मेंदुविज्ञानाच्या बगीच्यात

विसाव्या शतकात बुद्धीला विशाल करणारे आणि उत्तेजित करणारे दोन प्रदेश अभ्यासासाठी खुले झाले. आपल्या डोक्यावर असलेले. असंख्य आकाशगंगा कवेत घेणारे अवकाश आणि त्याच डोक्याच्या आत बसलेले अनंत मेंदुपेशींनी बनलेले मेंदुविश्व. विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे हे शक्य झाले आहे. माणूस विचार का करतो? तो अनुभवतो म्हणजे काय ? तो नीतिमूल्ये निर्माण करतो, जपतो आणि बदलतोही. कोणते गुणविशेष त्याला माणूसपण आणि माणूसपद देतात ? “आहे प्राणीच, पण माणूस आहे” असे मोठ्या अभिमानाने माणूस स्वतःबद्दल म्हणतो. कथा, तत्त्वज्ञान, धर्म, विज्ञान यांची निर्मिती माणसानेच केली. या सर्वांचे स्पष्टीकरण शोधण्याचे एकमेव ठिकाण म्हणजे मानवी मेंदू.

मेंदू मूर्त तर मन अमूर्त. मनःक्रिया या मेंदूतील जैवरासायनिक क्रियाप्रक्रियांमुळे होत असतात. या दोहोंचे स्पष्टीकरण देण्यात एक मोठी मोकळी जागा, गॅप आहे. मेंदूवरील संशोधनाने ही गॅप हळूहळू कमी होत आहे; मोकळी जागा भरली जात आहे. मेंदू व मन हे दोन वेगळे आहेत, हे मानायला मेंदुविज्ञान आता तयार नाही. अर्थात हा मेंदुविज्ञानाचा दृष्टिकोण आहे. मेंदुविज्ञानाला मिळालेल्या स्कॅनिंग च्या विविध तंत्रांमुळे मनोव्यापार आणि मेंदूतील जैवरासायनिक क्रिया-प्रक्रिया यांच्यातील दरी कमी होत आहे, त्यातून मेंदुविज्ञानाचा हा दृष्टिकोण तयार झाला आहे.

मेंदूचा शोधाभ्यास गेली कित्येक वर्षे चालू आहे, अगदी कवटीच्या अभ्यासापासून मेंदूच्या अभ्यासापर्यंत. प्रख्यात वैज्ञानिकांचे मेंदू मृत्यूनंतर रसायनांत ठेवून त्याचे संशोधन झाले आहे. सूक्ष्मदर्शक, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक यांनी मेंदुपेशींचा शोध व वेध घेतला आहे. पण आधुनिक प्रतिमातंत्रांनी (फंक्शनल एम.आर.आय., पीइटी वगैरे) त्या सगळ्यांवर बाजी मारली आहे. ‘रीअलटाइम’ म्हणजे प्रत्येक क्षणी मेंदूत काय घडते याच्या प्रतिमा प्रत्यक्ष बघायला मिळत आहेत. याने मेंदुविज्ञानाच्या संशोधनाला एक नवीन परिमाण प्राप्त झाले आहे. जिवंत मेंदूचा अभ्यास, ही या विज्ञानशाखेतील हनुमानउडी आहे.

डार्विनची प्रस्तुतता मेंदूचा अभ्यास अनेक अंगाने चालू आहे. मनोवैज्ञानिक, मनोविकृतीवैज्ञानिक, मेंदूचे तत्त्वज्ञ (न्युरोफिलॉसॉफर) आणि मेंदुतज्ज्ञ (न्युरोफिजिशियन, न्युरोसर्जन, न्युरोपॅथॉलॉजिस्ट) असे अनेक वैज्ञानिक मेंदूचा अभ्यास करत आहेत. मानवी मेंदूत होणाऱ्या विकृतींच्या अभ्यासाने सामान्य (नॉर्मल) मेंदूचे कार्य कसे चालते यावर प्रकाश पडत आहे. मानवी मेंदूच्या विकृती हे जणू निसर्गाने मेंदूवर केलेले प्रयोग असतात. असे प्रयोग प्रयोगशाळेत करता येत नाहीत. त्यामुळे मानवी मेंदूच्या विकृतींचा अभ्यास हा अत्यंत महत्त्वाचा ठरतो. पण मेंदूच्या सर्वांगीण आकलनासाठी या अभ्यासाला जैवविज्ञानाची जोड द्यावी लागते. उत्क्रांतीचा सिद्धान्त हा जैवविज्ञानाचा पाया आहे. माणूस हा उत्क्रांत होत आलेला प्राणी आहे. मानवी शरीरातील पचनक्रियेपासून जाणीवेपर्यंत, कॉन्शसनेसपर्यंत सर्व क्रिया या जैविक क्रिया असून त्या उत्क्रांत होत आल्या आहेत. मानवी मेंदू हासुद्धा उत्क्रांत झालेला अवयव आहे. तेव्हा त्याचा विचार उत्क्रांतीच्या दृष्टीने करणे, तसेच इतर प्राणिमात्रांच्या मेंदूंचा व मानवी मेंदूचा तौलनिक अभ्यास करणे महत्त्वाचे ठरते. मानवी मेंदूचा असा अभ्यास मानवी मनोव्यापारांचा, तसेच वर्तनाचा उलगडा करण्यासाठी उपयोगी पडतो. मेंदुविज्ञानाच्या या शाखेला मेंदूचे जैवविज्ञान (न्युरोबायॉलॉजी) असे म्हणतात.

डार्विनने उत्क्रांतीचा सिद्धान्त मांडून ऑरिजिन ऑफ स्पीशीज व डिसेंट ऑफ मॅन ही पुस्तके लिहिली. त्याने १८७२ साली द एक्सप्रेशन्स ऑफ इमोशन्स इन मॅन अँड अॅनिमल्स हा ग्रंथ प्रकाशित केला. यात डार्विनने राग, उबग, भीती, आनंद, दुःख आणि आश्चर्य या सर्व मूलभूत भावनांचे भावाविष्कार प्राण्यांपासून माणसांपर्यंत कसे उत्क्रांत होत गेले असावेत याबद्दलचे विचार मांडले. डॉ. पॉल एक्मन (Paul Ekman) मूलभूत भावनांचे इ.स. १९७० पासून संशोधन करत आहेत. न्यूगिनी (New Guinea) येथे त्यांनी याच भावनांच्या संदर्भात तेथील आदिवासींचे निरीक्षण केले व नोंदी केल्या. मूलभूत भावनांच्या आविष्कारांसंबंधीचे एक्मन यांचे निष्कर्ष डार्विनच्या निष्कर्षासदृश होते. या प्रत्येक मूलभूत भावनेचे चेहऱ्यावरील भावाविष्कार हे वैश्विक असतात. या भावना आनुवंशिकतेने लाखो वर्षांच्या उत्क्रांतीतून आल्या आहेत म्हणून या भावना मूलभूत आहेत, असे डार्विनने सांगितले आहे. आज ते एक्मनसारख्या तज्ज्ञांनी सिद्ध केले आहे. डार्विनच्या या विचारांत तसूभर फरक न होता आधुनिक स्कॅनिंग तंत्रांनी त्याला आधार दिला आहे. डार्विनची प्रस्तुतता ही अशी आहे.

मानवी मेंदूत साप एकपेशीय प्राण्यांपासून उत्क्रांत होत बहुपेशीय प्राणी निर्माण झाले. पृष्ठवंशीय तसेच कर्परी प्राणी (क्रेनिएटस् , craniates), कवटी असलेले प्राणीही निर्माण झाले. मानव हा कर्परी प्राणी आहे. मानवाचे डोळे, कान आणि नाक इतर पन्नास हजार कर्परी प्राण्यांसारखे आहेत.

मानवी मेंदूत व इतर प्राण्यांच्या मेंदूतही काहीतरी साम्य आहे. पृथ्वीवरील सचेतनांच्या अवयवांमध्ये संबंधाची एक श्रेणी आहे (hierarchy of relatedness). सचेतनांच्या वंशवृक्षामधून जाणारा हा धागा मानवाला आदिम सजीवांशी जोडणारा असतो. उत्क्रांतीच्या सिद्धान्ताचे हे एक सूत्र आहे. हे सूत्र शारीरिक अवयवांपासून सूक्ष्म (जनुकीय) स्तरापर्यंत सिद्ध झाले आहे. सजीवांच्या शरीरबांधणीचा एक आराखडा असतो व त्याचे नियंत्रण करणारे जनुक असतात. सस्तन प्राण्यांचे असे जनुक व पाण्यात राहणाऱ्या माशांच्या अवयवांच्या विकासांचे नियंत्रण करणारे जनुक यांच्यात साम्य असते. सुलभतेने सांगायचे तर उत्क्रांती नवीन काही घडवत नाही, जुन्या आराखड्यात छोटे मोठे बदल करत नवीन शरीराचा नवा आराखडा तयार करते. मानवी मेंदूसुद्धा असाच सरपटणाऱ्या प्राण्यांच्या मेंदूवर नवीन आवरणे चढवत बनला आहे. म्हणून मानवी मेंदूत सापही आहे, असे म्हणतात. मेंदूच्या जैवविज्ञानात हा कळीचा मुद्दा आहे.

अक्रोडाचे कवच काढल्यावर जसे दृश्य दिसते. तसेच कवटीचे कवच काढल्यानंतर मेंदूचे दृश्य दिसते. सुरकुत्या पडलेले मेंदूचे दोन भाग असतात, उजवा व डावा प्रमस्तिष्क गोलार्ध. दोन्ही गोलार्ध कॉर्पस कॅलॉझम् या पुलाने जोडलेले असतात. दोन्ही गोलार्धाच्या सगळ्यांत वरच्या आवरणाला नवा मेंदू (निओकॉर्टेक्स) असे म्हणतात. नवा मेंदू म्हणजे उत्क्रांतीतून मानवाला मिळालेला नवीन भाग. या नव्या मेंदूच्या खाली दडलेला असतो जुना मेंदू. हा जुना मेंदू मानवाच्या उत्क्रांतीत इतर प्राण्यांकडून चालत आलेला असतो, म्हणून जुना मेंदू आदिम असे मानले जाते. थेलॅमस, हायपोथैलॅमस, बेसलगंग्लीया, अॅमिग्डला, ब्रेनस्टेम असे जुन्या मेंदूचे भाग आहेत. शरीराच्या चयापचयाचे नियंत्रण, संप्रेरकांची निर्मिती, मूलभूत ऊर्मीचे नियंत्रण, ही महत्त्वाची कामे जुना मेंदू करत असतो. ब्रेनस्टेममध्ये हृदयाच्या रक्तदाबाच्या व श्वसनाच्या नियंत्रणाची केंद्रे असतात. ब्रेनस्टेमचे दोन भाग आहेत. पॉन्स आणि मेड्युला ऑब्लाँगेटा. पॉन्स नव्या मेंदूला तर मेड्युला ऑब्लाँगेटा मज्जारज्जूला (स्पायनल कॉर्ड) जोडलेली, अशी ही साखळी असते. पॉन्सच्या जवळ छोटा मेंदू (सेरिबेलम) असतो. हा सगळा भाग मानेच्या अगदी वरच्या भागात व कवटीच्या खालच्या भागात असतो. त्यामुळे मानेच्या मणक्यांना इजा झाली तर माणसाला अत्यंत काळजीपूर्वक रुग्णालयात हलवावे लागते. फाशी देताना मानेचा सर्वांत वरचा मणका, तुटतो. मेड्युला ऑब्लाँगेटा भंग पावतो व गाणूस मरतो. गेड्युला ऑब्लाँगेटा उत्क्रांतीतून आलेल्या जुन्या मेंदूचा भाग आहे. जुन्या मेंदूचे महत्त्व वरील माहितीवरून ध्यानात येईल.

वृक्ष अश्वत्थाचा कवटीच्या आत असलेल्या मेंदूचे वजन असते सुमारे १.४ किलोग्रॅम. या मेंदूचा एकक म्हणजे न्यूरॉन-मेंदुपेशी. मानवी मेंदूत ९०० बिलियन मेंदुपेशी असतात. प्रत्येक मेंदुपेशीच्या साधारणपणे दहा हजार जोडण्या असतात. म्हणजे प्रत्येक मेंदुपेशी इतक्या इतर मेंदुपेशींशी संपर्क साधत असते. मेंदू माणसाचा असो वा इतर कोणत्याही प्राण्याचा, मेंदूचा एकक म्हणजे न्यूरॉन. मेंदुपेशींचा सिद्धान्त (न्यूरॉन डॉक्ट्रिन) मांडणारा एक महत्त्वाचा मेंदुतज्ज्ञ म्हणजे सॅन्तायगो रॅमॉन य काजाल (Santiago Ramon Y Cajal, १८५२-१९३४) काजाल हा आधुनिक मेंदुविज्ञानाचा एक संस्थापक असे मानले जाते. हा स्पॅनिश होता. ‘मेंदुविज्ञानाच्या बगीच्यात संशोधकांसाठी मोहवून टाकणारे अपूर्व देखावे व अतुलनीय कलात्मक भावनांचा खजिना आहे”, असे काजाल म्हणाला होता. सूक्ष्मदर्शकाखाली मेंदूचा तुकडा बघून त्याने मेंदुपेशींची चित्रे काढली आहेत. त्यांतील सूक्ष्म तपशील थक्क करणारे आहेत. ती चित्रे आजही वैज्ञानिक चित्रकलेचा अभिजात नमुना म्हणून सर्वमान्य आहेत.

सबंध प्राणिजगतात मेंदुपेशीची रचना एकसारखी असते. हे मेंदूच्या जैव विज्ञानातील कळीचे तत्त्व आहे. मेंदुपेशीच्या वरच्या भागात छोट्या शाखांचा मुकुट असतो. या शाखांना वृक्षिका (डेंड्राइटस्, Dendrites) म्हणतात. या वृक्षिका इतर मेंदुपेशींकडून येणारे संदेश स्वीकारतात. मेंदुपेशीच्या खालच्या भागातून जो लांबच लांब तंतू निघतो त्याला अक्षतंतू (अॅक्झॉन, Axon) म्हणतात. हा अक्षतंतू संदेश घेऊन इतर मेंदुपेशींकडे जातो व त्या मेंदुपेशीच्या वृक्षिकांशी संपर्क साधतो. वरती शाखा, मध्ये खोड आणि खाली मूळ या रचनेसारखी मेंदुपेशीची रचना असते. वृक्षिकांच्या वाढीला आरबोरायझेशन (Arborisation-Treelike arrangement) असे मेंदुविज्ञानात म्हटले आहे. मेंदुपेशींच्या मांडणीला अश्वत्थाची उपमा लागू पडते. अश्वत्थ हा फार वर्षे टिकणारा अतिशय मोठा वृक्ष असतो. त्याचप्रमाणे मेंदुपेशी युगानुयुगाच्या उत्क्रांतीतून विकसित झालेल्या असतात. त्यांची रचना अशीच विकसित झालेली असते. मेंदुपेशींचे हे विलोभनीय दृश्य पाहून मेंदुतज्ज्ञ काजाल प्रभावित झाला होता.

संदेशवहन मेंदुपेशींतील संदेशवहन हा मेंदूच्या कार्याचा गाभा आहे. मेंदुपेशी एकमेकांच्या सतत संपर्कात असतात. झोपेतसुद्धा हे संपर्क साधणे चालू असते. त्यामुळे मेंदुपेशी एकमेकांशी कसा संपर्क साधतात यावरील संशोधन हे मेंदूच्या जैवविज्ञानातील मूलभूत संशोधन आहे. या संशोधनाची सुरुवात एकोणविसाव्या शतकातच झाली होती. जसजसा तंत्रज्ञानाचा विकास होत गेला तसतसा मेंदुपेशींच्या संदेशवहनावर प्रकाश पडत गेला.

एका मेंदुपेशीचा अक्षतंतु दुसऱ्या मेंदुपेशीच्या वृक्षिकेशी एक तार दुसऱ्या तारेला पिळवटून जोडावी त्या पद्धतीने जोडलेला नसतो. अक्षतंतु आणि वृक्षिका यांच्या मध्ये मोकळी जागा (गॅप) असते. या जागेला संपर्कस्थान (सिनॅप्स, synapse) म्हणतात. डूपराशि या शब्दाचा उगम एका ग्रीक शब्दापासून झाला आहे. त्याचा अर्थ to bind together असा होतो. ही कल्पना प्रथम काजाल यांनी मांडली. १९५५ साली Sanford Palay व George Palade यांनी या संपर्कस्थानाची इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाखालची उत्तम छायाचित्रे घेऊन काजाल यांची कल्पना मूर्तरूपात सिद्ध करून दाखवली. संपर्कस्थानामधील ही मोकळी जागा अतिसूक्ष्म म्हणजे २० नॅनोमीटर इतकी असते.

कोणत्याही प्राणिमात्राच्या मेंदूत निर्माण झालेले संदेश (signals) शरीराच्या कानाकोपऱ्यात म्हणजे अगदी डोक्यापासून पायाच्या नखापर्यंत पोचतात. हे संदेश पोचवण्यासाठी मेंदुपेशी विजेचा (electrical impulse) वापर करतात. हे एकोणिसाव्या शतकाच्या पूर्वार्धात मेंदुविज्ञानाला उमगले होते. १८५९ मध्ये कशीरपप तेप कशीहेश्रीं याने मेंदूपासून निघून स्नायूंपर्यंत पोचणाऱ्या संदेशाच्या वहनाचे चेतातंतूंचे कार्य तांब्यांच्या तारेतील वहनापेक्षा धीम्या गतीने चालते हे दाखवून दिले होते.

मेंदूमध्ये निर्माण होणाऱ्या विचारांची गती ही भौतिकी विज्ञानाच्या नियमांपलीकडची असते, इतकी वेगवान असते. पण प्रत्यक्ष मेंदूचे संदेशवहनाचे कार्य हळू असते. म्हणून Thinking Fast but Brain Slow असे म्हणतात. मेंदूतील म्हणजे सबंध चेतासंस्थेतील (nervous system) संदेशवहन विद्युत असते असे वाटत होते. पण संपर्कस्थानाची संकल्पना जशी दृढ होत गेली तशी फक्त विद्युत संदेश वहनासाठी पुरी पडणार नाही, काही जैवरसायनांची मदत संदेशवहनात होत असणार असे मेंदुतज्ज्ञांना वाटू लागले. १९५० च्या सुमारास जी डेशुळ याने एक अप्रतिम प्रयोग केला. त्याने बेडकाचे स्पंदन करणारे हृदय सलाइनमध्ये ठेवले. हृदयाची स्पंदने कमी करणारा चेतातंतू (नई) त्याने विजेने उद्दीपित केला. हृदयाची स्पंदने कमी झाली. आता त्याच सलाइनमध्ये दुसऱ्या बेडकाचे स्पंदन करणारे हृदय बुडवले. त्या हृदयाचा चेतातंतू उद्दीपित न करता त्या हृदयाची स्पंदने आपोआप कमी झाली. पहिल्या हृदयाचा चेतातंतू उद्दीपित केला तेव्हा कोणतेतरी जैवरसायन त्या सलाइनमध्ये पाझरले असा निष्कर्ष त्याने काढला. त्या जैवरसायनाचा गुणधर्म हार्ट स्लो करणे हा होता. त्या चेतातंतूचे नाव होते प्राणेशा तंत्रिका (Vagus Nerve) म्हणून ऑटोने त्या जैवरसायनाचे-चेताप्रेषकाचे (Neurotransmitter) नाव vagus stoff ठेवले. जैवविज्ञानाच्या विद्यार्थ्याने महाविद्यालयाच्या प्रयोगशाळेत करावा इतका हा प्रयोग सोपा होता. त्यावर बरेच संशोधन झाले. १९५० मध्ये हे जैवरसायन वेगळे काढले गेले. त्या चेताप्रेषकाचे Acetylcholine असे नामकरण झाले. या शोधासाठी जी डेशुळ या अमेरिकी वैज्ञानिकाला १९३६ चे नोबेल सर हेन्री डेल (Sir Henri Dale) यांच्याबरोबर देण्यात आले. महान तत्त्व सांगणारे प्रयोग अत्यंत सोपेही असू शकतात. Otto Loewi याने चेताप्रेषकांचे विश्व खुले केले.

त्यानंतरही संशोधन सुरूच आहे. मेंदुपेशी संदेशवहनासाठी विद्युत वापरतात. हे विद्युत संदेश संपर्कस्थानापर्यंत पोचतात. या संपर्कस्थानातील मोकळी जागा पार करण्यासाठी चेताप्रेषक वापरला जातो. या चेताप्रेषकामुळे साखळीतील पुढच्या मेंदुपेशीत परत विद्युत संदेश निर्माण होतात. हे विद्युत संदेश अक्षतंतूमार्फत त्याच्या पुढच्या मेंदुपेशीतील वृक्षिकेपर्यंत जातात. विद्युत संदेश व जैवरासायनिक चेताप्रेषक यांच्यामार्फत चेतासंस्थेत संदेशवहन होते. अक्षतंतूच्या टोकाला चेताप्रेषकांनी भरलेल्या अतिसूक्ष्म पिशव्या असतात. प्रत्येक पिशवीत चेताप्रेषकाचे पाच हजार रेणू असतात. विद्युत-संदेश अक्षतंतूच्या टोकाला पोचल्याबरोबर या पिशव्या फुटतात. संपर्कस्थानातील वीस नॅनोमिटर मोकळी जागा चेताप्रेषकांनी भरून जाते. चेताप्रेषक पुढच्या मेंदुपेशीतील वृक्षिकेची सूक्ष्म छिद्रे उघडतात. त्यामुळे विद्युतभारित अणु म्हणजे ळेपी मेंदुपेशीत शिरतात आणि जैवरासायनिक संदेशाचे परत विद्युत-संदेशात रूपांतर होते व संदेशवहन सुरू राहते. १९५५ मध्ये ऋशीसश झरश्ररवश व डरपोव झरथरू यांनी हेसुद्धा इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाखाली दाखवून दिले.

दार्शनिक तत्त्वे सर आयसाया बर्लिन (Sir Isiah Berlin) यांनी विज्ञानाबद्दल दार्शनिक विचार मांडले होते. त्याचे सुलभ सार असे -विज्ञानाच्या मांडणीतील विधाने, प्रस्ताव ही सर्वसमावेशक व आकलनीय असली पाहिजेत. ही विधाने एकमेकांना तर्काच्या साखळीने जोडलेली असावीत. त्यामुळे तयार होणारा अंतिम परिणाम व परिणती निःसंदिग्ध असेल. या निगमनिक पद्धतीमध्ये अभ्यासक एका बिंदूपासून दुसऱ्या बिंदूपर्यंत विश्वसनीय मार्गावरून एकाकडून दुसरीकडे सहज जाऊ शकेल. मेंदुविज्ञानाने हेच तत्त्व अनुसरण्याचा प्रयत्न केला आहे. मेंदूचे जैवविज्ञान हे मूलविज्ञान आहे; कारण याच मेंदूतून इतर विज्ञानशाखांचा उदय झाला आहे.

याच दार्शनिक तत्त्वांच्या प्रकाशात मेंदूच्या जैवविज्ञानातील संशोधन तपासले जाते. मानव या उत्क्रांत प्राण्याच्या मेंदूत व चेतासंस्थेत ज्या पद्धतीने संदेशवहन होते, त्याच पद्धतीने इतर प्राण्यांच्या चेतासंस्थेत संदेशवहन होते. याचा अर्थ उत्क्रांत मानवी मेंदू भौतिक जगतामध्ये उपलब्ध असलेल्या साधनसामुग्रीचा इष्टतम उपयोग न करता आदिम प्राण्यांपासून पूर्वापार आनुवंशिकतेने आलेल्या जैवरसायनांच्या जैविक क्रियांत थोडाफार बदल करून त्याचा उपयोग करणे पसंत करतो. मेंदूच्या जैवविज्ञानातील एक महत्त्वाचे तत्त्व संदेशवहनाच्या संशोधनावरून स्पष्ट होईल.

मेंदूच्या जैवविज्ञानातील महत्त्वाच्या तीन तत्त्वबिंदूंचा उगम झाला विसाव्या शतकाच्या पूर्वार्धात. यामुळे मेंदूच्या कार्यकारी रचनेचे आकलन वाढू लागले. यातील पहिला बिंदू म्हणजे पशीप वेलीीळपश की मेंदुपेशी हा चेतासंस्थेचा एकक असतो. दुसरा बिंदू म्हणजे मेंदुपेशीमध्ये माहितीचे पारेषण आयन्समुळे होते. हे आयन मेंदुपेशीत विद्युत-संदेश निर्माण करतात, ज्याला अॅक्शन पोटेन्शियल (action potential) म्हणतात. हे विद्युत-संदेश अक्षतंतूंमार्फत शरीरभर जातात. तिसरा बिंदू म्हणजे संपर्कस्थानात दोन मेंदुपेशीमधील संवाद जैवरसायनामार्फत होतो, ज्याला केमिकल थिअरी ऑफ सिनॅप्टिक ट्रान्समिशन म्हणतात.

शिकण्याचे काही विशिष्ट प्राथमिक प्रकार सर्व प्राण्यांमध्ये समान असतात, असे Konrad Lorenz, Niko Tinbergen आणि Karl Von Fisch यांनी दाखवून दिले होते. या संशोधनाबद्दल तिघांना १९७३ चे नोबेल मिळाले होते. खालच्या पायरीवरील प्राण्यांमधील शिकण्याच्या व स्मृती साठवून ठेवण्याच्या मेंदुपेशींच्या कार्यतंत्राचा काही भाग उत्क्रांतीमध्ये मानवाने स्वतःसाठी ठेवून घेतला आहे. त्यामुळे अशा प्राण्यांवरील मेंदुसंशोधन मानवी मेंदूच्या कार्यावरही प्रकाश टाकते. तेव्हा अशा संशोधनासाठी योग्य प्राणी निवडणे हेसुद्धा वैज्ञानिकाचे कौशल्य असते. साध्या प्राण्यांवरील संशोधनाचे निष्कर्ष मानवाला लागू करणे ही प्राङ्नयन पद्धती (शिर्वीलींळेपळीीं रीशसू) १९५०-६० च्या दशकात विज्ञानात सर्वमान्य झाली नव्हती. पण नंतरच्या काळात त्याला पुष्टी देणाऱ्या संशोधनामुळे ती मान्य झाली. जी. एीळल ठ. घरपवशश्र या २००० सालच्या नोबेल विजेत्या वैज्ञानिकाने स्मृती (memory) वरील संशोधनासाठी Aplysia Californica ही सागरी गोगलगाय (Giant Marine Snail) १९६० मध्ये निवडली. त्यावेळी तू ही मोठी चूक करत आहेस असे त्यांना इतर वैज्ञानिकांनी सांगितले होते. पण त्यांचा निश्चय पक्का होता. या सागरी गोगलगाईच्या मेंदूत (चेतासंस्थेत) फक्त वीस हजार मेंदुपेशी असतात (मानवात १०० अब्ज). या वीस हजार मेंदुपेशी नऊ पुंजक्यात विभागलेल्या असतात. यातील काही मेंदुपेशी नुसत्या डोळ्यांनाही म्हणजे सूक्ष्मदर्शकाविना दिसू शकतात. अ घरपवशश्र यांनी मेंदुपेशीत स्मृती कशी निर्माण होते, कशी साठवली जाते याचे मूलभूत आणि शानदार (elegant) संशोधन करून मेंदुविज्ञानाचे आकलन समृद्ध केले आहे. स्मृती साठवताना मेंदुपेशीच्या जोडण्या (वायरिंग) कशा होतात हे त्यांनी दाखवून दिले. पूर्वी उल्लेखिलेल्या मेंदूच्या जैवविज्ञानातील तीन तत्त्वबिंदूंवर आधारित हे संशोधन आहे.

न्यूरल डार्विनिझम गर्भधारणा होऊन भ्रूण तयार होतो. गर्भाशयातील भ्रूणापासून माणूस मोठा होईपर्यंत त्याचा मेंदू कसा विकसित होतो याबद्दलची महत्त्वाची थिअरी म्हणजे न्यूरल डार्विनिझम. मेंदुपेशीय डार्विनवाद असा शब्द त्यासाठी तयार करता येईल. पण त्यापेक्षाही त्याचा अर्थ समजून घेणे योग्य ठरते. मेंदूच्या विकासाला डार्विनच्या उत्क्रांतीतील नैसर्गिक निवडीचे तत्त्व लावणे म्हणजे न्यूरल डार्विनिझम. तेथे निवड या शब्दाचा व्यवहारातला अर्थ अभिप्रेत नाही. क्रिकेट बोर्डाची निवड समिती क्रिकेटचा संघ निवडते. येथे निवड करणारी त्रयस्थ एजन्सी असते. नैसर्गिक निवडीमध्ये अशी एजन्सी नसते. नैसर्गिक निवड हे स्वयंप्रणीत स्वयंनियंत्रित कार्यतंत्र आहे हे लक्षात घेतले पाहिजे. न्यूरल डार्विनिझमचे सोदाहरण दर्शन उद्बोधक आहे.

भ्रूणाचा मेंदू विकसित होताना लाखो मेंदुपेशी निर्माण होतात. जेलीच्या अतिसूक्ष्म थेंबासारख्या या पेशींना, वृक्षिका आणि अक्षतंतू फुटतात. या मेंदुपेशींत उत्स्फूर्तपणे (spontaneously) आयन्स निर्माण होऊन विद्युतसंदेश तयार होतात व मेंदुपेशींच्या जोडण्यांना सुरवात होते. हे सर्व जनुकीय आदेशाप्रमाणे घडते. मूलभूत हालचाली व शरीरातील प्रतिक्षिप्त क्रिया (श्वसन, हृदयस्पंदन, पचन अशा अनंत) यांच्यासाठी लागणाऱ्या मेंदुपेशींच्या जोडण्या प्रथम निवडल्या जातात व मेंदुपेशींची मंडले तयार होतात. हे नैसर्गिक निवडीने घडते.

नवजात बालकाचा मेंदू म्हणजे कोरी पाटी नसते; त्याचप्रमाणे मेंदूचा विकास पूर्णतः पूर्वनियोजित नसतो; हेही लक्षात ठेवले पाहिजे. बाळ वाढू लागते, वेडेवाकडे हातवारे करू लागते. हळूहळू वस्तू हातात धरून उचलू लागते (grasping the object). वस्तू हातात घेऊन उचलणे ही महत्त्वाची क्रिया आहे. यासाठी लागणाऱ्या मेंदुपेशींच्या जोडण्या (synapses) महत्त्वाच्या असतात. त्या मेंदुपेशींच्या जोडण्यांची म्हणजे मेंदुपेशींच्या मंडलांची निवड केली जाते. ही क्रिया जेव्हा केली जाते तेव्हा या जोडण्या बळकट केल्या जातात (synaptic strengthening). इतर कितीतरी अनावश्यक हालचाली बाळ करते पण त्या जोडण्या हळूहळू नष्ट केल्या जातात. याला डॉ. श्याँज (Dr. Changeux) या फ्रेंच मेंदुतज्ज्ञाने “”To learn is to eliminate”, शिकणे म्हणजे काढून टाकणे, असे म्हटले आहे. मूल वाढताना त्याच्या सभोवतालचा शोध-धांडोळा घेत असते. असे करत असताना पुनः पुनः वापराव्या लागणाऱ्या क्रियांचा म्हणजे वर्तनाचा त्यांचा साठा वाढत असतो. यासाठी नरवानरगण (Primates) बोधात्मक खेळ (cognitive games) वापरतात. त्याचे एक उदाहरण असे आफ्रिकेतील (Vervet) माकडांवरील हा शोधाभ्यास. टोळीतील इतर माकडांना धोक्याची सूचना देण्यासाठी ही माकडे विशिष्ट आवाज काढतात. चित्त्याचा धोका कळवण्यासाठी मोठ्याने भुंकतात. वरून उडत जाणाऱ्या गरुडाच्या धोक्यासाठी दोनदा खोकून सूचना देतात. साप दिसला तर हिस्स असा आवाज काढून इतरांना जागरूक करतात.

या माकडाचे अगदी छोटे पिल्लूसुद्धा साप दिसला रे दिसला की हिस्स आवाज काढते. पिल्लाजवळ असलेले प्रौढ माकड किंवा माकडाची आई तसाच आवाज काढते. त्यामुळे पिल्लाला आनुवंशिकतेने आलेली ही क्रिया अधिक बळकट, दृढ (reinforced) होते. आणि त्याला दुजोराही (reward) मिळतो. पण वरून उडत जाणाऱ्या गरुडाच्या बाबतीत जरा निराळा प्रकार घडतो. कोणताही उडत जाणारा पक्षी असेल तर पिल्लू दोनदा खोकून धोक्याची सूचना देते. पक्षी गरुड नसेल तर पिल्लाबरोबर असलेले प्रौढ माकड तसे दोनदा खोकून प्रतिसाद देत नाही. पण जेव्हा खरोखरच गरुड उडत जात असेल तर पिल्लांनी काढलेल्या आवाजाला ते प्रौढ माकड ताबडतोब प्रतिसाद देते. असे बरेच वेळा घडल्यानंतर वरून उडत जाणाऱ्या पक्ष्याचा कोणता आकार हा गरुडाचा आकार आहे हे पिल्लाच्या लक्षात येऊ लागते. पिल्लू ओळखायला शिकते. म्हणजे प्रौढ माकडाने दिलेल्या प्रतिसादामुळे पिल्लाने काढलेल्या आवाजाकरता लागणाऱ्या मेंदुपेशींच्या जोडण्या बळकट होतात. त्या जोडण्या निवडल्या जातात. इतर कोणता आकार उडताना केलेल्या आवाजाच्या क्रियेसाठी लागणाऱ्या मेंदुपेशींच्या जोडण्या हळूहळू नष्ट होतात. कारण त्यांना प्रौढ माकडाचा प्रतिसाद न मिळाल्यामुळे त्या बळकट झालेल्या नसतात. पिल्लाच्या मेंदूत जणू धोक्याच्या आकाराचा ठसा उमटतो व ते योग्य आकाराला धोक्याची सूचना देण्यास शिकते. हे नैसर्गिक निवडीने मेंदुपेशीच्या योग्य जोडण्या निवडल्यामुळे घडते. Learning is elimination त्याचप्रमाणे Learning is selection.

प्रत्येक मेंदूच्या जडणघडणीत त्या मेंदूच्या विकासाचा आनुवंशिक इतिहास, आणि त्याच्या अनुभवाचा इतिहास, म्हणजे परिस्थिती-पर्यावरणाच्या प्रभावाचा इतिहास याचा एक विलक्षण ठसा उमटलेला असतो. ह्यामुळे प्रत्येक मेंदू हा अनन्य (unique) असतो. याचा अर्थ त्या मेंदूतील जैविक प्रक्रिया म्हणजे मेंदूचे कार्य विशिष्ट असते. मेंदूच्या कार्याचे दृश्य स्वरूप म्हणजे मानवाचे किंवा प्राण्यांचे वर्तन. हे वर्तनही वेगवेगळे असते. तरीही त्यात काही समान सूत्र असते. “व्यक्ती तितक्या प्रकृती’ ही म्हण म्हणून सर्वार्थाने सार्थ ठरत नाही. डार्विनिझमच्या थिअरीनुसार नैसर्गिक निवड ही विविध स्तरांवर कार्यरत असते.

त्याचा अभ्यास molecular neurobiology, genetic neurobiology, evolutionary & developmental neurobiology या neurobiolog च्या उपशाखांमधून चालू आहे. मेंदूच्या जैवविज्ञानाचे स्वरूप असे विशाल आहे.

किती विशाल मेंदूच्या जैवविज्ञानाला पडलेले सर्वांत महत्त्वाचे कोडे म्हणजे जाणीव; कॉन्शसनेस Consciousness. कॉन्शसनेसला जाणीव, चेतना, शुद्ध-बेशुद्ध मधील शुद्धावस्था असे प्रतिशब्द आहेत. पण मी कॉन्शसनेस हा शब्द वापरणे पसंत करीन.

मलमूत्र-उत्सर्जन ही जशी जैविक प्रक्रिया आहे. तशी कॉन्शसनेस ही एक जैविक प्रक्रिया आहे. अमीबासारखा एकपेशीय प्राणी निर्माण झालेले अशुद्ध पदार्थ विसर्जित करतो. त्याचप्रमाणे पाखरांपासून मानवापर्यंत उत्सर्जनाची क्रिया वेगवेगळी असते. तसेच कॉन्शसनेसचेही आहे. एकपेशीय सजीवाची कॉन्शसनेस, पाखरांची कॉन्शसनेस, नरवानरगणांची कॉन्शसनेस वेगवेगळ्या स्तरावरची असते. सद्यःस्थितीत मानवाची कॉन्शसनेस ही सर्वांत उत्क्रांत असे मानायला हरकत नाही. कॉन्शसनेसचा अभ्यास ज्ञानाच्या विविध शाखा करत आहेत त्याचप्रमाणे मेंदूचे जैवविज्ञानही करत आहे.

१८६९ सालची घटना. चार्ल्स डार्विन फारच अस्वस्थ झाला होता. कारणही तसेच होते. आल्फ्रेड वॉलेस (Alfred Wallace) या उत्क्रांतीच्या सहजनकाने एक लेख प्रसिद्ध केला. १८६९ पर्यंत आल्फ्रेड अध्यात्मवादाकडे (spiritualism) कडे झुकला होता. “मानवी मन आणि मेंदू यांची निर्मिती कशी झाली हे स्पष्ट करण्यासाठी नॅचरल सिलेक्शन ही थिअरी पूर्ण पडणार नाही.” असे आल्फ्रेडने त्यात लिहिले होते. तो लेख प्रकाशनापूर्वी त्याने डार्विनकडे पाठवला होता. डार्विनने त्याला लिहिले. “आपल्या दोघांचे बाळ म्हणजे नॅचरल सिलेक्शन तू पूर्णपणे मारणार नाहीस अशी मी आशा करतो.” पण डार्विनची ही आशा फोल ठरली. चार्लस् डार्विनने मात्र The Descent of Man या ग्रंथात मानवाच्या higher intellctual faculties या उत्क्रांत झाल्या आहेत असेच नमूद केले. या उच्च बौद्धिक क्षमतांमध्ये भाषा, भावना, कॉन्शसनेस सर्व घटक आले. कॉन्शसनेस हे उत्क्रांतीचे फळ आहे, हे सिद्ध करण्याचा जो प्रकल्प डार्विनने सुरू केला तो अजून पुरा झालेला नाही. तो प्रकल्प पुढे नेण्याचा प्रयत्न कॉन्शसनेसची मेंदूच्या जैवविज्ञानाची थिअरी मांडून मेंदुतज्ज्ञ करत आहेत. मेंदुपेशी उजळतात, उद्दीपित होतात हे प्रत्यक्षात स्कॅनिंगमध्ये दिसते पण त्याचे वैयक्तिक अनुभवात, विचारांत, भावनेत रूपांतर कसे होते याचा शोध चालू आहे.

नोबेलविजेते मेंदुतज्ज्ञ Gerald M Edelman यांनी Wider than the Sky – the Phenomenal Gift of Consciousness या पुस्तकात त्यांची कॉन्शसनेसची थिअरी मांडली आहे. या पुस्तकाच्या सुरुवातीला Emily Dickinson या १९ व्या शतकातील कवयित्रीची The Brain-wider than the sky ही ओळ उद्धृत केली आहे. विशेष म्हणजे ह्या काळातसुद्धा तिने मन (mind) हा शब्द न वापरता मेंदू (Brain) हा शब्द वापरला आहे. मन म्हणजे गहन गूढ, Mysterium tremendum असे मानणाऱ्या काळापासून मेंदूच्या जैवविज्ञानाने आज विज्ञानाला खूप पुढे आणले आहे. मानवी मेंदू आणि त्याचे जैवविज्ञान किती विशाल आहे हे दाखवणाऱ्या या कवितेचा मी केलेला भावानुवाद देऊन लेखाची समाप्ती करत आहे.

मेंदू मेंदू आहे विशाल आकाशापेक्षा बघा, त्यांना एकमेकांजवळ ठेवून तो – त्याला सहज सामावून घेईल.आणि तुम्हालासुद्धा त्याबरोबरच. मेंदू – आहे खोल पहा सागरापेक्षा धरा ती निळाई आणि मेंदूची गहराई समोरासमोर मेंदू केव्हाच शोषून घेईल त्या दुसऱ्याला स्पंज आणि बादल्या करतात तसं. मेंदू आणि ईश्वर आहेत एकाच तोलामोलाचे करा दोघांचं वजन शेरास शेर. असलाच काही फरक दोघांत तर जसा अक्षर आणि त्याच्या उच्चारात. ३/१४, ज्ञानयोग, वझीरानाका, बोरिवली (प), मुंबई ४०० ०९१.