கதைப்போமா அறிவியல் 8: உடலை ஊடுருவும் தொழில்நுட்பங்கள்!

சென்ற வாரம், ‘பயம் மகிழ்ச்சியைக் கொடுக்குமா?’ கட்டுரையில் ‘fMRI’ என்பது எம்ஆர்ஐ என வந்துவிட்டது. ஃபங்ஷனல் எம்ஆர்ஐ.(fMRI) என்பது பொதுவாக அறியப்படும் எம்ஆர்ஐ, சிடி-ஸ்கேன் (CT-Scan) என இரண்டிலிருந்தும் மாறுபட்டது. இந்தத் தொழில்நுட்பங்களின் அடிப்படை அறிவியலை கதைப்போம். முதலில் எம்ஆர்ஐ காந்த அதிர்வு படமாக்கல் என மொழிபெயர்க்கப்படும் Magnetic Resonance Imaging (எம்ஆர்ஐ) தொழில்நுட்பத்தை புரிந்துகொள்ள அணு இயற்பியலின் அடிப்படைகளை தெரிந்து கொள்வது அவசியம். பிரபஞ்சத்தின் அடிப்படை அலகு அணு. அதற்குள் புரோட்டான், நியூட்ரான், எலெக்ட்ரான் என மூன்றுவகையான துகள்கள். அணுக்கருவை சுற்றிவரும் இந்த மூன்று துகள்களும் தத்தம் தன்மையில் மாறுபட்டவை. புரோட்டான் நேர்மறை (Positive) சார்ஜ் கொண்டது; அதற்கு நிகரான எடைகொண்ட நியூட்ரான் எந்த வித சார்ஜூம் அற்றது.

இவை இரண்டுடன் ஒப்பிடுகையில் எலெக்ட்ரான் எடையில் மிகமிகக் குறைவானது என்பதோடு அது எதிர்மறை (Negative) சார்ஜ் கொண்டது. புரோட்டான்களும், நியூட்ரான்களும் மத்தியில் இருக்க, எலெக்ட்ரான்கள் அதை சுற்றிவந்தபடியே இருக்கின்றன. இதுவரை கண்டறியப்பட்ட தனிமம் ஒவ்வொன்றிற்கும் குறிப்பிட்ட எண் கொண்ட புரோட்டான்கள் இருக்கும். வேதியியல் படிப்பவர்களுக்கு தனிமங்களின் அட்டவணை (Periodic table of elements) தெரிந்திருக்கும்.

உலகில் இருக்கும் அனைத்து தனிமங்களும் அவற்றின் புரோட்டான் எண்ணிக்கை வரிசையில் அமைக்கப்பட்ட அட்டவணை அது. ஹைட்ரஜனுக்கு ஒரு புரோட்டானில் ஆரம்பித்து, கார்பன் அணுவிற்கு ஆறு என்றும், ஆக்சிஜனுக்கு எட்டு என உலகில் இருக்கும் 118 தனிமங்களுக்கும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை மாறுபடும். எந்த இலக்கும் இல்லாமல் தன் இஷ்டத்திற்கு சுற்றிக் கொண்டிருக்கும் புரோட்டான் துகள்மீது காந்தப் புலம் செலுத்தப்பட்டால், அதன் தன்மை மாறுபடும்.

இந்த தன்மையைத்தான் எம்ஆர்ஐ தொழில்நுட்பம் அடிப்படையாக பயன்படுத்துகிறது.
நம் உடலின் செல்களில் அறுபது சதவீதத்துக்கும் மேல் தண்ணீர் இருக்கிறது. தண்ணீர் என்பதன் வேதியியல் வடிவம், இரண்டு ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஒரு ஆக்சிஜன் அணு சேர்ந்த மூலக்கூறு. ஹைட்ரஜனுக்குள் ஒன்னே ஒன்னு கண்ணே கண்ணாக இருக்கும் புரோட்டானை நாம் நினைத்ததுபோல் கவர்ந்து இழுத்து, பின்னர் அதன் போக்கில்விட முடிந்தால், அந்த மாற்றங்களை பதிந்து வைத்துக்கொள்ள முடியும் அல்லவா? அதைத்தான் எம்ஆர்ஐ தொழில்நுட்பம் செய்கிறது.

மிகவும் வலிமையான காந்தங்களை வட்ட வடிவிலான கூண்டுக்குள் வைக்கிறார்கள். நாம் பொதுவாகப் பயன்படுத்தும் காந்தங்களைவிட 3 ஆயிரம் மடங்கு வலிமைக்கூடிய காந்தங்கள் இவை. இவற்றை இயக்க ஆரம்பித்ததும் நம் உடலின் ஹைட்ரஜன் அணுவின் புரோட்டான்கள் நேர்கோட்டுக்கு வருவதும், காந்தப்புலத்தை நிறுத்தியதும் பழைய நிலைக்கு திரும்புவதுமாக இருக்கும் இயக்கங்கள் பதிவுசெய்யப்பட எடுக்கப்படும் உடலின் பகுதி படமாக பதிவாகிவிடுகிறது. இருக்கக்கூடாத புற்றுநோய் கட்டிகள் போன்ற தேவையற்ற வளர்ச்சிகளை காட்டிக்கொடுத்துவிடுகிறது எம்ஆர்ஐ.

சரி, ஃபங்ஷனல் எம்ஆர்ஐ (fMRI) என்பது என்ன ? எம்ஆர்ஐ தொழில்நுட்பம் உடலுக்குள் இருக்கும் உறுப்புகளை அப்படியே காட்டிவிடுவது மிகவும் பயனிக்கும் ஒன்றுதான் என்றாலும், அதன் குறைபாடு உறுப்பு ஒன்று ஒரு கணத்தில் எப்படி செயல்படுகிறது என்பதை எம்ஆர்ஐ கொண்டு பார்க்க முடியாது. குறிப்பாக மூளை என்பது ஓர் உறுப்பு என்றாலும், அதற்குள் அம்க்டலா, ஹிப்போகாம்பஸ் எனப் பல பிரிவுகள்; நமது செயல்பாடுகளைச் சார்ந்து அவை பரபரப்பாக இயங்குவதோ அல்லது ஓய்வெடுப்பதோ வழக்கம்.

எந்தப் பகுதி செயல்படுகிறது என்பதை எப்படி தெரிந்துகொள்வது? அது மிகவும் எளிது. உடலின் எந்த பகுதி செயல்பட வேண்டுமோ, அந்தப் பகுதிக்கு ரத்தத்தை அனுப்பி வைப்பது உடலின் அடிப்படை இயக்கம். ரத்த செல்கள் ஆக்சிஜனைக் கொண்டிருப்பதால், இயங்குவதற்கு தேவையான சக்தி கிடைத்துவிடுகிறது. எம்ஆர்ஐ போலவே ஃபங்ஷனல் எம்ஆர்ஐ-யும் காந்தப்புலம் சார்ந்த தொழில்நுட்பமே. ஆனால், ரத்த்ததில் இருக்கும் அணுக்களின் புரோட்டான்களை குறி வைத்து, ரத்த ஓட்டத்தை படமெடுக்கிறது இந்தத் தொழில்நுட்பம்.

மூளைக்குள் ஓடும் ரத்தத்தின் வேகம் மற்றும் அளவு ஆகியவற்றை BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) என்ற முறைமையின் மூலம் அளவிட முடியும். மூளைக்குள் சமிக்ஞைகளைக் கடத்தும் நியூரான்களுக்கு மற்ற செல்களைப் போல சர்க்கரை அல்லது ஆக்சிஜன் மூலம் சக்தி இருப்பதில்லை. உடலின் உணர்ச்சியைச் சார்ந்து மூளையின் நியூரான்கள் இயங்கத் தொடங்கியதும் ரத்தம் நுழைவதன் மூலமாக, அவற்றுக்குள் ஆக்சிஜன் பீச்சப்படுகிறது. அதன் செயல்பாடு முடிந்ததும் ரத்தம் விரைவில் வெளியேறிவிடுகிறது.

ஆக, ரத்தத்தை பின்தொடர்ந்தால் மூளையின் செயல்பாட்டையும் தெளிவாகத் தெரிந்துகொண்டு விடலாம். இதைப் பயன்படுத்தி, பக்கவாதம் அல்லது மூளைப் புற்றுநோய் போன்றவை இருந்து மூளையின் குறிப்பிட்ட பகுதிகள் செயல்படாது இருந்தால், ரத்த ஓட்டம் தடைப்பட்டிருப்பதன் மூலம் அந்த நோய்களின் தன்மை பற்றி தெரிந்துகொள்ள முடியும். எம்ஆர்ஐ மற்றும் ஃபங்ஷனல் எம்ஆர்ஐ இரண்டுமே காந்தப்புலம் சார்ந்து இயங்குபவை என்பதால் மிகவும் பாதுகாப்பானவை என்றாலும், காந்த அதிர்வை இயக்கி, நிறுத்தி படமெடுக்க வேண்டும் என்பதால் சோதனையைச் செய்ய அதிக நேரம் எடுக்கும். அதோடு, எந்த நகர்வும் இல்லாமல் வட்ட வடிவ குழாய் ஒன்றில் படுத்திருக்க வேண்டும் என்ற தேவை சற்று சிக்கலானது.

இந்த குறைபாடுகளை நிவர்த்தி செய்ய, சிடி-ஸ்கேன் தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. Computerized Tomography (CT) என்பதை கணினிமயமாக்கப்பட்ட பக்கவெட்டு அளவுமுறை என மொழிபெயர்க்கலாம். படுவேகமாக இயங்கும் சிடி-ஸ்கேன் காந்தபுலத்துக்குப் பதிலாக எக்ஸ்-ரே கதிர்களை பயன்படுத்துகிறது. அணு போலவே இயற்பியலில் மற்றொரு அடிப்படை சித்தாந்தம், ஒளி. ஒரு கற்றையாக விரிந்திருக்கும் ஒளியின் ஒரு சிறிய பகுதியைத்தான் நம் கண்களால் நாம் பார்க்கிறோம். கண்களால் பார்க்கும் ஒளியின் அலைவரிசையைவிட குறைந்த ஒளிக்கற்றைகளை அகச்சிவப்பு என்றும், அதிக அலைவரிசையை கொண்டவற்றை புறஊதா என்றும் அலைக்கற்றை பிரித்துக் கொள்கிறது.

கண்ணால் காணும் ஒளி போல் அல்லாது, புறஊதா கதிர்கள் பகுதியில் இருக்கும் எக்ஸ்-ரே அதிக அலைவரிசை வலிமையின் மூலம் உடலை துளைத்துக் கொண்டு செல்லும் தன்மை கொண்டது. ஒரு புறத்தில் எக்ஸ்-ரே கதிர்களை உருவாக்கும் சாதனத்தை வைத்து, மறுபுறத்தில் அதை நிறுத்தும் ஈயம் போன்ற உலோகத்தை வைத்துவிட்டு, அதற்கிடையில் நீங்கள் போய் நின்றுகொண்டால் என்ன ஆகும்? உங்கள் உடல் உறுப்புகளின் நிழல் மறுபுறத்தில் பதிவாகிவிடுமல்லவா? இந்த அடிப்படையைத்தான் எக்ஸ்-ரே மூலம் சிடி-ஸ்கேன் கருவி பயன்படுத்துகிறது. சிடி-ஸ்கேனின் பதிவுகள் வேகமாக நடப்பது பயனுள்ளது என்றாலும், தொடர்ந்து எக்ஸ்-ரே கதிர்களை உடலுக்குள் பாய்ச்சிக்கொண்டிருப்பது நல்லதல்ல என்கிறார்கள் இத்துறை நிபுணர்கள். பாதுகாப்பாக, அதே நேரத்தில் வேகமாக செயல்படும் நோயை நாடி, அதன் மூலத்தை நாடும் தொழில்நுட்பங்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சிகள் பல்வேறு தளங்களில் நடக்கின்றன.

இத்தொடரின் முழு வடிவத்தை ‘இந்து தமிழ்’ இணையதளத்தில் வாசிக்கலாம். உங்கள் கருத்துகள், எந்த அறிவியல் அம்சங்களை அலசாம் என்பதை https://www.facebook.com/LetsTalkSTEM என்ற ஃபேஸ்புக் பக்கத்தில் தெரிவிக்கலாம். +1 (628) 240-4194 என்ற வாட்ஸ்அப் எண்ணிலும் அனுப்பலாம்.