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脑白质:大脑。这是一条灵活但被低估的高速公路

健康 89xy 2周前 (10-07) 21次浏览

历史上,灰质通常被认为是大脑的器官研磨机,而白质只是猴子。但近年来,人们越来越清楚,猴子和它的主人一样重要。

脑白质:大脑。这是一条灵活但被低估的高速公路

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白色重要吗?

我们精致折叠的灰质长期以来一直是大脑的炫耀小马;它处理我们赖以理解这个世界的繁重的数字运算。人们认为,白质只是简单地执行来回传递信息的任务,只不过是一堆被动的电线。

虽然这种分工有一定的道理,但它确实对白色物质造成了巨大的伤害。随着科学知识的增长,白质的重要性成为焦点。众所周知,这条神经信息高速公路与一系列疾病和病症有关,在大脑功能、学习和远程大脑中心的协调方面发挥着重要作用。

什么是白质?

脑白质构成了大脑深层的大部分。与灰质不同,灰质在我们11或12岁时发育达到顶峰,而白质在我们20多岁时(或许以更微妙的方式,在我们50多岁时)一直发育良好。

它由轴突束或束组成,轴突束或束是神经细胞的细长投射。顾名思义,白质比灰质白,它著名的白质是由于一种叫做髓鞘的蜡质涂层,它存在于每个轴突上。

脑白质:大脑。这是一条灵活但被低估的高速公路

与脱髓鞘轴突相比,在Pinterest
上共享有髓轴突。
影像学分:Jana

髓磷脂覆盖在所有神经细胞的表面,每毫米左右留下一个小间隙——也称为Ranvier节点。

在有髓神经中,它可以从一个节点跳到另一个节点,增加传导速度,而不是像在灰质中那样沿着细胞长度传播的脉冲。

作为大脑的主要信使服务,髓鞘形成允许白质以极快的速度在遥远的区域之间传递信息。

事实上,有髓神经比无髓纤维传递脉冲的速度快100倍。

在大脑中,髓鞘是由称为少突胶质细胞的细胞形成的。出生时髓鞘覆盖相对稀疏;髓鞘形成呈波浪式移动,首先覆盖最靠近颈背的大脑皮层中的白质,然后逐渐向前移动,最后覆盖我们20岁左右的额叶。

额叶对于计划、推理和判断很重要。一些科学家认为,青少年这些区域的有限髓鞘形成可能是青少年无法做出适当的成人决定的原因。

随着更多的科学兴趣被浪费在白质上,很明显,它远不是一个被动的布线块;它是动态的——它的容量随着经验而增长和缩小,它处理信息——而不仅仅是在点与点之间无意识地传递数据。

精神疾病中的白质

某些情况长期以来与髓鞘的损伤有关。例如,格林-巴利综合征和多发性硬化患者的免疫系统攻击髓鞘,导致逐渐恶化的虚弱,最终导致瘫痪。

但最近,髓鞘的变化与许多精神疾病有关,如精神分裂症、重度抑郁症、自闭症、创伤后应激障碍、阿尔茨海默病、阅读障碍、注意缺陷多动障碍、强迫症和抽动秽语症。脑白质甚至与口吃和声调耳聋有牵连。

精神分裂症是与脑白质相关的精神疾病中研究最多的一种。一项研究调查了精神分裂症患者大脑前额叶皮层的6000个基因,提供了确凿的证据:在被发现异常调节的89个基因中,有35个与髓鞘形成有关。

其他研究调查了死后的脑白质,一些研究表明脑白质束异常,大脑某些区域的少突胶质细胞数量减少。

事实上,最近的研究表明,精神分裂症患者大脑大部分的白质束被破坏。

精神分裂症倾向于在青春期发展,这是前脑最终被赋予髓鞘的时候。一些科学家认为这可能不仅仅是巧合。

这些变化是这种情况的原因还是大脑功能异常的结果尚待理解,但这可能是一条相互交织的双向道路。加布里埃尔·科法斯博士在2007年发表的一篇论文中提供了这方面的证据。他指出,破坏少突胶质细胞的遗传控制会产生惊人的行为改变,类似于精神分裂症患者的行为改变。

观察白质

一种称为扩散张量成像(DTI)的成像过程,基于磁共振成像技术,绘制组织内水的相对运动。可以用来观察脑白质。

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DTI image showing white matter tracts.
Image credit: Thomas Schultz

DTI是基于这样一个前提,即在正常的脑组织中,水同样可能向任何方向流动。

然而,在平行取向并被髓鞘覆盖的纤维束中,它更有可能沿着纤维束移动,而不是左右移动。

用这种技术,可以看到白质的微观结构;更紧密的纤维包裹着更厚的髓鞘质,可以发出更强的弥散张量成像信号。这项相对较新的技术已经被用来寻找脑白质和认知结果之间的联系。

例如,一项研究发现了脑白质结构和智商之间的关系,该研究的作者得出结论,“认知功能与更大的纤维组织相关。”同样,其他科学家也发现了成人大脑中白质的质量和他们的阅读能力之间的联系。

研究人员还证明,以特定的方式使用我们的大脑可以改变白质的结构。例如,一项实验发现,定期练习乐器可以提高对音乐表现重要的白质组织水平。研究人员表明,变化的量与个人练习的小时数成正比。工作越多,白质被修饰的越多。

髓鞘形成如何融入故事

出生后很快就能行走和进食的动物——如马和老鼠——髓鞘形成几乎在出生时就完成了。然而,如上所述,人类的髓鞘形成持续到20多岁或30多岁。事实上,这需要很长时间,这是一个很好的线索,表明它不仅仅是在发挥隔离作用。

人类髓鞘形成的持续时间与人类大脑皮层经历突触连接的巨大静止结构的时间相同。这种重塑被理解为根据经验对大脑进行改造。出于这个原因,一些研究人员认为髓鞘,因此白质,在我们发展的过程中,通过我们的经历在塑造大脑方面起着作用。

这个理论在一系列动物研究中听起来是正确的。例如,一项对阿拉斯加草原田鼠的研究发现,大脑中的髓鞘形成是由白天长度的季节性变化调节的。在持续长时间环境中饲养的动物有更多的白质体积。

在大鼠中,妊娠最后6天的压力导致出生后2至3周的后代髓鞘形成增加,到第40天水平恢复正常。

相反,更愉快的经历也能改变白质结构。在包括社会互动和玩耍在内的丰富环境中饲养的大鼠的视觉皮层中,少突胶质细胞的数量增加。

一些对人类的研究也发现了早期经验和脑白质体积之间的相互作用。发表在《生物精神病学》上的一项研究比较了被虐待或忽视的儿童和没有被虐待或忽视的儿童的大脑。

胼胝体——即大脑中连接左右大脑半球的最大白质结构——在那些被虐待的人身上被发现要小17%。

为什么蜡质的被毛如此重要?

简而言之,我们没有这个问题的完整答案,但有一些引人注目的线索可以挑选。

灰质的同步性对神经发育和学习很重要。俗话说,“神经元一起发射,连在一起。”换句话说,同步放电的神经元更有可能永久连接在一起;一起燃烧的神经被认为是重要的,将被加强和保存。

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Cross-section of a myelinated axon with multiple layers of myelin visible.
Image credit: Roadnottaken

现在,如果两个一起工作的神经来自不同的距离并且是相同的,信号就不会一起到达;为了协调放电,其中一个轴突需要加速或减速。

毫秒精度至关重要。

当我们执行复杂的任务时,比如演奏乐器,信息从一系列大脑中心发送并来回流动。同步是必须的,简单地以最大可能的速度发送消息不是一个可行的解决方案。

随着新发现的增多,似乎很明显髓鞘在发展同步性中起着关键作用,它可以以多种方式改变白质束的传导速度。

例如,髓鞘可以物理改变轴突的直径(更宽的神经传递信号更快)。此外,少突胶质细胞可以改变它们沉积的髓鞘片的数量,每根纤维可以多达150片,这也改变了传导速度。此外,通过改变Ranvier节点的数量或间距,可以调整速度,使更多的节点靠得更近,从而减缓脉冲。

我们才刚刚开始研究脑白质影响认知功能的机制,但潜在的途径已经打开了。

白质和它的灰色邻居一样是大脑功能的组成部分;它是动态的,参与学习,帮助我们放下技能和记忆。毫无疑问,随着研究的继续,图像变得更加清晰,髓鞘和白质的重要性将继续上升。

白质真的很重要。


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