Исторически научные исследования в основном были сосредоточены на сером веществе мозга, оставляя не менее важное белое вещество недостаточно изученным. Однако недавнее новаторское исследование использовало фМРТ для обнаружения значительной мозговой активности в белом веществе.
Когда испытуемые выполняли задания, исследователи наблюдали усиление сигналов по всему белому веществу. Это открытие бросает вызов традиционным представлениям об активности мозга и подчеркивает потенциальную важность белого вещества в понимании различных заболеваний головного мозга.
Актуальность исследования
Человеческий мозг состоит из двух видов материи: тел нервных клеток (серого вещества), которые обрабатывают ощущения, контролируют произвольные движения и обеспечивают речь, обучение и познание, и аксонов (белого вещества).
Исторически сложилось так, что ученые концентрировались на сером веществе коры головного мозга, полагая, что именно здесь происходит действие, игнорируя при этом белое вещество, хотя оно составляет половину мозга. Исследователи из Университета Вандербильта (Vanderbilt University) намерены изменить ситуацию.
В течение нескольких лет Джон Гор (John Gore), директор Института визуализации Университета Вандербильта, с соавторами использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для обнаружения сигналов, зависящих от уровня оксигенации крови (жирный шрифт), ключевого маркера мозговой деятельности в белом веществе.
В своей статье, опубликованной в научном журнале PNAS, исследователи сообщают, что, когда люди, которым сканируют мозг с помощью фМРТ, выполняют какое-либо задание, например, шевелят пальцами, сигналы увеличиваются в белом веществе на протяжении всего мозга.
«Мы не знаем, что это значит», — комментирует автор статьи Курт Шиллинг (Kurt Schilling), сотрудник кафедры радиологии и радиологических наук. «Мы просто знаем, что что-то происходит. В белом веществе действительно есть мощный сигнал».
По словам Шиллинга, важно продолжать эту работу, поскольку такие разнообразные расстройства, как эпилепсия и рассеянный склероз, нарушают «связность» мозга. Это говорит о том, что что-то происходит в белом веществе.
Чтобы выяснить это, исследователи продолжат изучать изменения в сигналах белого вещества, которые ранее обнаруживали при шизофрении, болезни Альцгеймера и других заболеваниях головного мозга. С помощью исследований на животных и анализа тканей ученые также надеются определить биологическую основу этих изменений.
В сером веществе сигналы отражают увеличение кровотока (и кислорода) в ответ на повышение активности нервных клеток.
Возможно, аксоны или глиальные клетки, которые поддерживают вокруг себя защитную миелиновую оболочку, также потребляют больше кислорода, когда мозг «работает». Или, возможно, эти сигналы каким-то образом связаны с тем, что происходит в сером веществе.
Но даже если в белом веществе не происходит ничего биологического, «здесь все равно что-то происходит», — добавляет Шиллинг. «Сигнал меняется. Он меняется по-разному в разных путях белого вещества и во всех путях белого вещества, что является уникальным открытием».
Одна из причин того, что сигналы белого вещества недостаточно изучены, заключается в том, что они имеют более низкую энергию, чем сигналы серого вещества, и, следовательно, их труднее отличить от фонового «шума» мозга.
Исследователи увеличили соотношение сигнал/шум заставив человека, чей мозг сканировали, много раз повторить зрительную, вербальную или двигательную задачу, чтобы установить тенденцию, а также усреднив сигнал по множеству различных путей волокон белого вещества.
«В течение 25 или 30 лет мы пренебрегали другой половиной мозга», — объясняет Шиллинг.
Некоторые исследователи не только проигнорировали сигналы белого вещества, но и исключили их из своих отчетов о функционировании мозга.
Результаты ученых из Университета Вандербильта предполагают, что многие исследования фМРТ «могут не только недооценивать истинную степень активации мозга, но такж могут упускать важную информацию из сигнала МРТ», заключили исследователи.
Авторы другого исследования утверждают, что ожирение, связанное с нарушением структуры белого вещества головного мозга у детей