了解大腦的灰質和白質

大腦灰質和白質 4 7
 大腦的神經網絡,包括灰質和白質。 Pasieka/科學圖片庫來自 Getty Images

誰沒有思考過記憶是如何形成的、句子是如何產生的、日落是如何被欣賞的、是如何進行的創造性行為或犯下了令人髮指的罪行的?

人腦是一個重達三磅的器官,在很大程度上仍然是一個謎。 但大多數人都聽說過大腦 灰質,這是學習、記憶和推理等認知功能所必需的。

更具體地說,灰質是指整個大腦中神經細胞的區域—— 稱為神經元 ——集中。 被認為對認知最重要的區域是 大腦皮層,大腦表面的一層薄薄的灰質。

但大腦的另一半—— 白質 ——經常被忽視。 白質位於皮層下方,也位於大腦深處。 無論在哪裡發現,白質都會將灰質內的神經元相互連接起來。

我是一個 神經病學和精神病學教授 和科羅拉多大學醫學院行為神經學科主任。 我的工作涉及對患有癡呆症的老年人和患有創傷性腦損傷的年輕人進行評估、治療和調查。

找出這些疾病如何影響大腦激發了我多年的研究。 我相信了解白質也許是了解這些疾病的關鍵。 但到目前為止,研究人員通常沒有給予白質應有的重視。

人腦中大約有 100 億個神經元通過軸突相互連接,其中許多被髓鞘包圍。 這些軸突連同它們的髓鞘構成了白質,有助於促進整個大腦神經元之間的交流。 

弄清楚白質

這種缺乏認可很大程度上源於研究白質的困難。 因為它位於大腦表面以下,即使是最先進的成像技術也無法輕鬆解析其細節。 但最近的發現,由於腦成像和屍檢檢查的進步而成為可能,開始向研究人員展示白質的重要性。

白質由許多 數十億個軸突,它們就像傳輸電信號的長電纜。 把它們想像成細長的尾巴,充當神經元的延伸。 軸突在稱為突觸的連接處將神經元相互連接起來。 這就是神經元之間進行交流的地方。


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軸突以束或束的形式聚集在一起,貫穿整個大腦。 首尾相連,它們在單個人腦中的總長度約為 85,000 英里。 許多軸突是 用髓磷脂絕緣,主要是脂肪層,可將​​神經元之間的電信號或通信速度提高 100 倍。

這種提高的速度對於 所有大腦功能 這也是智人具有獨特心智能力的部分原因。 雖然毫無疑問 我們的大腦 是由於進化增加了無數個神經元 白質增加 在進化時間。

這個鮮為人知的事實具有深遠的影響。 白質體積的增加——主要來自圍繞軸突的髓鞘——提高了灰質中神經元優化大腦功能的效率。

想像一個城市的國家,它們都獨立運作,但沒有通過道路、電線、互聯網或任何其他連接與其他城市相連。 這種情況類似於沒有白質的大腦。 語言和記憶等高級功能被組織成網絡,其中灰質區域由白質束連接。 這些聯繫越廣泛和有效,大腦的工作就越好。

白質和阿爾茨海默氏症

鑑於其在腦細胞之間的連接中的重要作用, 受損的白質 會干擾認知或情緒功能的任何方面。 白質病理學存在於許多腦部疾病中,並且可能足夠嚴重 導致癡呆. 髓鞘損傷在這些疾病中很常見,當疾病或損傷更嚴重時,軸突也會受損。

30 多年前,我和我的同事將這種綜合徵描述為 白質癡呆. 在這種情況下,功能失調的白質不再作為連接器充分發揮作用,這意味著灰質不能以無縫和同步的方式共同作用。 從本質上講,大腦已經與自身脫節。

同樣重要的是,白質功能障礙可能在目前認為起源於灰質的許多疾病中發揮作用。 其中一些疾病頑固地無法理解。 例如,我懷疑白質損傷可能在阿爾茨海默病和創傷性腦損傷的早期階段至關重要。

阿爾茨海默氏症是 老年人最常見的癡呆類型. 它會損害認知功能並剝奪人們的身份。 沒有治愈或有效的治療方法。 自從 阿洛伊斯·阿爾茨海默氏症 1907 年的觀察 灰質蛋白 - 稱為澱粉樣蛋白和 tau - 神經科學家認為這些蛋白質的積累 是中心問題 阿爾茨海默病的背後。 然而,許多去除這些蛋白質的藥物 不要停 患者認知能力下降.

最近的發現越來越多地表明 白質損傷——在這些蛋白質積累之前—— 可能是真正的罪魁禍首. 隨著大腦年齡的增長,他們經常會因為從心臟輸送血液的血管變窄而逐漸失去血流。 較低的血流量嚴重影響白質。

值得注意的是,甚至有證據表明阿爾茨海默病的遺傳形式也具有 早期白質異常. 這意味著旨在維持血液流向白質的療法可能比試圖去除蛋白質更有效。 一種可能有幫助的簡單治療方法是 控制高血壓,因為這可以降低白質異常的嚴重程度。

來自洛馬琳達大學健康中心:幫助數百萬腦外傷患者的新發現。

白質和創傷性腦損傷

創傷性腦損傷患者,尤其是中度或重度損傷的患者,可能會終身殘疾。 TBI 最不祥的結果之一是 慢性創傷性腦病,一種被認為會導致進行性和不可逆轉的癡呆症的腦部疾病。 在 TBI 患者中,tau 蛋白在灰質中的積累是明顯的。

研究人員早就認識到,白質損傷在 TBI 患者中很常見。 來自大腦的觀察 在那些患有重複性創傷性腦損傷的人中——經常研究足球運動員和退伍軍人——已經表明,白質損傷很突出,並且可能先於灰質中纏結的蛋白質出現。

在科學家中,人們對 對白質的新興趣. 研究人員現在開始承認,傳統上對灰質研究的關注並沒有產生他們希望的結果。 更多地了解被稱為白質的大腦的一半可能會幫助我們在未來幾年找到減輕數百萬人痛苦所需的答案。

關於作者

克里斯托弗·菲利, 神經病學和精神病學教授, 科羅拉多大學安舒茨醫學校區

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.


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