শৈবালের আলো-সংবেদনশীল প্রোটিন কীভাবে বদলে দিল মস্তিষ্ক গবেষণার পদ্ধতি।
মস্তিষ্কের কোন স্নায়ুকোষ স্মৃতি তৈরি করে? কোন কোষ ভয় তৈরি করে, আনন্দের অনুভূতি জাগায় কিংবা কোনো আচরণকে তাড়িত করে? এতদিন বিজ্ঞানীরা এসব প্রশ্নের উত্তর খুঁজেছেন মূলত মস্তিষ্কের কার্যকলাপ পর্যবেক্ষণ করে। কিন্তু কোনো নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষকে মুহূর্তের জন্য চালু বা বন্ধ করে দিয়ে যদি দেখা যায়, তার ফলে প্রাণীর আচরণ কীভাবে বদলায়— তাহলে কারণ ও ফলাফলের সম্পর্কটি অনেক বেশি স্পষ্ট হয়।
এই অসম্ভব বলে মনে হওয়া কাজটিকেই সম্ভব করেছে অপ্টোজেনেটিক্স (Optogenetics)— আলো ব্যবহার করে নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষের কার্যক্রম নিয়ন্ত্রণের প্রযুক্তি।
এই প্রযুক্তির ভিত্তি তৈরির স্বীকৃতি হিসেবে ২০২৬ সালের চিকিৎসাবিজ্ঞানে নোবেল পেয়েছেন যুক্তরাষ্ট্রের কার্ল ডাইসারোথ এবং জার্মানির পিটার হেগেমান ও গেওর্গ নাগেল। নোবেল কমিটির ভাষায়, তাদের আবিষ্কার এমন একটি পদ্ধতির ভিত্তি তৈরি করেছে, যার মাধ্যমে জীবন্ত মস্তিষ্কে স্নায়ুকোষকে আলো দিয়ে চালু বা বন্ধ করা যায় এবং সেই কোষগুলো কীভাবে স্মৃতি, অনুভূতি ও আচরণ তৈরি করে তা অনুসরণ করা সম্ভব।
কিন্তু এই গল্পের শুরু মানুষের মস্তিষ্কে নয়— একটি ক্ষুদ্র এককোষী সবুজ শৈবালে।
শুরুটা হয়েছিল একটি শৈবালকে নিয়ে কৌতূহল থেকে
পিটার হেগেমানের কৌতূহল ছিল খুব সাধারণ একটি প্রশ্নকে ঘিরে—একটি এককোষী শৈবাল কীভাবে আলো চিনতে পারে এবং আলোর দিকে সাঁতরে যেতে পারে?
শৈবালটির নাম Chlamydomonas reinhardtii। এটি দেখতে অতি সাধারণ একটি এককোষী জীব। কিন্তু আলো শনাক্ত করে তার দিকে এগিয়ে যাওয়ার ক্ষমতার পেছনে রয়েছে অসাধারণ এক জৈবিক ব্যবস্থা।
হেগেমান ও পরে গেওর্গ নাগেলসহ সহকর্মীরা এই শৈবালের কোষে এমন একটি আলো-সংবেদনশীল প্রোটিন শনাক্ত করেন, যাকে পরে channelrhodopsin বলা হয়। আলো পড়লে এই প্রোটিনের মধ্য দিয়ে আয়ন কোষের ভেতরে প্রবেশ করতে পারে। অর্থাৎ আলো এখানে শুধু কোনো সংকেত নয়—আলো সরাসরি কোষের বৈদ্যুতিক অবস্থার পরিবর্তন ঘটাতে পারে।
এই আবিষ্কারের গুরুত্ব তখনই পুরোপুরি বোঝা যায়নি। কিন্তু পরবর্তী সময়ে বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারেন—যদি এই প্রোটিনের জিন কোনো প্রাণীর স্নায়ুকোষে ঢুকিয়ে দেওয়া যায়, তাহলে আলো দিয়ে সেই স্নায়ুকোষের বৈদ্যুতিক কার্যকলাপ নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব হতে পারে।
সেখান থেকেই জন্ম নেয় নতুন এক বৈজ্ঞানিক যুগ।
মস্তিষ্ককে ‘দেখা’ থেকে মস্তিষ্ককে ‘নিয়ন্ত্রণ’
মস্তিষ্ক গবেষণার সবচেয়ে বড় সমস্যাগুলোর একটি ছিল— বিজ্ঞানীরা কোনো একটি মস্তিষ্কীয় অঞ্চলের কার্যকলাপ এবং একটি আচরণের মধ্যে সম্পর্ক দেখতে পারতেন, কিন্তু সবসময় নিশ্চিত হতে পারতেন না যে ওই স্নায়ুকোষগুলোই আচরণটির কারণ।
ধরা যাক, কোনো প্রাণী ভয় পাচ্ছে এবং একই সময়ে মস্তিষ্কের একটি নির্দিষ্ট অংশ সক্রিয় হচ্ছে। তাহলে প্রশ্ন থাকে— সেই অংশটি কি ভয় তৈরি করছে, নাকি ভয় পাওয়ার কারণে অংশটি সক্রিয় হচ্ছে?
অপ্টোজেনেটিক্স এই প্রশ্নের উত্তর খোঁজার নতুন পথ খুলে দেয়।
নির্দিষ্ট ধরনের স্নায়ুকোষে আলো-সংবেদনশীল প্রোটিন তৈরি করানো যায়। এরপর আলো ফেলা হলে শুধু ওই নির্দিষ্ট কোষগুলো সক্রিয় বা নিষ্ক্রিয় হয়। ফলে গবেষকরা অনেক বেশি সরাসরি পরীক্ষা করতে পারেন— এই কোষগুলোকে চালু করলে কী হয়? বন্ধ করলে কী হয়?
কার্ল ডাইসারোথের কাজ এখানেই ঐতিহাসিক হয়ে ওঠে।
তিনি ও তার সহকর্মীরা channelrhodopsin-এর জিন স্নায়ুকোষে প্রবেশ করিয়ে দেখান যে আলো ব্যবহার করে স্নায়ুকোষকে সক্রিয় করা যায়। ২০০৫ সালে প্রকাশিত এই কাজ অপ্টোজেনেটিক্সকে নিউরোসায়েন্সের শক্তিশালী গবেষণাপদ্ধতিতে পরিণত করার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ মাইলফলক। পরে জীবন্ত ইঁদুরের মস্তিষ্কেও আলো-নিয়ন্ত্রিত স্নায়ুকোষের কার্যক্রম নিয়ন্ত্রণ করা সম্ভব হয়।
কেন আলো?
প্রশ্ন উঠতে পারে— স্নায়ুকোষকে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য আলোই কেন এত গুরুত্বপূর্ণ?
কারণ আলোকে অত্যন্ত দ্রুত এবং নির্দিষ্ট স্থানে প্রয়োগ করা যায়।
একটি স্নায়ুকোষ মিলিসেকেন্ডের মাত্রায় সংকেত তৈরি করতে পারে। অপ্টোজেনেটিক্সে উপযুক্ত আলো ব্যবহার করে গবেষকরা প্রায় একই দ্রুততায় নির্দিষ্ট স্নায়ুকোষের কার্যক্রম নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন। আবার জেনেটিক পদ্ধতিতে আলো-সংবেদনশীল প্রোটিন নির্দিষ্ট ধরনের কোষে প্রকাশ করানো সম্ভব হওয়ায় পুরো মস্তিষ্কের সব কোষকে একসঙ্গে উত্তেজিত না করে একটি নির্দিষ্ট কোষগোষ্ঠীকে লক্ষ্য করা যায়।
অর্থাৎ বিজ্ঞানীর হাতে তৈরি হলো এক ধরনের জৈবিক সুইচ।
সুইচটি মানুষের তৈরি কোনো ইলেকট্রনিক যন্ত্র নয়। এটি একটি প্রোটিন। কিন্তু আলো পড়লে সেই প্রোটিন আয়নের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে এবং তার মাধ্যমে স্নায়ুকোষের বৈদ্যুতিক কার্যক্রম বদলে দেয়।
এ যেন মস্তিষ্কের কোটি কোটি বৈদ্যুতিক তারের মধ্যে নির্দিষ্ট কয়েকটি তারের ওপর আলাদা আলাদা সুইচ বসিয়ে দেওয়া।
স্মৃতি কোথায়? ভয় কোথায়? আনন্দের উৎসই বা কোনটি?
এই প্রযুক্তির সবচেয়ে বড় বৈজ্ঞানিক গুরুত্ব এখানেই।
মস্তিষ্ককে এখন আর শুধু একটি বিশাল ‘অ্যাক্টিভিটি ম্যাপ’ হিসেবে দেখার প্রয়োজন হচ্ছে না। বিজ্ঞানীরা নির্দিষ্ট নিউরন বা নিউরনের সার্কিট সক্রিয় করে দেখতে পারেন, তার ফল কী।
এর মাধ্যমে গবেষকেরা স্মৃতি, আবেগ, পুরস্কার, ভয়, আসক্তি, আন্দোলনসহ বিভিন্ন আচরণের সঙ্গে সংশ্লিষ্ট নিউরাল সার্কিট বিশ্লেষণ করতে পারছেন। নোবেল কমিটির ভাষায়, অপ্টোজেনেটিক্স জীবন্ত মস্তিষ্কে স্মৃতি, অনুভূতি ও আচরণের সঙ্গে যুক্ত নিউরাল সার্কিট অনুসন্ধানের অভূতপূর্ব সুযোগ তৈরি করেছে।
এই জায়গাতেই অপ্টোজেনেটিক্সের বিপ্লবটি বোঝা যায়।
আগের পদ্ধতিতে বিজ্ঞানী হয়তো বলতে পারতেন— ‘এই অঞ্চলে কার্যকলাপ বাড়ছে।’
অপ্টোজেনেটিক্স তাকে আরও শক্তিশালী প্রশ্ন করার সুযোগ দেয়—
‘আমি যদি এই নির্দিষ্ট কোষগুলোকে এখনই চালু করি, তাহলে কী ঘটে?’
আবার—
‘আমি যদি একই কোষগুলো বন্ধ করে দিই, তাহলে সেই আচরণটি কি অদৃশ্য হয়ে যায়?’
এই পার্থক্যই পর্যবেক্ষণ আর কারণ নির্ণয়ের মধ্যে পার্থক্য।
মস্তিষ্কের রোগ বোঝার নতুন দরজা
অপ্টোজেনেটিক্সের গুরুত্ব শুধু মৌলিক গবেষণায় সীমাবদ্ধ নেই।
সিজোফ্রেনিয়া, মৃগীরোগ, বিষণ্নতা, আসক্তি, আলঝেইমারসহ বিভিন্ন স্নায়বিক ও মানসিক রোগে কোন নিউরাল সার্কিট কীভাবে অস্বাভাবিক হয়ে পড়ে, তা বোঝার ক্ষেত্রে এই প্রযুক্তি গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার হয়ে উঠেছে।
বিশেষ করে মস্তিষ্কের রোগে একটি বড় সমস্যা হলো— একই রোগের পেছনে বহু ধরনের কোষ ও সার্কিট জড়িত থাকতে পারে। ফলে পুরো মস্তিষ্ককে উত্তেজিত বা দমন করার বদলে নির্দিষ্ট সার্কিটকে লক্ষ্য করার ধারণাটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
এখান থেকেই ভবিষ্যতের চিকিৎসার একটি সম্ভাবনা তৈরি হয়েছে— রোগের মূল সার্কিটকে লক্ষ্য করে চিকিৎসা।
তবে এখানে একটি গুরুত্বপূর্ণ সতর্কতা আছে। অপ্টোজেনেটিক্স এখনো অধিকাংশ ক্ষেত্রে গবেষণাগারভিত্তিক প্রযুক্তি। মানুষের মস্তিষ্কের রোগের সাধারণ চিকিৎসা হিসেবে এটি প্রতিষ্ঠিত হয়নি। মানুষের শরীরে নিরাপদভাবে প্রয়োজনীয় জিন পৌঁছানো, আলো নির্দিষ্ট স্থানে পৌঁছানো এবং দীর্ঘমেয়াদি নিরাপত্তা নিশ্চিত করা— সবই বড় চ্যালেঞ্জ।
অর্থাৎ নোবেল পাওয়া মানে এই নয় যে আগামীকাল থেকেই বিষণ্নতা বা আলঝেইমারের রোগীকে ‘আলো দিয়ে চিকিৎসা’ করা হবে।
বরং নোবেলটি এমন একটি বৈজ্ঞানিক ভিত্তিকে স্বীকৃতি দিয়েছে, যার চিকিৎসাগত সম্ভাবনা এখনো পুরোপুরি উন্মোচিত হয়নি।
অন্ধত্ব ফেরানোর পরীক্ষায় আলো
তবে অপ্টোজেনেটিক্স ইতিমধ্যে গবেষণাগার থেকে মানুষের চিকিৎসার দিকে এগিয়েছে— বিশেষ করে দৃষ্টিশক্তি পুনরুদ্ধারের ক্ষেত্রে।
রেটিনার কিছু রোগে আলো অনুভবকারী কোষ নষ্ট হয়ে যায়। গবেষকেরা চেষ্টা করছেন অন্য কোষকে জেনেটিকভাবে আলো-সংবেদনশীল করে তুলতে, যাতে ক্ষতিগ্রস্ত দৃষ্টিপথের কিছু কার্যকারিতা ফিরিয়ে আনা যায়।
২০২৬ সালের নোবেল ঘোষণার পর Nature-ও উল্লেখ করেছে যে অপ্টোজেনেটিক প্রযুক্তি ব্যবহার করে রেটিনার রোগে আংশিক দৃষ্টিশক্তি ফিরিয়ে দেওয়ার প্রয়োগ মানুষের ওপর পরীক্ষার পর্যায়ে পৌঁছেছে।
জার্মানির গবেষকেরাও একই সঙ্গে optogenetic cochlear implant নিয়ে কাজ করছেন— যার লক্ষ্য প্রচলিত বৈদ্যুতিক উদ্দীপনার পরিবর্তে আলো ব্যবহার করে শ্রবণ-সংশ্লিষ্ট কোষকে আরও নির্দিষ্টভাবে উদ্দীপিত করা।
অর্থাৎ শৈবালের আলো-সংবেদনশীল প্রোটিন এখন দৃষ্টি ও শ্রবণ— দুই ক্ষেত্রেই নতুন চিকিৎসা প্রযুক্তির ভিত্তি তৈরিতে ভূমিকা রাখছে।
একটি আবিষ্কারের পেছনে তিনটি আলাদা পথ
২০২৬ সালের নোবেলের আরেকটি দিকও গুরুত্বপূর্ণ।
তিন বিজ্ঞানীর কাজ একই জায়গায় এসে মিললেও তাদের বৈজ্ঞানিক যাত্রা ছিল আলাদা।
হেগেমানের শুরু ছিল মৌলিক কৌতূহল থেকে— একটি শৈবাল কীভাবে আলো শনাক্ত করে?
নাগেল সেই প্রোটিনের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য বুঝতে এবং বিভিন্ন কোষে তার কার্যকারিতা পরীক্ষা করতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখেন।
আর ডাইসারোথ প্রশ্নটিকে নিয়ে যান স্নায়ুবিজ্ঞানের কেন্দ্রে— এই আলো-সংবেদনশীল প্রোটিন কি স্নায়ুকোষের বৈদ্যুতিক কার্যকলাপ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে?
এই তিন ধাপ— জীববিজ্ঞান, কোষীয় বৈদ্যুতিক বিজ্ঞান এবং নিউরোসায়েন্স— একসঙ্গে এসে তৈরি করে অপ্টোজেনেটিক্স।
নোবেল কমিটির এই স্বীকৃতি তাই শুধু একটি প্রযুক্তির পুরস্কার নয়; এটি মৌলিক গবেষণা কীভাবে বহু বছর পর সম্পূর্ণ নতুন একটি চিকিৎসা ও গবেষণা প্রযুক্তির জন্ম দিতে পারে, তারও একটি দৃষ্টান্ত।
মস্তিষ্ক কি তাহলে একদিন আলো দিয়ে লেখা যাবে?
প্রশ্নটি শুনতে কল্পবিজ্ঞানের মতো।
কিন্তু বিজ্ঞানের ইতিহাসে বড় পরিবর্তনগুলো প্রায়ই এমন প্রশ্ন থেকেই শুরু হয়।
অপ্টোজেনেটিক্স বিজ্ঞানীদের এখন মস্তিষ্কের নির্দিষ্ট কোষকে সক্রিয় কিংবা নিষ্ক্রিয় করে তার ফলাফল পর্যবেক্ষণের সুযোগ দিয়েছে। ফলে স্মৃতি, আবেগ ও আচরণ কীভাবে নিউরাল সার্কিটের মাধ্যমে তৈরি হয়— সে বিষয়ে গবেষণার গতি অনেক বেড়েছে।
কিন্তু মানুষের মস্তিষ্ক কোনো সরল সার্কিট নয়। একটি স্মৃতি একটি মাত্র নিউরনে থাকে না; একটি আবেগ একটি মাত্র ‘সুইচ’ দিয়ে তৈরি হয় না। কোটি কোটি কোষ, তাদের সংযোগ, রাসায়নিক সংকেত এবং বৈদ্যুতিক কার্যকলাপ মিলেই মস্তিষ্কের জটিল অভিজ্ঞতা তৈরি করে।
তাই অপ্টোজেনেটিক্স মস্তিষ্কের রহস্যের সমাধান নয়।
বরং এটি বিজ্ঞানীদের হাতে এমন একটি চাবি, যার সাহায্যে রহস্যের দরজাগুলো একে একে খোলা যাচ্ছে।
শৈবাল থেকে মানুষের মস্তিষ্ক
এই নোবেলের সবচেয়ে চমকপ্রদ শিক্ষা হয়তো এখানেই।
একটি ক্ষুদ্র শৈবাল বেঁচে থাকার জন্য আলো শনাক্ত করত। বিজ্ঞানীরা তার সেই প্রাকৃতিক ক্ষমতাকে বুঝলেন। তারপর সেই ক্ষমতার সঙ্গে যুক্ত একটি প্রোটিনের জিনকে স্নায়ুকোষে ব্যবহার করলেন। আলোকে পরিণত করলেন বৈদ্যুতিক সংকেতের নিয়ন্ত্রকে।
তারপর সেই সংকেত ব্যবহার করে প্রশ্ন করা শুরু হলো—
কোন কোষ ভয় তৈরি করে?
কোন সার্কিট স্মৃতি ধরে রাখে?
কোন নিউরাল পথ আসক্তি তৈরি করে?
কোন কোষের অস্বাভাবিক কার্যকলাপে রোগ তৈরি হয়?
আর কোনো একদিন— এই একই প্রযুক্তি কি সেই অস্বাভাবিক কার্যকলাপকে আবার স্বাভাবিক করে দিতে পারবে?
এই শেষ প্রশ্নটির উত্তর এখনো বিজ্ঞানীদের হাতে নেই।
কিন্তু ২০২৬ সালের চিকিৎসাবিজ্ঞানের নোবেল আমাদের মনে করিয়ে দিল— বিজ্ঞানের সবচেয়ে বড় বিপ্লব অনেক সময় মানুষের তৈরি কোনো জটিল যন্ত্র থেকে আসে না। কখনো কখনো তার শুরু হয় প্রকৃতির এমন একটি ছোট্ট রহস্য থেকে, যেটিকে প্রথম দেখায় গুরুত্বহীন মনে হতে পারে।
একটি শৈবাল আলো চিনত। বিজ্ঞানীরা সেই আলোকে মস্তিষ্কের ভাষায় অনুবাদ করলেন।
আর সেই অনুবাদই আজ মানুষকে নিজের মস্তিষ্ককে বোঝার আরও এক ধাপ কাছে নিয়ে গেছে।
সূত্রভিত্তি: নোবেল কমিটি, Karolinska Institutet, Reuters, AP, Nature, The Guardian এবং Max Planck-এর প্রকাশিত তথ্য মিলিয়ে লেখাটি তৈরি করা হয়েছে।
