Белое вещество относится к областям центральной нервной системы (ЦНС), которые в основном состоят из миелинизированных аксонов , также называемых трактами . [1] Белое вещество, долгое время считавшееся пассивной тканью, влияет на обучение и функции мозга, модулируя распределение потенциалов действия , действуя как реле и координируя связь между различными областями мозга. [2]
Белое вещество названо так из-за его относительно светлого вида, обусловленного содержанием липидов в миелине . Однако ткань свежеразрезанного мозга невооруженным глазом кажется розовато-белой, поскольку миелин состоит в основном из липидной ткани, пронизанной капиллярами . Его белый цвет в приготовленных образцах обусловлен его обычной консервацией в формальдегиде .
Белое вещество состоит из пучков, которые соединяют между собой различные области серого вещества (места расположения тел нервных клеток) головного мозга и передают нервные импульсы между нейронами. Миелин действует как изолятор, который позволяет электрическим сигналам прыгать , а не проходить через аксон, увеличивая скорость передачи всех нервных сигналов. [3]
Общее количество волокон дальнего действия в полушарии головного мозга составляет 2% от общего количества корково-кортикальных волокон (во всех областях коры) и примерно такое же количество, как и число тех, которые сообщаются между двумя полушариями в самой большой структуре белой ткани мозга. мозолистое тело . [4] Шюц и Брайтенберг отмечают: «Грубо говоря, количество волокон определенного диапазона длин обратно пропорционально их длине». [4]
Доля кровеносных сосудов в белом веществе у взрослых лиц не пожилого возраста составляет 1,7–3,6%. [5]
Другим основным компонентом мозга является серое вещество (на самом деле розовато-коричневое из-за кровеносных капилляров), которое состоит из нейронов . Черная субстанция — это компонент третьего цвета, обнаруженный в мозге, который кажется более темным из-за более высокого уровня меланина в дофаминергических нейронах, чем в близлежащих областях. Обратите внимание, что белое вещество иногда может казаться на предметном стекле темнее серого вещества из-за типа используемого красителя . Белое вещество головного и спинного мозга не содержит дендритов , тел нервных клеток или более коротких аксонов, которые можно найти только в сером веществе.
Белое вещество образует основную часть глубоких отделов головного мозга и поверхностных отделов спинного мозга . Агрегаты серого вещества, такие как базальные ганглии ( хвостатое ядро , скорлупа , бледный шар , черная субстанция , субталамическое ядро , прилежащее ядро ) и ядра ствола мозга ( красное ядро , ядра черепных нервов ), распространены в белом веществе головного мозга.
Мозжечок структурирован аналогично головному мозгу, с поверхностной мантией коры мозжечка, глубоким белым веществом мозжечка (так называемым «деревом жизни » ) и агрегатами серого вещества, окруженными глубоким белым веществом мозжечка ( зубчатое ядро , шаровидное ядро , эмболиформное ядро и фастигиальное ядро ). Заполненные жидкостью желудочки головного мозга (боковые желудочки, третий желудочек , водопровод мозга , четвертый желудочек ) также расположены глубоко в белом веществе головного мозга.
У мужчин больше белого вещества, чем у женщин, как по объему, так и по длине миелинизированных аксонов. В 20-летнем возрасте общая длина миелиновых волокон у мужчин составляет 176 000 км, у женщин — 149 000 км. [6] С возрастом наблюдается снижение общей длины примерно на 10% каждое десятилетие, так что мужчина в возрасте 80 лет имеет длину 97 200 км, а женщина - 82 000 км. [6] Большая часть этого снижения происходит из-за потери более тонких волокон. Однако в это исследование вошли только 36 участников. [6]
Белое вещество — это ткань, через которую проходят сообщения между различными областями серого вещества центральной нервной системы. Белое вещество белое из-за жирового вещества (миелина), окружающего нервные волокна (аксоны). Этот миелин содержится почти во всех длинных нервных волокнах и действует как электрическая изоляция. Это важно, поскольку позволяет сообщениям быстро передаваться с места на место.
В отличие от серого вещества, пик развития которого приходится на двадцать с небольшим лет, белое вещество продолжает развиваться и достигает пика в среднем возрасте. [7]
Рассеянный склероз (РС) — наиболее распространенное из воспалительных демиелинизирующих заболеваний центральной нервной системы , поражающих белое вещество. При поражениях рассеянного склероза миелиновая оболочка вокруг аксонов повреждается из-за воспаления . [8] Расстройства, связанные с употреблением алкоголя , связаны с уменьшением объема белого вещества. [9]
Амилоидные бляшки в белом веществе могут быть связаны с болезнью Альцгеймера и другими нейродегенеративными заболеваниями . [10] Другие изменения, которые обычно происходят с возрастом, включают развитие лейкоареоза , который представляет собой разрежение белого вещества, которое может коррелировать с различными состояниями, включая потерю бледности миелина, потерю аксонов и снижение рестриктивной функции крови . – мозговой барьер . [11]
Существуют также доказательства того, что злоупотребление психоактивными веществами может повредить микроструктуру белого вещества, хотя длительное воздержание в некоторых случаях может обратить вспять такие изменения белого вещества. [12]
Поражения белого вещества при магнитно-резонансной томографии связаны с несколькими неблагоприятными последствиями, такими как когнитивные нарушения и депрессия . [13] Гиперинтенсивность белого вещества чаще всего присутствует при сосудистой деменции , особенно среди мелких сосудов/подкорковых подтипов сосудистой деменции. [14]
Меньшие объемы (в среднем по группе) белого вещества могут быть связаны с большим дефицитом внимания , декларативной памяти , исполнительных функций , интеллекта и академической успеваемости . [15] [16] Однако изменение объема происходит непрерывно на протяжении всей жизни из-за нейропластичности и является скорее способствующим, чем определяющим фактором определенных функциональных дефицитов из-за компенсирующих эффектов в других областях мозга. [16] Целостность белого вещества снижается из-за старения. [17] Тем не менее, регулярные аэробные упражнения , по-видимому, либо отсрочивают эффект старения, либо, в свою очередь, улучшают целостность белого вещества в долгосрочной перспективе. [17] Изменения объема белого вещества вследствие воспаления или травмы могут быть фактором тяжести обструктивного апноэ во сне . [18] [19]
Исследование белого вещества было усовершенствовано с помощью метода нейровизуализации , называемого диффузионно-тензорной визуализацией , при котором используются сканеры головного мозга магнитно-резонансной томографии (МРТ). По состоянию на 2007 год по этой теме опубликовано более 700 публикаций. [20]
В статье 2009 года Яна Шольца и его коллег [21] использовалась диффузионно-тензорная визуализация (DTI) для демонстрации изменений объема белого вещества в результате изучения новой двигательной задачи (например, жонглирования). Исследование важно как первая статья, которая соотносит двигательное обучение с изменениями белого вещества. Ранее многие исследователи считали, что этот тип обучения опосредуется исключительно дендритами, которых нет в белом веществе. Авторы предполагают, что электрическая активность в аксонах может регулировать миелинизацию в аксонах. Или же причиной этих изменений могут быть грубые изменения в диаметре или плотности упаковки аксона. [22] [ собственный источник? ] Более недавнее исследование DTI, проведенное Сампайо-Баптистой и его коллегами, сообщило об изменениях в белом веществе в результате двигательного обучения, а также об увеличении миелинизации. [23]
Области ЦНС, состоящие преимущественно из миелинизированных аксонов, называются белым веществом.
Учитывая, что наша центральная нервная система представляет собой сложно сбалансированную, сложную сеть из миллиардов нейронов и поддерживающих клеток, некоторые могут предположить, что внешние вещества могут вызвать необратимое повреждение мозга.
Однако наш обзор рисует менее мрачную картину рассматриваемых веществ.
После длительного воздержания у лиц, злоупотребляющих алкоголем (Pfefferbaum et al., 2014) или опиатов (Wang et al., 2011), микроструктура белого вещества существенно не отличается от лиц, не употребляющих алкоголь.
Также не было никаких доказательств того, что микроструктурные изменения белого вещества, наблюдаемые в продольных исследованиях каннабиса, никотина или кокаина, были совершенно необратимыми.
Поэтому возможно, что, по крайней мере в некоторой степени, воздержание может обратить вспять влияние злоупотребления психоактивными веществами на белое вещество.
Способность белого вещества «приходить в норму», скорее всего, зависит от уровня и продолжительности злоупотребления, а также от вещества, которым злоупотребляют.