मेंदू कसा तयार होतो? मेंदूतली रहस्य शोधणाऱ्या मराठी संशोधक शुभा टोळे काय सांगतात?

माणसानं चाकापासून AIपर्यंत अनेक गोष्टींचा शोध लावला आणि महासागराच्या तळापासून अगदी अंतराळापर्यंत झेप घेतली. हे सगळं ज्या एका अवयवामुळे माणसाला साध्य झालं, तो अवयव म्हणजे मेंदू.

पण मेंदू नेमका कसा बनला? माणसाच्याच नाही तर सस्तन प्राण्यांच्या मेंदूचा विकास कसा झाला आहे? मेंदूमध्ये कुठली रहस्यं अजूनही दडली आहेत यावर डॉ. शुभा टोळे अनेक वर्ष संशोधन करत आहेत.

अलीकडेच त्यांची इंटरनॅशनल ब्रेन रिसर्च ऑर्गनायझेशनच्या अध्यक्षपदी निवड झाली.

देशातल्या काही प्रमुख संशोधकांमध्ये आणि विज्ञानाच्या क्षेत्रातल्या आघाडीवरच्या महिलांमध्ये डॉ. शुभा यांचा समावेश केला जातो. त्यांचा आजवरचा प्रवास कसा होता, हे आम्ही जाणून घेतलं.

"शास्त्रज्ञ होण्यासाठी तुम्हाला थोडं 'हाफ मॅड' असावं लागतं."

न्यूरोसायंटिस्ट शुभा टोळे यांचे हे बोल ऐकून क्षणभर त्या असं का बोलतायत, हा प्रश्न पडतो. शुभा लगेचच उत्तरही देतात.

"दररोज आम्ही प्रयत्न करतो, संशोधनात बदल करत राहतो, अनेकदा फसतो पण अखेर प्रयत्न कामी येतात आणि यश मिळतं. एखादी कंपनी किंवा उद्योग काय म्हणेल- उत्तम, आता हे सिद्ध झालं आहे. तर याचं उत्पादन घेऊन पैसा कमवू या.

"पण आम्ही शास्त्रज्ञ काय करतो? तर पेपर लिहितो की, आम्ही असं संशोधन केलं आणि त्यातून हे निष्पन्न झालं आहे. मग आम्ही पुढची गोष्ट शोधतो जी चालत नाहीये."

अशा न चालणाऱ्या गोष्टींचा आणि न उकललेल्या प्रश्नांचा सतत ध्यास घेणं हेच वैज्ञानिकांनी करायला हवं, असं शुभा टोळे नमूद करतात. त्या आणि त्यांचे सहकारी मेंदूविषयी अशाच प्रश्नांची उत्तरं शोधायचा प्रयत्न करतायत.

मुंबईच्या टाटा इंस्टिट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च (TIFR) मधल्या त्यांच्या प्रयोगशाळेत आम्ही त्यांना जाऊन भेटलो.

ही जागा कुलाबा परिसरात, शहराच्या दक्षिणेकडच्या टोकाच्या भागाला आहे. शहरात असूनही शहरापासून दूर असलेलं हे संशोधनाचं जग.

पण शुभा यांचं या जगाशी जवळचं नातं आहे.

बीबीसी मराठीच्या बातम्यांसाठी व्हॉट्सअ‍ॅप चॅनल जॉईन करा.

आई-वडिलांकडून विज्ञानाचा वारसा

शुभा यांचे वडील पद्माकर टोळे मायक्रोवेव्ह इंजिनियर होते. TIFR मध्येच ते संशोधन करायचे आणि पुढे भारत सरकारच्या SAMEER या संस्थेचे ते संचालक झाले.

"भविष्याकडे पाहण्याचा लांबचा विचार करण्याचा शांतपणा मला माझ्या वडिलांकडून मिळाला," असं शुभा सांगतात.

पण त्यांच्या आईनं दिलेली प्रेरणाही तेवढीच महत्त्वाची होती.

शुभा यांचा आई अरुणा टोळे मुंबईच्या टाटा कॅन्सर हॉस्पिटलमध्ये ऑक्युपेशनल थेरपिस्ट होत्या.

कॅन्सरमुळे ज्यांना अवयव गमवावे लागले आहेत, अशा व्यक्तींमध्ये दैनंदिन कामे करण्याची क्षमता यावी, यासाठी ऑक्युपेशनल थेरपिस्ट मदत करतात.

शुभा सांगतात, "माझी आई ही मी पाहिलेली सर्वात कल्पक व्यक्ती होती ती. तिच्यामुळे मला वेगवेगळे स्नायू शरीराला आकार कसा देतात, यात मला रस वाटू लागला.

"कारण ती कॅन्सर रुग्णांसाठी कृत्रिम पाय आणि अवयवही तयार करायची. तसंच एक हात असलेल्यालाही पोळी लाटता येईल, अशी यंत्रं तयार करायची."

पण शाळेत असताना शुभा यांना मेंदू, स्नायू किंवा जीवशास्त्राची नाही तर गणित आणि भौतिकशास्त्राची आवड होती.

जीवशास्त्रात रस निर्माण झाला, याचं श्रेय त्या मुंबईतल्या सेंट झेवियर्स कॉलेजचे प्राध्यापक सॅम वॉग यांना देतात.

"जीवशास्त्रातली गुंतागुंत मला अभ्यासासाठी खुणावू लागली, आणि मेंदू हा सर्वात गुंतागुंतीचा अवयव आहे. त्यामुळे त्यात स्वाभाविकच रस निर्माण झाला.

"आपल्याला दिसतं कसं, मेंदू कसं पाहतो, याविषयी कुतुहल वाटायचे. आपल्याला रंगीत स्वप्नं कशी पडतात? आपण वेगवेगळ्या कल्पनांचा विचार कसा करतो आणि मग झोपून उठल्यावर काहीतरी नवीनच कसं सुचतं. मला त्या सगळ्याचा अभ्यास करायचा होता," असं शुभा सांगतात.

त्यावेळी भारतात बायोटेक्नॉलॉजी हा नवा प्रांत होता. त्यामुळे सेंट झेवियर्स कॉलेजातून 1987 साली लाईफ सायन्सेस आणि बायोकेमिस्ट्रीत पदवी घेतल्यावर त्या पुढील शिक्षण आणि संशोधनासाठी अमेरिकेत गेल्या.

प्रसिद्ध कॅलिफोर्निया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी अर्थात कॅलटेक या संस्थेतून त्यांनी न्यूरोसायन्समध्ये एमएस तसंच पीएचडी केलं.

"अमेरिकेत असताना मला रोज नवं काही शिकायला मिळालं मी वैज्ञानिक कौशल्यं आत्मसात केलीच, पण प्रोफेशनॅलिझम, वर्क कल्चर याविषयीही शिकायला मिळालं," असं शुभा सांगतात.

भारतात प्रयोगशाळा उभारण्याचं आव्हान

शुभा यांनी काही काळ अमेरिकेतल्या संस्थांमध्ये संशोधन केल्यावर भारतात परतायचं हे तिथे जाण्याआधीच ठरवलं होतं.

"मला अमेरिकेत मेंदूवर संशोधन करणाऱ्या शेकडोजणांपैकी एक व्हायचं नव्हतं. तर संशोधनाच्या या नव्या क्षेत्रात आपल्या देशात योगदान देण्यात जास्त समाधान वाटलं."

भारतात परतल्यावर 1999 साली शुभा यांनी मुंबईच्या TIFR मध्ये अद्ययावत प्रयोगशाळा उभारली.

भारतात त्याआधीही काही संशोधकांनी काम सुरू केलं होतं. पण उंदरांवर संशोधन करणारी प्रयोगशाळा उभारणं सोपं नव्हतं.

कारण प्राण्यांसाठी स्वतंत्र व्यवस्था उभारावी लागते, तिचेही काही नियम असतात. प्राण्यांचे डॉक्टर्स सोबत ठेवावे लागतात.

हे सगळं तुलनेनं कठीण होतं, असं शुभा सांगतात. "आव्हानं सगळीकडेच असतात. पण काही प्रमाणात संघर्षही हवाच. तुम्ही संघर्ष करता, तेव्हाच काही योगदान देऊ शकता."

उंदरांच्या मेंदूवर संशोधन कशासाठी?

मेंदू ही संगणकासारखी शरीरावर नियंत्रण ठेवणारी प्रणाली आहे. मेंदूमधल्या पेशींना चेतापेशी म्हणजे न्यूरॉन्स म्हटलं जातं.

या न्यूरॉन्स एकमेकांशी संवाद साधण्यासाठी सिग्नल्सचा, रसायनांचा वापर करतात. ही व्यवस्था सर्व प्राण्यांमध्ये एकसारखी असते आणि म्हणूनच त्या उंदरांच्या मेंदूवर काम करतात.

शुभा त्याविषयी स्पष्ट करून सांगतात, "कल्पना करा की आपला मेंदू म्हणजे एखादी मोठी इमारत आहे, जिथे सगळ्या गोष्टी योग्य जागीच असाव्या लागतात. लिफ्ट, जिना हे सगळं योग्य जागीच बांधलं जायला हवं.

"भ्रूणामध्ये ही सगळी बांधणी फक्त दोन तीन पेशींच्या एका छोट्या गोळ्यापासून सुरू होते. त्या पेशी वेगवेगळ्या गुणसूत्रांच्या सूचना वाचून वेगवेगळी कामं करू लागतात.

"मेंदू आणि मज्जारज्जूचा विकास पेशींच्या एका पातळ भागापासून होतो. त्यातून मग न्यूरल ट्यूब (भ्रूणामधील चेतासंस्था) तयार होते. याची वाढ होते तससते विशेष कामं करणारे भाग तयार होतात.

"मेंदूचा मधला भाग स्मृती आणि शिकण्याशी निगडीत असतो (हिपोकॅम्पस). दृष्टीचं केंद्र मागच्या भागात बनतं.

"हा आराखडा सस्तन प्राण्यांमध्ये एकसारखा असतो. माणसांमध्ये आणि उंदरांमध्येही एकसारखा असतो. त्यामुळे सस्तन प्राण्यांचा प्रतिनिधी म्हणून मी उंदरांच्या मेंदूवर काम करते."

उंदरांच्या गुणसूत्रांचा अभ्यास करून, त्यात प्रसंगी बदल करून हा अभ्यास केला जातो आहे.

मेंदूतलं दीपगृह

वेगवेगळ्या गोष्टी मेंदूत त्या त्या ठिकाणी कशा तयार होतात आणि डीएनएमधलं नेमकं कुठलं प्रथिन यात निर्णायक भूमिका बजावतं, यासंदर्भात शुभा आणि त्यांच्या टीमचं मूलभूत संशोधन महत्त्वाचं ठरलं.

आंतरराष्ट्रीय पातळीवर त्याची दखल घेतली गेली आणि त्यासाठी त्यांना पुरस्कारही मिळाले.

नेमकं हे संशोधन काय होतं आणि शुभा यांच्या टीमनं काय सिद्ध केलं?

शुभा सांगतात की भ्रूणाचा मेंदू विकसित होत असताना एखाद्या पातळ आवरणासारखा असतो. त्या आवरणाच्या मधल्या पट्टीसारख्या भागात जणू 'दीपगृहं' असतात.

"या दीपगृहातून सिग्नल पाठवले जातात. पूर्ण पातळ थरामध्ये तीव्र, मध्यम, कमी तीव्र असे सिग्नल पोहोचतात. त्या त्या सिग्नलनुसार मेंदूतली मातृपेशी त्या त्या प्रकारच्या न्यूरॉन तयार करते." त्यातून मेंदूच्या वेगवेगळ्या भागांची निर्मिती होते.

"आम्ही (उंदरांच्या मेंदूत) जेनेटिक इंजिनियरींग केलं आणि एक प्रकारे चुकीच्या जागी अशी दीपगृहं तयार केली. त्या प्रत्येक दीपगृहाजवळ हिप्पोकॅम्पस म्हणजे स्मृती आणि शिक्षणाचं केंद्र तयार झालं."

थोडक्यात, हे 'दीपगृह' मेंदूमध्ये असं स्मृती-शिक्षणाचं केंद्र तयार करण्यासाठी पुरेसं आहे, हे त्यांनी दाखवून दिलं. Lhx2 नावानं ओळखल्या जाणाऱ्या एका प्रथिनाशिवाय मेंदूची निर्मिती होऊ शकत नाहीत, असं त्यांच्या संशोधनातून समोर आलं.

हा एक मूलभूत शोध ठरला. एक गुंतागुंतीची उभारणी एका अगदी सोप्या पद्धतीनं होऊ शकते, हे त्यात दिसलं.

शुभा सांगतात, "आम्हाला तोवर अनेक शोध लागले होते, पण हा शोध मोठा होता. मला त्यात एका छान टीमची मदत झाली. विशाखा मंगले, नंदिनी गोकुळचंद्रन, सात्यकी प्रसाद, लक्ष्मी सुब्रमण्यन माझ्या सोबत होते."

सहकाऱ्यांसोबतच घरात मिळालेली साथही या प्रवासात महत्त्वाची ठरल्याचं शुभा सांगतात.

विज्ञान, कला आणि घराचा ताळमेळ

डॉ. शुभा टोळे यांचे पती डॉ. संदीप त्रिवेदी हेदेखील शास्त्रज्ञच आहेत आणि कॅलटेकमध्येच त्यांनी पीएचडी केलं होतं. थिऑरिटिकल फिजिक्स म्हणजे सैद्धांतिक भौतिकशास्त्रात ते संशोधन करत आहेत.

डॉ. शुभा सांगतात, "आमचं नातं समानतेचं आहे. आम्ही अमेरिकेत ग्रॅज्युएट स्कूलमध्ये भेटलो होतो. तेव्हापासूनआमचे सगळे निर्णय - आर्थिक किंवा मुलांसंबंधीचे निर्णय असे सगळे निर्णय आम्ही एकत्र घेतले."

कुटुंबाचा पाठिंबा असल्यानं समाजाकडून येणाऱ्या दबावाचा सामना करणं सोपं झालं, असं शुभा सांगतात.

"भारतीय नजरेतून पाहिलं तर मला मुलं उशीरा झाली. मी 35 वर्षांची असताना अभयचा आणि 38 वर्षांची असताना निखिलचा जन्म झाला."

हे अख्खं कुटुंब विज्ञानासोबतच कलेची आवडही जोपासतं. स्वतः डॉ. शुभा कथ्थक नृत्य करतात, डॉ. संदीप तबला वाजवतात.

संशोधन, कला, घर यांचा ताळमेळ कसा साधला, याविषयी त्या सांगतात, "अनेक वैज्ञानिक वाद्यं वाजवतात, गातात किंवा कुठली ना कुठली कला जोपासतात. आपण काही वेगळं करतोय असं त्यांना वाटत नाही.

"ताळमेळाविषयी बोलायचं, तर प्रत्येक महिला इतर महिलांच्या समूहावर अवलंबून असते. माझ्यासाठी माझ्या उषा मावशी आणि घरातली सहकारी राजकुमारी मावशी आधार ठरल्या.

"TIFR मध्ये राहण्याची व्यवस्था संस्थेशेजारीच असल्यानं प्रवासाचा वेळ वाचला. सगळ्या गोष्टी एकमेकांना पुरक ठरल्या."

पण सगळ्याच मुलींना आणि महिलांना असं करता येत नाही. आजही संशोधनात महिलांचं प्रमाण तुलनेनं कमी आहे, याला कारण आपल्या समाजाची विचारसरणी असल्याचं शुभा यांना वाटतं.

"काय करायचं याची निवड करण्याचं स्वातंत्र्य सगळ्याच तरुणांना मिळायला हवं. लग्न करावं की नाही, मुलं जन्माला घालावी की नाही, हा प्रत्येकाचा वैयक्तिक निर्णय आहे.

"शांत हो, हे शब्द मुलींनी भरपूर ऐकले आहेत. मुलांना कोणी शांत व्हायला सांगत नाही. दुसरं एक हत्यार म्हणजे तू 'सेटल' कधी होणार? (लग्न कधी करणार?) पुरुषांना कुणी असं विचारून छळत नाही.

"त्यामुळे शांत राहू नका. मी मुलींना सल्ला द्यावा असं तुम्ही म्हणालात ना? माझा हाच सल्ला आहे, शांत राहू नका. सेटल होऊ नका. सगळं ढवळून टाका."

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन)