আলো যখন মস্তিষ্কের নিয়ন্ত্রক: গল্পের শুরু একটি সবুজ শৈবাল থেকে

মানুষের মস্তিষ্কে প্রায় ৮ হাজার ৬০০ কোটি স্নায়ুকোষ রয়েছে। এই বিপুলসংখ্যক স্নায়ুকোষ নিজেদের মধ্যে বৈদ্যুতিক ও রাসায়নিক সংকেত আদান-প্রদানের মাধ্যমে আমাদের চিন্তা, স্মৃতি, আবেগ, ভয়, আনন্দ, সিদ্ধান্ত ও আচরণের জটিল জগৎ সৃষ্টি করে। কিন্তু দীর্ঘদিন ধরে স্নায়ুবিজ্ঞানের সামনে একটি মৌলিক প্রশ্ন ছিল—মস্তিষ্কের কোনো বিশেষ আচরণ, স্মৃতি বা অনুভূতির জন্য ঠিক কোন স্নায়ুকোষ বা স্নায়ুবর্তনী (স্নায়ুকোষের কার্যকর নেটওয়ার্ক) দায়ী, তা নিশ্চিতভাবে বোঝা যাবে কীভাবে? এই প্রশ্নের উত্তর খোঁজার পথ আমূল বদলে দিয়েছেন তিন বিজ্ঞানী—কার্ল ডাইসেরথ, পিটার হেগেমান ও গেয়র্গ নাগেল। আলো দ্বারা নিয়ন্ত্রিত আয়ন চ্যানেল এবং আলোক-জিনপ্রযুক্তি বা অপটোজেনেটিকস-সংক্রান্ত যুগান্তকারী আবিষ্কারের জন্য তাঁদের যৌথভাবে দেওয়া হয়েছে ২০২৬ সালের শারীরতত্ত্ব বা চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার। এই আবিষ্কার এমন এক প্রযুক্তির জন্ম দিয়েছে, যার সাহায্যে জীবন্ত প্রাণীর মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষকে আলো দিয়ে অত্যন্ত দ্রুত চালু বা বন্ধ করা যায়। ফলে বিজ্ঞানীরা এখন শুধু মস্তিষ্কে কোথায় কী ঘটছে, তা পর্যবেক্ষণই করেন না, বরং একটি নির্দিষ্ট স্নায়ুবর্তনী সক্রিয় বা নিষ্ক্রিয় করে তার কাজও পরীক্ষা করতে পারেন। আধুনিক স্নায়ুবিজ্ঞানে এটি এক বৈপ্লবিক পরিবর্তন।

গল্পের শুরু একটি সবুজ শৈবাল থেকে—

এই অসাধারণ আবিষ্কারের গল্প মানুষের মস্তিষ্ক থেকে শুরু হয়নি। এর সূচনা হয়েছিল একটি ক্ষুদ্র এককোষী সবুজ শৈবাল ক্ল্যামাইডোমোনাস থেকে। এই অণুজীব আলো শনাক্ত করতে পারে এবং আলোর উপস্থিতি অনুযায়ী সাঁতারের দিক পরিবর্তন করতে পারে। বিজ্ঞানীদের মনে তাই প্রশ্ন জেগেছিল—চোখ বা মস্তিষ্ক না থাকা সত্ত্বেও একটি এককোষী শৈবাল আলো শনাক্ত করে কীভাবে? পিটার হেগেমান দীর্ঘদিন ধরে ক্ল্যামাইডোমোনাসের আলোকসংবেদন নিয়ে গবেষণা করেন। পরবর্তী সময়ে গেয়র্গ নাগেল ও তাঁদের সহযোগীদের গবেষণায় এর পেছনে থাকা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ আণবিক ব্যবস্থাটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে। এর কেন্দ্রে রয়েছে ‘চ্যানেলরোডপসিন’ নামের একধরনের আলোকসংবেদনশীল প্রোটিন।

দূর পরবাসে জীবনের গল্প, নানা আয়োজনের খবর, ভিডিও, ছবি ও লেখা পাঠাতে পারবেন পাঠকেরা। ই-মেইল: dp@prothomalo.comচ্যানেলরোডপসিন কোষঝিল্লিতে অবস্থানকারী আলোনিয়ন্ত্রিত একটি আয়ন চ্যানেল। নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো পড়লে প্রোটিনটির গঠনে পরিবর্তন ঘটে এবং এর মধ্যকার ক্ষুদ্র পথটি খুলে যায়। তখন বিভিন্ন ধনাত্মক আয়ন কোষঝিল্লির মধ্য দিয়ে চলাচল করতে পারে। এর ফলে কোষের বৈদ্যুতিক অবস্থার পরিবর্তন ঘটে। বিশেষ করে চ্যানেলরোডপসিন-২ নীল আলোয় অত্যন্ত দ্রুত সক্রিয় হতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যই পরবর্তী সময়ে স্নায়ুবিজ্ঞানে বিপ্লব ঘটায়। একটি ক্ষুদ্র শৈবালের সূর্যালোক শনাক্ত করার ব্যবস্থা যে একদিন মানুষের মস্তিষ্কের রহস্য উন্মোচনের অন্যতম প্রধান হাতিয়ার হয়ে উঠবে, সেই সময়ে তা কল্পনা করাও কঠিন ছিল। প্রসঙ্গত, মানুষের কোষে চ্যানেলরোডপসিন-২ (ChR2)-এর কোনো সরাসরি সমতুল্য জিন বা প্রোটিন নেই। মানুষের মেলানোপসিন (OPN4) আলোকসংবেদী হলেও এটি নিজে আয়ন-চ্যানেল নয়; অন্যদিকে অণুজীবের ChR2 একই সঙ্গে আলো শনাক্ত করে এবং সরাসরি একটি আয়ন-চ্যানেল হিসেবে কাজ করে।

শৈবালের জিন যখন স্নায়ুকোষে—

এরপর বিজ্ঞানীদের সামনে আরও সাহসী একটি প্রশ্ন এল—শৈবালের এই আলোনিয়ন্ত্রিত প্রোটিনটি যদি স্তন্যপায়ী প্রাণীর স্নায়ুকোষে তৈরি করানো যায়, তাহলে কি আলো দিয়ে সেই স্নায়ুকোষকে নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব? কার্ল ডাইসেরথ ও তাঁর সহযোগীরা এই ধারণাকে বাস্তবে রূপ দেন। চ্যানেলরোডপসিন-২ তৈরির নির্দেশ বহনকারী জিন স্নায়ুকোষের মধ্যে প্রবেশ করানো হলে স্নায়ুকোষের ঝিল্লিতে এই আলোকসংবেদনশীল প্রোটিন তৈরি হয়। এরপর নীল আলো ফেললে চ্যানেলরোডপসিনের পথ খুলে যায় এবং ধনাত্মক আয়ন স্নায়ুকোষের ভেতরে প্রবেশ করে। এর ফলে স্নায়ুকোষের ঝিল্লির বৈদ্যুতিক বিভব পরিবর্তিত হয়। পরিবর্তনটি একটি নির্দিষ্ট মাত্রা অতিক্রম করলে সৃষ্টি হয় ক্রিয়াবিভব বা অ্যকশন পটেনশিয়াল। অর্থাৎ, স্নায়ুকোষটি সক্রিয় হয়ে বৈদ্যুতিক সংকেত পাঠাতে শুরু করে। ২০০৫ সালে ডাইসেরথ ও তাঁর সহযোগীরা দেখান, এই পদ্ধতিতে স্তন্যপায়ী প্রাণীর স্নায়ুকোষের বৈদ্যুতিক কার্যকলাপ এক সেকেন্ডের হাজার ভাগের এক ভাগ সময়ের মধ্যেও অত্যন্ত নিখুঁতভাবে নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব। এই প্রযুক্তিই পরবর্তী সময়ে পরিচিত হয় অপটোজেনেটিকস বা আলোক-জিনপ্রযুক্তি নামে।

অপটোজেনেটিকস কী?

অপটোজেনেটিকসে দুটি বিষয় একত্র হয়েছে—আলো ও জিনপ্রযুক্তি। সহজভাবে বলা যায়, জিনগত পদ্ধতিতে নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষকে আলোর প্রতি সংবেদনশীল করে তুলে পরে আলো দিয়ে সেই কোষের কার্যকলাপ নিয়ন্ত্রণ করার প্রযুক্তিই অপটোজেনেটিকস। প্রথমে নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষে চ্যানেলরোডপসিনের মতো আলোকসংবেদনশীল প্রোটিন তৈরির জিন প্রবেশ করানো হয়। এরপর সেই স্নায়ুকোষে নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো পৌঁছে দেওয়া হয়। নীল আলো চ্যানেলরোডপসিন-২ সক্রিয় করলে স্নায়ুকোষ উত্তেজিত হয়। আবার অন্য ধরনের আলোকসংবেদনশীল প্রোটিন ব্যবহার করে আলো দিয়েই স্নায়ুকোষের কার্যকলাপ কমানো বা বন্ধ করা সম্ভব। অর্থাৎ, বিজ্ঞানীদের হাতে যেন মস্তিষ্কের স্নায়ুকোষ নিয়ন্ত্রণের একটি আলোক-সুইচ এসে গেল। এই পদ্ধতির সবচেয়ে বড় সুবিধা হলো, অত্যন্ত দ্রুত এবং নির্দিষ্ট ধরনের স্নায়ুকোষকে লক্ষ্য করে কাজটি করা যায়।

আলো কীভাবে স্নায়ু-সংকেতে রূপ নেয়—

আণবিক পর্যায়ে প্রক্রিয়াটি আরও চমকপ্রদ। চ্যানেলরোডপসিনের মধ্যে রেটিনাল নামের একটি আলো শোষণকারী অণু থাকে। নীল আলোর একটি আলোককণা রেটিনালে শোষিত হলে এর আণবিক গঠনের পরিবর্তন ঘটে। সেই পরিবর্তনের প্রভাবে চ্যানেলরোডপসিনের আয়ন চলাচলের পথ খুলে যায়। এরপর ঘটনাগুলো ঘটে ধারাবাহিকভাবে—নীল আলো, চ্যানেলরোডপসিন সক্রিয়, ধনাত্মক আয়ন কোষে প্রবেশ, কোষঝিল্লির বৈদ্যুতিক বিভবের পরিবর্তন ক্রিয়াবিভব সৃষ্টি, স্নায়ুসংকেত পরিবহন। ক্রিয়াবিভব স্নায়ুকোষের প্রান্তে পৌঁছালে ক্যালসিয়াম আয়ন প্রবেশের পথ খুলে যায়। ক্যালসিয়াম প্রবেশের ফলে ক্ষুদ্র থলি থেকে গ্লুটামেট বা অন্যান্য স্নায়ুসংকেতবাহী রাসায়নিক পদার্থ নিঃসৃত হয়। এগুলো পরবর্তী স্নায়ুকোষের গ্রাহকের সঙ্গে যুক্ত হয়ে নতুন সংকেত সৃষ্টি করে। অর্থাৎ, একটি ক্ষুদ্র আলোককণা শেষ পর্যন্ত একটি স্নায়ুকোষের বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত হতে পারে।

পর্যবেক্ষণ নয়, এবার কার্যকারণ নির্ণয়—

মস্তিষ্ক গবেষণায় আগে মস্তিষ্কের বৈদ্যুতিক তরঙ্গ পরিমাপ, কার্যকর চৌম্বকীয় অনুরণন চিত্রায়ণ কিংবা অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করে কোনো কাজের সময় মস্তিষ্কের কোন অঞ্চল সক্রিয় হচ্ছে, তা জানা যেত। কিন্তু একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন থেকেই যেত—সেই অঞ্চলের সক্রিয়তাই কি আচরণটির কারণ, নাকি সেটি শুধু আচরণটির সঙ্গে সম্পর্কিত? অপটোজেনেটিকস এই সমস্যার সমাধানে অসাধারণ সুযোগ তৈরি করেছে। ধরা যাক, একটি ইঁদুর ভয় পাওয়ার সময় মস্তিষ্কের ‘অ্যামিগডালা’ অঞ্চলের একটি বিশেষ স্নায়ুকোষগুচ্ছ সক্রিয় হচ্ছে। শুধু তা পর্যবেক্ষণ করলে বলা যায়, স্নায়ুকোষগুলোর সঙ্গে ভয় পাওয়ার সম্পর্ক রয়েছে। কিন্তু আলো দিয়ে সেই স্নায়ুকোষগুলো সক্রিয় করার পর যদি প্রাণীটি ভয়-সংক্রান্ত আচরণ প্রদর্শন করে, অথবা সেগুলো নিষ্ক্রিয় করে দিলে যদি ভয় কমে যায়, তাহলে বোঝা যায়—ওই স্নায়ুবর্তনীটি ভয় সৃষ্টির সঙ্গে সরাসরি যুক্ত। এ কারণেই অপটোজেনেটিকস মস্তিষ্কের কার্যকারণ সম্পর্ক নির্ণয়ের এক শক্তিশালী প্রযুক্তি।

স্মৃতি, ভয়, আনন্দ ও আচরণের রহস্য—

গত দুই দশকে অপটোজেনেটিকস ব্যবহার করে মস্তিষ্ক সম্পর্কে অসংখ্য মৌলিক প্রশ্নের উত্তর খোঁজা হয়েছে। স্মৃতি তৈরিতে ‘হিপোক্যাম্পাস’-এর কোন স্নায়ুকোষ অংশ নেয়, ভয় সৃষ্টিতে অ্যামিগডালার কোন স্নায়ুবর্তনী কাজ করে, ঘুম ও জাগরণের নিয়ন্ত্রণ কীভাবে হয়, পুরস্কার ও আনন্দের অনুভূতির সঙ্গে ডোপামিন-নিঃসরণকারী স্নায়ুকোষের সম্পর্ক কী, ক্ষুধা ও তৃপ্তির সংকেত কোথা থেকে আসে—এমন বহু প্রশ্নের উত্তর অনুসন্ধানে এই প্রযুক্তি ব্যবহৃত হচ্ছে। সামাজিক আচরণ, উদ্বেগ, আগ্রাসন, আসক্তি, সিদ্ধান্ত গ্রহণ এবং প্রেরণার মতো জটিল আচরণের সঙ্গে যুক্ত স্নায়ুবর্তনী নিয়েও গবেষণা করা সম্ভব হয়েছে। ফলে মস্তিষ্ককে এখন আর শুধু বিভিন্ন অঞ্চলের একটি স্থির মানচিত্র হিসেবে দেখা হয় না; বরং এটি অসংখ্য পরস্পর সংযুক্ত এবং সদা পরিবর্তনশীল স্নায়ুবর্তনীর এক বিশাল জীবন্ত জাল।

তিন বিজ্ঞানীর অবদান কেন পরস্পরের পরিপূরক—

২০২৬ সালের নোবেল পুরস্কারের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হলো—এটি দীর্ঘ বৈজ্ঞানিক যাত্রার তিনটি পরস্পর-সম্পর্কিত ধাপকে স্বীকৃতি দিয়েছে। পিটার হেগেমান ক্ল্যামাইডোমোনাস কীভাবে আলো অনুভব করে এবং তার আলোকগ্রাহী ব্যবস্থা কীভাবে কাজ করে, সেই মৌলিক জীববৈজ্ঞানিক রহস্য অনুসন্ধানে গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখেন। গেয়র্গ নাগেল ও তাঁর সহযোগীরা চ্যানেলরোডপসিনকে আলো দ্বারা সরাসরি নিয়ন্ত্রিত আয়ন চ্যানেল হিসেবে প্রতিষ্ঠা করতে এবং এর আণবিক ও জীবভৌত বৈশিষ্ট্য উন্মোচনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেন। অন্যদিকে কার্ল ডাইসেরথ আলোকসংবেদনশীল এই অণুকে স্নায়ুবিজ্ঞানের একটি শক্তিশালী প্রযুক্তিতে রূপান্তরিত করেন। জিনপ্রযুক্তি, আলোকবিজ্ঞান ও স্নায়ুবিজ্ঞানকে একত্র করে জীবন্ত মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট স্নায়ুবর্তনী নিয়ন্ত্রণের পথ তৈরি হয়। তাই অপটোজেনেটিকস কোনো একজন বিজ্ঞানীর একটিমাত্র আবিষ্কারের ফল নয়। এটি অণুজীববিজ্ঞান, আণবিক জীববিজ্ঞান, জৈবপদার্থবিজ্ঞান, জিনতত্ত্ব, আলোকবিজ্ঞান ও স্নায়ুবিজ্ঞানের এক অসাধারণ সম্মিলন।

রোগের চিকিৎসায় নতুন সম্ভাবনা—

অপটোজেনেটিকস এখনো প্রধানত গবেষণার একটি শক্তিশালী প্রযুক্তি। তবে চিকিৎসাবিজ্ঞানে এর সম্ভাবনাও ক্রমে স্পষ্ট হচ্ছে। পারকিনসন রোগে নির্দিষ্ট স্নায়ুবর্তনী কীভাবে অস্বাভাবিক হয়ে যায়, মৃগীরোগে কোন স্নায়ুবর্তনী অতিরিক্ত সক্রিয় হয়, বিষণ্নতা বা উদ্বেগে কোন স্নায়ুপথের ভারসাম্য নষ্ট হয়—এসব বোঝার ক্ষেত্রে অপটোজেনেটিকস গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখছে। আসক্তি, দীর্ঘস্থায়ী ব্যথা এবং বিভিন্ন স্নায়ু ও মানসিক রোগের পেছনে থাকা স্নায়ুবর্তনীর কার্যপ্রণালি বোঝার ক্ষেত্রেও এর ব্যবহার বাড়ছে। বিশেষ আগ্রহ তৈরি হয়েছে দৃষ্টিশক্তি পুনরুদ্ধারের ক্ষেত্রে। ‘রেটিনাইটিস পিগমেন্টোসা’-র মতো রোগে চোখের আলোকগ্রাহী কোষ নষ্ট হয়ে গেলেও রেটিনার অবশিষ্ট কিছু কোষকে আলোর প্রতি সংবেদনশীল করে তোলার চেষ্টা চলছে। মানুষের ক্ষেত্রেও এ ধরনের পরীক্ষামূলক চিকিৎসা নিয়ে গবেষণা শুরু হয়েছে। তবে মানুষের মস্তিষ্কে অপটোজেনেটিকসের ব্যাপক চিকিৎসাগত ব্যবহারের পথে এখনো বড় বাধা রয়েছে। নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষে নিরাপদে জিন পৌঁছে দেওয়া, মস্তিষ্কের গভীরে প্রয়োজনীয় আলো পৌঁছানো, দীর্ঘমেয়াদি নিরাপত্তা নিশ্চিত করা এবং অনাকাঙ্ক্ষিত স্নায়ুবর্তনী পরিবর্তন এড়ানো—এসব সমস্যার সমাধান এখনো প্রয়োজন। সুতরাং পারকিনসন রোগ, বিষণ্নতা কিংবা আলঝেইমার রোগের প্রতিষ্ঠিত চিকিৎসা হিসেবে অপটোজেনেটিকসেকে এখনই দেখা যাবে না; বরং এসব রোগের স্নায়ুবৈজ্ঞানিক ভিত্তি বুঝতে এবং ভবিষ্যতের নতুন চিকিৎসাপদ্ধতি উদ্ভাবনে এর সম্ভাবনা অসীম।

শেষ কথা—

মানুষ হাজার বছর ধরে জানতে চেয়েছে—স্মৃতি কোথায় থাকে? ভয় কীভাবে জন্মায়? আনন্দ কেন অনুভূত হয়? একটি সিদ্ধান্ত নেওয়ার আগে মস্তিষ্কে কী ঘটে? আমাদের আচরণের পেছনে কোন স্নায়ুকোষগুলো কাজ করে? একসময় এসব প্রশ্ন ছিল মূলত দর্শনের বিষয়। পরে শারীরস্থান ও শারীরতত্ত্ব এগুলোকে পরীক্ষাগারে নিয়ে আসে। বৈদ্যুতিক শারীরতত্ত্ব স্নায়ুকোষের বৈদ্যুতিক ভাষা শোনার সুযোগ দেয়। আধুনিক মস্তিষ্ক-চিত্রায়ণ জীবন্ত মানুষের মস্তিষ্কের সক্রিয় অঞ্চল দেখার সুযোগ করে দেয়। আর অপটোজেনেটিকস আমাদের হাতে দিয়েছে আরও এক অসাধারণ ক্ষমতা—নির্দিষ্ট স্নায়ুবর্তনীকে সাময়িকভাবে চালু বা বন্ধ করে তার কাজ সরাসরি পরীক্ষা করার সুযোগ। একটি ক্ষুদ্র সবুজ শৈবালের আলো শনাক্ত করার ক্ষমতা থেকে শুরু হওয়া সেই বৈজ্ঞানিক যাত্রা আজ এসে পৌঁছেছে মানুষের মস্তিষ্কের সবচেয়ে জটিল প্রশ্নগুলোর সামনে। ২০২৬ সালের চিকিৎসাবিজ্ঞানের নোবেল তাই শুধু কার্ল ডাইসেরথ, পিটার হেগেমান ও গেয়র্গ নাগেল—এই তিন বিজ্ঞানীর অসাধারণ অর্জনের স্বীকৃতি নয়; এটি কৌতূহলনির্ভর মৌলিক গবেষণার শক্তিরও স্বীকৃতি। প্রকৃতির এক ক্ষুদ্র জীব থেকে ধার করা একটি আলোকসংবেদনশীল প্রোটিন বিজ্ঞানীদের হাতে হয়ে উঠেছে মস্তিষ্কের অন্ধকারে আলো ফেলার এক অনন্য হাতিয়ার। যে আলো একদিন একটি ক্ষুদ্র শৈবালকে পথ চিনিয়েছিল, সেই আলোই আজ মানুষকে তার নিজের মস্তিষ্কের পথ চিনতে সাহায্য করছে।

অধ্যাপক রাশিদুল হক: সাবেক সহ-উপাচার্য, বরেন্দ্র বিশ্ববিদ্যালয়, রাজশাহী, এবং সাবেক অধ্যাপক, এমোরি বিশ্ববিদ্যালয়, আটলান্টা, যুক্তরাষ্ট্র, ও (সহযোগী অধ্যাপক) প্রাণিবিদ্যা বিভাগ, রাজশাহী বিশ্ববিদ্যালয়, বাংলাদেশ।