरेखा में मिलाते हैं,” उन्होंने कहा। बाद में उन्होंने Shanahan की एक प्रतिभाशाली शोधकर्ता Janna Hong को मार्गदर्शन दिया, जिन्होंने Hippocampus में disease progression के प्रारंभिक परीक्षण किए।

शोध से परे, इस Fellowship ने उन्हें workplace के लिए भी तैयार किया—अलग-अलग क्षेत्रों के विशेषज्ञों के साथ अपने काम को प्रस्तुत करने और संप्रेषित करने की क्षमता विकसित की, जबकि एक साथ कई परियोजनाओं को संतुलित किया। लेकिन वह कहती हैं कि Allen Institute की टीम भावना के बिना यह संभव नहीं था।

“Institute ने उन वैज्ञानिकों के लिए मेरे भीतर गहरा सम्मान उत्पन्न किया है जो इतने बड़े पैमाने पर collaborative काम करते हैं। हर कोई चर्चा के लिए खुला है और मदद करने को तैयार रहता है। यहाँ तक कि जब मैं किसी परियोजना में सीधे शामिल नहीं थी, तब भी लोग बातचीत या सहायता के लिए उपलब्ध रहते थे,” वह कहती हैं।

Institute के बाहर, Seattle में बिताया गया उनका समय व्यक्तिगत रूप से भी उन्हें आकार देने वाला रहा। “भारत में पली-बढ़ी, और अपने Ph.D. के दौरान San Diego में रहने के बाद, Seattle के gray मौसम की आदत डालने में मुझे थोड़ा समय लगा,” उन्होंने कहा।

Agrawal कहती हैं कि वह Seattle से प्यार करने लगी हैं—खासकर वहाँ की प्राकृतिक सुंदरता और शहर की पैदल चलने योग्य संरचना से—और अब यह शहर उनके दिल में एक विशेष स्थान रखता है। “मैंने यहाँ दो प्यारे बिल्लियाँ अपनाईं, Discovery Park में शादी की, और मेरी साथी और Shanahan Fellow, Lu Mi ने हमारी शादी की तस्वीरें खींचीं!”

पीछे मुड़कर देखने पर, Agrawal इस Fellowship को एक तेज़ गति वाले simulation की तरह देखती हैं जो एक शोध समूह का नेतृत्व करने के अनुभव को दर्शाता है।

“मैंने अपने Ph.D. advisor के लिए गहरी सराहना विकसित की, जिन्होंने मुझे research management की कई कठिनाइयों से बचाया,” उन्होंने कहा, “मेरे Fellowship mentors आज भी मुझ पर भरोसा करते हैं और मेरे निर्णयों की स्वतंत्रता में हस्तक्षेप किए बिना हर कदम पर मेरी मदद करते हैं।”

Shanahan Fellowship पर विचार कर रहे लोगों के लिए Agrawal की सलाह स्पष्ट है: “गहराई से सोचिए कि आप उन तीन वर्षों में क्या हासिल करना चाहते हैं। चुनौती होती है अपने समय को प्रबंधित करना और ऐसे mentors खोजना जो आपके लक्ष्यों के साथ मेल खाते हों।”

जहाँ तक भविष्य की बात है, Agrawal अब नए अवसरों की तलाश में हैं, इस आशा के साथ कि वह विज्ञान और शोध की दुनिया में और गहराई से उतरें।

“Neuroscience एक ऐसा रोचक क्षेत्र है जिसमें कई अनसुलझे प्रश्न हैं जो नए दृष्टिकोण की माँग करते हैं,” वह कहती हैं। “Shanahan Fellowship कार्यक्रम नए दृष्टिकोणों और साहसपूर्वक खोज करने के इच्छुक लोगों को लाता है।”

अगर Shanahan Fellowship अगली पीढ़ी के अंतःविषय वैज्ञानिकों के लिए एक proving ground है, तो Anamika Agrawal ने केवल तैरने से कहीं अधिक किया है—उन्होंने भविष्य की ओर एक साहसिक और विचारशील रास्ता तय किया है।