Изучение белого вещества является важнейшим компонентом для понимания нейроразвития и созревания мозга на протяжении всей жизни. В отличие от серого вещества, которое переживает резкий рост в течение первых нескольких лет жизни, рост белого вещества проявляет постепенный характер развития. На самом деле миелинизация происходит почти полностью постнатально и продолжается вплоть до третьего десятилетия жизни.
Вступление
Методы МРТ позволяют визуализировать и дифференцировать как серое, так и белое вещество. Это достигается за счет манипулирования физическими параметрами магнитно-резонансных импульсов, что делает их дифференциально чувствительными к клеточному типу, плотности, структуре тканей, содержанию липидов и воды.
Эти изображения высокого пространственного разрешения в сочетании с высоким контрастом между серым и белым веществом позволяют проводить более точную и автоматизированную сегментацию мозга. Это позволяет исследовать как изменения серого вещества с течением времени, так и изменения белого вещества с течением времени.
Объем белого вещества
Ранние визуальные исследования показали изменения в объеме белого вещества, которые отличались от траекторий зрелости серого вещества. Более того, эти изменения в объеме белого вещества отражают специфические изменения в структуре и содержании белого вещества. В частности, белое вещество содержит аксоны и глиальные клетки, олигодендроциты.
Первые соединяют проксимальные и дистальные участки коры головного мозга, обеспечивая связь внутри и между большими функциональными сетями, которые перемещаются в больших пучинках или связках, а вторые обеспечивают защиту, изоляцию и поддержку аксонов.
Следует отметить, что хотя рост нейронов в значительной степени завершен до рождения, глиальные клетки активно формируют структуру и функционирование белого вещества на протяжении всей жизни. Эти клетки сначала производят и выращивают миелиновую оболочку вокруг аксонов, что повышает проводимость между клетками, а затем обрезают и удаляют ненужные клетки и процессы, что приводит к оптимизации связей мозга, и обеспечивает защиту от различных стрессоров в течение жизни.
Различные вскрытия показали, что миелинизация центральной нервной системы следует предсказуемым топографическим и хронологическим последовательностям. Миелинизация происходит на проксимальных путях перед дистальными путями, в проекционных путях перед ассоциативными путями, в центральных участках и в затылочных полюсах. Общая закономерность миелинизации взрослых присутствует к концу второго года.
МРТ исследования показывают, что эта картина отражается на времени релаксации тканей, которое увеличивается по мере развития миелинизации. Это связано с изменением содержания влаги в тканях и увеличением объема липидосодержащего миелина, что приводит не только к улучшению контрастности серого и белого вещества, но и к увеличению самого объема белого вещества.
Контраст между серой и белой материями меняется до 6 месяцев по сравнению с мозгом взрослого человека. Это связано с тем, что серое вещество более развито и содержит большую плотность клеток, что приводит к более яркому виду, а белое вещество, содержащее воду и немиелиновые аксоны, приводит к тому, что структурное сканирование кажется темнее. Этот контраст уменьшается в первый год жизни, а к концу второго года жизни меняется на "взрослый", с более темной серой материей и более светлой белой материей.
Заключение
В то время как белое вещество достигает "взрослого" контрастного МРТ-сигнала в возрасте одного года, объем белого вещества не прекращает увеличиваться до взрослого возраста. Исследования объемной визуализации показали, что это расширение, особенно в возрасте от 4 до 22 лет, является относительно линейным, увеличиваясь примерно на 12% в год.
Причем у мальчиков наблюдается более резкий рост по сравнению с девочками, что связано с уровнем тестостерона. Объемные нейровизуальные исследования раннего послеродового развития мозга также показывают, что в первые два года послеродового развития объем белого вещества увеличивается только на 11% в первый год и на 19% во второй год, что согласуется с ежегодным линейным ростом, отмечаемым в более позднем возрасте.
Однако, хотя ранние объемные исследования пролили свет на изменения в развитии белого вещества, только после введения тензорной диффузии белое вещество было помещено в центр исследований в области развития мозга.