Carol A. Barnes
कैरोल ए. बार्न्स एक अमेरिकी तंत्रिका विज्ञानी हैं जो एरिजोना विश्वविद्यालय में मनोविज्ञान के रीजेंट्स प्रोफेसर हैं। 2006 से, वह एवलिन एफ. मैकनाइट चेयर फॉर लर्निंग एंड मेमोरी इन एजिंग रही हैं और एवलिन एफ. मैकनाइट ब्रेन इंस्टीट्यूट की निदेशक हैं। बार्न्स सोसाइटी फॉर न्यूरोसाइंस के अध्यक्ष रहे हैं और अमेरिकन एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस के फेलो हैं, और रॉयल नॉर्वेजियन सोसाइटी ऑफ साइंसेज एंड लेटर्स के विदेशी सदस्य हैं। उन्हें 2018 में राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी के लिए चुना गया था। बार्न्स ने 170 से अधिक सहकर्मी समीक्षा किए गए प्रकाशनों का निर्माण किया है। मोटे तौर पर, उनका शोध उम्र बढ़ने के दौरान मस्तिष्क में होने वाले न्यूरोफिजियोलॉजिकल और व्यवहार संबंधी परिवर्तनों पर केंद्रित है। इन परिवर्तनों की समझ उन प्रक्रियाओं पर प्रकाश डाल सकती है जो अल्जाइमर रोग जैसे उम्र से संबंधित न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों में योगदान करती हैं। बार्न्स ने बार्न्स भूलभुलैया भी विकसित की, जो एक स्थानिक नेविगेशन स्मृति कार्य है जिसका उपयोग हिप्पोकैम्पल-निर्भर स्मृति का आकलन करने के लिए किया जाता है। शिक्षा बार्न्स ने 1971 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड में सम्मान के साथ मनोविज्ञान में कला स्नातक प्राप्त किया। उन्होंने ओटावा, कनाडा में स्थित कार्लटन विश्वविद्यालय में अपनी शिक्षा जारी रखी और 1972 में मनोविज्ञान में कला में परास्नातक की डिग्री प्राप्त की। 1977 में उन्होंने कार्लटन विश्वविद्यालय से मनोविज्ञान में पीएचडी के साथ स्नातक की उपाधि प्राप्त की। अपने स्नातक कार्य के बाद, बार्न्स ने डलहौजी विश्वविद्यालय में मनोविज्ञान विभाग में न्यूरोसाइकोलॉजी और न्यूरोफिजियोलॉजी में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता के रूप में एक पद संभाला, दूसरा ओस्लो विश्वविद्यालय के न्यूरोफिजियोलॉजी संस्थान में, साथ ही साथ यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में सेरेब्रल फंक्शन में। करियर बार्न्स द एवलिन एफ मैकनाइट ब्रेन इंस्टीट्यूट में एजिंग में लर्निंग-मेमोरी के लिए एंडोव्ड चेयर का पद रखते हैं। वह टक्सन, एरिजोना में एरिजोना विश्वविद्यालय में न्यूरल सिस्टम, मेमोरी और एजिंग विभाग की एक रीजेंट प्रोफेसर और निदेशक भी हैं। बार्न्स बी. आई. ओ. 5 संस्थान का हिस्सा है जिसे प्रौद्योगिकी और अनुसंधान कोष (टी. आर. आई. एफ.) द्वारा वित्त पोषित किया जाता है। बी. आई. ओ. 5 संस्थान में वह अल्जाइमर रोग और अन्य उम्र से संबंधित मस्तिष्क रोगों को संबोधित करने वाले छात्रों के साथ काम करती हैं। बार्न्स कैंसर जीव विज्ञान, तंत्रिका विज्ञान, मनोविज्ञान और शारीरिक विज्ञान भी पढ़ाते हैं। रिसर्च बार्न्स राष्ट्रीय और स्थानीय स्तर पर तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान समुदाय के साथ जुड़ा हुआ है। बार्न्स अनुसंधान 4 दशकों तक फैला हुआ है जिसका उद्देश्य संज्ञानात्मक रोगों के संबंध में मस्तिष्क की उम्र बढ़ने को बेहतर ढंग से समझना है। मस्तिष्क में मानक उम्र बढ़ने के बारे में बार्न्स की रुचि उनके दादा से उपजी है जब उन्होंने और उनके परिवार ने देखा कि उनकी याददाश्त कम हो रही थी। उनका शोध नरवानर और चूहों जैसे पशु मॉडल का उपयोग करके यह पता लगाने और समझने के लिए किया जाता है कि मस्तिष्क की सामान्य उम्र बढ़ने की प्रक्रिया और इसमें शामिल तंत्रिका-जैविक तंत्र में स्मृति कैसे प्रभावित होती है। बार्न्स अनुसंधान में पशु मॉडल के उपयोग को मस्तिष्क के असामान्य कामकाज के लिए उपयोग किए जाने वाले उपचारों में अनुवादित किया जाता है जिसका उद्देश्य वृद्ध व्यक्तियों के संज्ञानात्मक जीवनकाल को बढ़ाना है। बार्न्स अनुसंधान की प्रकृति में मस्तिष्क पर सामान्य उम्र बढ़ने के प्रभावों की जांच करने के लिए व्यवहार संबंधी, शारीरिक, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल और आणविक तकनीकों का उपयोग करना शामिल है। उनके शोध के अधिकांश क्षेत्रों में चूहों और बंदरों के मस्तिष्क में हिप्पोकैम्पल संरचना की जांच और अवलोकन, कोशिका से कोशिका संकेत में सिनैप्टिक संचरण का अवलोकन और रिकॉर्डिंग और जीनोमिक अनुक्रमण शामिल हैं। स्थानिक शिक्षा और स्मृति का अध्ययन करने के लिए, कैरोल बार्न्स ने यह परीक्षण करने के लिए एक भूलभुलैया का उपयोग किया कि क्या चूहे एक मंच पर एक एस्केप बॉक्स के स्थान को याद रख सकते हैं। बार्न्स मेज़ प्रयोगशाला में स्मृति परीक्षण का एक मानक उपकरण बन गया है। 1979 में डिज़ाइन किया गया, बार्न्स भूलभुलैया बाहरी इनाम या सजा के उपयोग के बिना स्मृति का अध्ययन करने का एक विकल्प था, जबकि पूरी प्रक्रिया में जानवर पर पड़ने वाले तनाव को भी कम करता था। मूल अध्ययन में एक मंच (122 सेमी व्यास) शामिल था जो फर्श से 91 सेमी ऊपर उठाया गया था और परिधि के चारों ओर समान रूप से 18 गोलाकार छेद (9.5 सेमी व्यास) थे। एक छेद के नीचे एक काला एस्केप बॉक्स होता है, या प्लेटफॉर्म के रंग के विपरीत कोई गहरा रंग होता है; बाकी छेद झूठे एस्केप बॉक्स की ओर ले जाते हैं। अध्ययन में प्रयोग के 3 रूप शामिल थे। सबसे पहले, चूहे को बस पलायन कक्ष ढूंढना था जो एक छेद के नीचे रखा गया था। दूसरा, पलायन कक्ष को मूल छेद से 120-140 डिग्री घुमाया गया एक छेद में ले जाया गया था; मूल छेद को ढक दिया गया था। तीसरा, मूल छेद को कवर नहीं किए जाने के अलावा दूसरी भिन्नता के समान विधि का उपयोग किया गया था। बार्न्स और उनकी टीम ने पाया कि कुल मिलाकर, नर चूहों ने प्रयोग के सभी रूपों में बेहतर प्रदर्शन किया। इसके अलावा, उन्होंने पाया कि छोटे चूहों ने भी सभी भिन्नताओं में बेहतर प्रदर्शन किया, जबकि पुराने चूहों ने भिन्नता 2 और 3 में उल्लेखनीय कठिनाइयों का प्रदर्शन किया। यह स्थानिक स्मृति में उम्र बढ़ने की हानि को दर्शाता है। एम. आर. आई. इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करते हुए, बार्न्स और उनकी टीम यह देखने में सक्षम थी कि कृन्तकों के सामान्य रूप से वृद्ध मस्तिष्क में, हिप्पोकैम्पस का आकार नहीं बदला। इसके बजाय, कॉर्टिकल ग्रे मैटर की मात्रा ने काम किया। इस पशु मॉडल ने यह समझने की अनुमति दी कि सामान्य मानव कार्य के दौरान मस्तिष्क कैसा दिखता है। इस समझ से, इसकी तुलना उन मस्तिष्कों से की गई जो अल्जाइमर रोग के कारण विकृत हो गए हैं (कृन्तक एडी का प्रदर्शन नहीं करते हैं)। इन निष्कर्षों से पता चलता है कि सामान्य उम्र बढ़ने के दौरान हिप्पोकैम्पस एक ही आकार का रहता है, मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों के कार्यों की तुलना में इसका कार्य कम हो सकता है। प्रभावित ऊतक में गहराई से देखने पर, एकल-कोशिका इमेजिंग से पता चला कि हिप्पोकैम्पस को बनाने वाली 3 मुख्य प्रकार की कोशिकाएँ थीं। जब कोशिका गतिविधि और चूहों के हिप्पोकैम्पस की कोशिकाओं की संख्या का अवलोकन किया गया, तो यह पाया गया कि सीए1 और सीए3 पिरामिडल कोशिकाएं सक्रिय और समान मात्रा में बनी रहीं। हालांकि, डेन्टेट गायरस की दानेदार कोशिकाओं की संख्या उम्र के साथ लगातार कम होती गई; इन कोशिकाओं के कार्य में भी गिरावट आई जिससे बार्न्स और उनकी टीम ने निष्कर्ष निकाला कि ये गायरस कोशिकाएं स्मृति में शामिल हिप्पोकैम्पल सर्किट की कमजोर कड़ी हैं। प्राइमेट अनुसंधान कृंतक मॉडल पर काम करने के अलावा, बार्न्स ने गैर-मानव प्राइमेट मॉडल, विशेष रूप से मकाक बंदरों का उपयोग करके मानक उम्र बढ़ने के अनुसंधान के क्षेत्र को आगे बढ़ाने में मदद की है। मुख्य रूप से, मकाक में बार्न्स के शुरुआती काम ने कृन्तकों से एकत्र किए गए न्यूरोबायोलॉजिकल डेटा और पुराने मनुष्यों से कार्यात्मक इमेजिंग डेटा को एक साथ जोड़ने में मदद की। "वृद्ध नरवानरों में स्मृति हानि क्षेत्र-विशिष्ट नेटवर्क शिथिलता से जुड़ी है" पेपर में बार्न्स और उनकी टीम ने दिखाया कि पुराने बंदरों में वस्तु की पहचान में महत्वपूर्ण हानि थी। इसके अलावा, पुराने बंदरों ने हिप्पोकैम्पस के सीए3 उप-क्षेत्र में अवरोधक सोमाटोस्टैटिन पॉजिटिव इंटरन्यूरॉन्स का कम घनत्व प्रदर्शित किया। ये इंटरन्यूरॉन हिप्पोकैम्पस में उत्तेजक न्यूरॉन्स की गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार हैं। कम इंटरन्यूरॉन घनत्व के साथ, सीए3 उत्तेजक न्यूरॉन्स की बेसलाइन फायरिंग दर को बढ़ा दिया गया था। यह खोज वृद्ध मानव वयस्कों के इमेजिंग अध्ययनों में दिखाई गई हिप्पोकैम्पल गतिविधि में वृद्धि से संबंधित है। हिप्पोकैम्पस में इंटरन्यूरॉन घनत्व में कमी और बेसलाइन फायरिंग दर में वृद्धि दोनों ही खराब संज्ञान के साथ जुड़े हुए हैं। इसके अलावा, "स्तनधारी हिप्पोकैम्पस में एक विकासवादी रूप से संरक्षित स्मृति कोडिंग योजना के लिए साक्ष्य" पेपर में बार्न्स और उनकी टीम ने सबूत पाया कि सभी स्तनधारियों को एक ही अनुभव की स्मृति को कूटबद्ध करने के लिए हिप्पोकैम्पस में समान मात्रा में न्यूरॉन्स की आवश्यकता होती है। इस खोज से पता चलता है कि लंबे स्तनधारी एक समान आभासी वास्तविकता अनुभव को कूटबद्ध करने के लिए स्थिर मात्रा में न्यूरॉन्स का उपयोग करते हैं। हालांकि, परिवर्तनशील हिप्पोकैम्पस के आकार के कारण, अनुभव के एन्कोडिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले न्यूरॉन्स का अनुपात भिन्न होता है। कृन्तकों में सबसे छोटा हिप्पोकैम्पस होता है और इस प्रकार वे अपने हिप्पोकैम्पस न्यूरॉन्स का 40 प्रतिशत एन्कोडिंग के लिए उपयोग करते हैं, गैर-मानव नरवानरों में बड़ा हिप्पोकैम्पस होता है और वे 4 प्रतिशत का उपयोग करते हैं, और अंत में, मनुष्यों के पास सबसे बड़ा हिप्पोकैम्पस होता है और अनुभवात्मक एन्कोडिंग के लिए अनुमानित 2.5 प्रतिशत का उपयोग करते हैं। बार्न्स ने मानक उम्र बढ़ने के साथ कार्यकारी कार्य परिवर्तनों का निरीक्षण करने के लिए भी शोध किया है। कार्यकारी कार्य उच्च-क्रम की प्रक्रिया है जिसमें मनुष्य भाग लेते हैं जैसे कि ध्यान, निर्णय लेना, आवेग नियंत्रण और भावनात्मक नियंत्रण। इन कार्यों की मध्यस्थता प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स की गतिविधि द्वारा की जाती है। एक बार फिर मकाकों का अध्ययन करते हुए, बार्न्स और उनकी टीम ने कार्यकारी कार्य के दो पहलुओं पर ध्यान केंद्रित किया, ध्यान केंद्रित करना और अद्यतन करने के साथ-साथ स्थानांतरण भी। ध्यान से निगरानी और अद्यतन करने से संबंधित नियम परिवर्तनों के साथ व्यवहार में परिवर्तन की अनुमति मिलती है। उदाहरण के लिए, जब दो विकल्प प्रस्तुत किए जाते हैं तो एक शुरुआत में सही विकल्प होता है; हालाँकि, जब सही विकल्प दूसरे विकल्प में बदल जाता है, तो ध्यान से निगरानी और अद्यतन करने से नियम परिवर्तन और सही तरीके से चुनने के लिए व्यवहार में बदलाव करने में मदद मिलती है। व्यवहार में परिवर्तन परीक्षण और त्रुटि की एक प्रक्रिया के माध्यम से मध्यस्थता की जाती है, जो कुछ व्यवहारों के साथ सही विकल्प को जोड़ने में मदद करती है। बार्न्स और उनकी टीम ने पाया कि पुराने बंदरों को नियम परिवर्तन के लिए सटीक रूप से अधिक संख्या में परीक्षणों की आवश्यकता होती है। यह सुझाव देते हुए कि ध्यान केंद्रित करने और अद्यतन करने के पीछे की कार्यकारी प्रणाली उम्र बढ़ने के साथ खराब हो जाती है। सेट शिफ्टिंग का अध्ययन करने के लिए जो सटीकता बनाए रखते हुए कार्यों के बीच अनजाने में ध्यान स्थानांतरित करने की क्षमता है, बार्न्स ने मकाक बंदरों को पहले से सीखी गई वस्तुओं की वस्तु पहचान परीक्षण के साथ प्रस्तुत किया। इसके बाद उन्होंने हस्तक्षेप करने वाली वस्तुओं को प्रस्तुत किया जिनके लिए वस्तु की पसंद और नई वस्तुओं के मूल्यांकन के बीच बदलाव की आवश्यकता थी। उनके परिणामों से पता चला कि पुराने बंदरों ने छोटे बंदरों की तुलना में इस हस्तक्षेप के साथ वस्तु की पहचान पर बेहतर प्रदर्शन किया। इस प्रकार अगर उम्र बढ़ने के साथ वृद्धि नहीं की जाती है तो सेट-शिफ्टिंग क्षमताओं को बनाए रखा जाता है। हालाँकि, इन अध्ययनों में से सबसे महत्वपूर्ण खोज यह है कि कार्यकारी कार्य के दो पहलुओं, निगरानी और अद्यतन और सेट-शिफ्टिंग, को स्वतंत्र प्रणालियों के रूप में दिखाया गया है जो उम्र के साथ अलग-अलग रूप से प्रभावित होते हैं। इस प्रकार, बार्न्स और उनकी टीम का सुझाव है कि प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में परिवर्तन उम्र बढ़ने के परिणामस्वरूप हो सकते हैं लेकिन इसके भीतर विभिन्न उप-क्षेत्र उम्र बढ़ने के विभिन्न पैटर्न दिखाते हैं। कैरोल ए बार्न्स के एक अंतिम शोध योगदान में उम्र बढ़ने वाले मकाकों में स्थानिक नेटवर्क और स्थानिक यादों का अध्ययन शामिल है। बार्न्स और उनकी टीम ने आंदोलन के लिए चार अलग-अलग स्थितियों में मस्तिष्क की गतिविधि का अध्ययन कियाः पिंजरे, बैठना, ट्रेडमिल पर चलना और अंतरिक्ष में स्वतंत्र रूप से चलना। अध्ययन में पाया गया कि छोटे मकाकों के पास सभी चार अलग-अलग स्थितियों के लिए अलग-अलग स्थानिक नेटवर्क होते हैं। हालांकि, पुराने बंदरों ने स्थानिक नेटवर्क की कम असतत गतिविधि प्रदर्शित की। मतलब, सभी स्थितियों ने एक ही अविभाजित नेटवर्क के सक्रियण को जन्म दिया। यह खोज स्थानिक संज्ञानात्मक कमी के लिए एक संभावित स्पष्टीकरण के रूप में गतिशील नेटवर्क परिवर्तन का सुझाव देती है। दूसरे शब्दों में, स्थानिक प्रसंस्करण नेटवर्क उम्र के साथ कम सटीक हो जाते हैं और स्थानिक स्मृति हानि या भ्रम में योगदान कर सकते हैं। मेंटरिंग बार्न्स को उनके साथियों और जनता द्वारा महिलाओं और तंत्रिका विज्ञान में वंचित लोगों के लिए अवसरों को बढ़ावा देने में उनके काम के लिए मान्यता दी गई है। 2010 में, उन्हें मीका साल्पीटर लाइफटाइम अचीवमेंट अवार्ड मिला जो "तंत्रिका विज्ञान में उत्कृष्ट कैरियर उपलब्धियों वाले व्यक्तियों को मान्यता देता है जिन्होंने तंत्रिका विज्ञान में महिलाओं की पेशेवर उन्नति को भी सक्रिय रूप से बढ़ावा दिया है।" इसके अलावा, वह एन. आई. एच. वंचित हाई स्कूल छात्र अनुसंधान कार्यक्रम, अल्पसंख्यक अनुसंधान करियर तक पहुंच, और मैकनेयर उपलब्धि कार्यक्रम में एक सक्रिय प्रतिभागी हैं। 2013 में बार्न्स ने "तंत्रिका विज्ञान का विकसित चेहराः महिलाओं और वैश्वीकरण की भूमिका" शीर्षक से तंत्रिका विज्ञान में महिलाओं के उत्सव में एक मुख्य भाषण दिया। पुरस्कार और सम्मान संदर्भ जीवित लोग कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड पूर्व छात्र ओटावा विश्वविद्यालय पूर्व छात्र कार्लटन विश्वविद्यालय पूर्व छात्र एरिजोना विश्वविद्यालय संकाय अमेरिकी तंत्रिका विज्ञानी अमेरिकी महिला तंत्रिका विज्ञानी 20 वीं शताब्दी की अमेरिकी महिला वैज्ञानिक 21 वीं शताब्दी की अमेरिकी महिला वैज्ञानिक जन्म का वर्ष लापता (जीवित लोग) अमेरिकन एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस रॉयल नॉर्वेजियन सोसाइटी ऑफ साइंसेज के अध्येता और संयुक्त राज्य अमेरिका की राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी के पत्र सदस्य अमेरिकी महिला शिक्षाविद