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白質:脳の柔軟性は劣るが超高速

歴史的に、灰白質は通常、脳の器官グラインダーと考えられ、白質は単なる猿でした。しかし近年、サルはそのマスターと同じくらい重要であることが明らかになりました。

脳と配線の断面

私たちの絶妙に折り畳まれた灰白質は、長い間、脳のショーポニーでした。私たちが世界を理解するために頼りにしている大規模な処理を扱っています。ホワイトマターは、単純にパッシブワイヤーの集合体のように、メッセージを前後にリレーする作業を実行すると考えられていました。

この分業にはいくつかの真理がありますが、それは白人に大きな害を与えます。科学的知識が成長するにつれて、白質の重要性が鋭く焦点を当てています。この神経情報ハイウェイは、様々な状態や疾患に関与し、脳の機能、学習、遠く離れた脳の中心の調整において重要な役割を果たすことが知られています。

白い物質とは何ですか?

白質は脳の深部の大部分を占めています。私たちが11歳または12歳のときに発達する灰白質とは異なり、白質は20代に(そしてもっと微妙に、50代に)発展し続けます。

これは、軸索の束、または神経細胞の細長い突起である管からなる。名前が示すように、白質は灰白質よりも白く、その有名な白色度は、軸索のそれぞれに見られるミエリンと呼ばれるワックス状のコーティングによるものです。

有髄軸索gif。クレジット:Dr Jana

ミエリンはすべての神経細胞の表面を覆い、小さな空隙(ランビエのノードとしても知られる)を1ミリメートルごとに残します。

有髄神経では、灰白質のように細胞の長さに沿って移動する衝動ではなく、ノードからノードへ飛躍して伝導速度を増加させることができます。

脳の主要なメッセンジャーサービスとして、髄鞘形成は、白い物質が激しい速度で離れた地域間で音符を通過することを可能にする。

実際、有髄神経は、非有髄繊維よりも100倍も速くインパルスを運ぶことができます。

脳において、ミエリンは希突起膠細胞と呼ばれる細胞によって規定される。出生時、ミエリンの適用範囲は比較的疎である。ミエリン化は波の中を移動し、最初に首の首筋に最も近い大脳皮質の白質をコーティングし、徐々に前進し、最終的に20代後半から後半に前頭葉をコーティングする。

前頭葉は、計画、推論、および判断にとって重要です。いくつかの科学者は、青少年におけるこれらの領域の限られた髄鞘形成が、ティーンエイジャーが適切な成人の決定を下すことができないことを説明すると理論化する。

ホワイトマテリアルに科学的関心が集まっているので、ケーブル配線のパッシブチャンクではないことは明らかです。それはダイナミックです。ボリュームは、経験を積み重ねて縮小し、情報を処理します。

精神疾患における白質

特定の状態は、長い間、ミエリン鞘の損傷に関連している。例えば、ギラン・バレー症候群および多発性硬化症の人の免疫系はミエリンを攻撃し、徐々に悪化して麻痺で終わることがあります。

しかし、最近では、ミエリンの変化は、統合失調症、大うつ病、自閉症、外傷後ストレス障害、アルツハイマー病、失読症、注意欠陥多動性障害、強迫神経症、トゥレット症候群などの多くの精神状態。白い物質は、吃音やトーンの難聴にさえ関わっています。

白質に関連して最もよく研​​究されている精神医学的状態の1つは統合失調症である。精神分裂症の脳の前頭前野における6,000の遺伝子を調べたある研究では、89の遺伝子が異常に調節されていることが判明し、35が髄鞘形成に関与しているという証拠が得られた。

他の研究では、白質路に異常を示し、脳のいくつかの領域において乏突起膠細胞の数が減少した、死後の白質を調べた。

実際、より最近では、脳の大部分を横切る白質が、統合失調症において混乱していることが示されている。

統合失調症は、青年期に発症する傾向があり、前脳に最終的にミエリンコーティングが施される時期である。いくつかの科学者は、これは偶然以上のものかもしれないと考えている。

これらの変化が状態の原因であるのか、異常な脳機能の結果であるのかは未だ理解されていないが、おそらく絡み合った双方向経路であろう。これの証拠は、ガブリエル・コルファス博士が2007年に発表した論文にあります。彼は、稀突起神経膠細胞の遺伝的制御を混乱させることは、統合失調症に見られるものと同様の顕著な行動変化を生じ得ることを示した。

白い物質を見る

MRI技術に基づく拡散テンソルイメージング(DTI)と呼ばれるイメージング手順は、組織内の水の相対運動を示す。白い物質を観察するのに使うことができます。

ホワイトマター - イメージクレジット - トーマス・シュルツ

DTIは、正常な脳組織では、水がどの方向にも等しく移動する可能性があるという前提に基づいています。

しかし、並行して方向付けされ、ミエリンで覆われている領域では、左右にずらして移動する傾向があります。

この技術により、白質の微細構造を見ることができます。厚いミエリンコートを有するより密に詰まった繊維は、より強いDTIシグナルを与える。この比較的新しい技術は、白質と認知的結果との間のリンクを探すために使用されてきた。

例えば、ある研究では、白質構造とIQとの間に関係があることが判明した。著者らは、「認知機能はより大きな繊維組織と相関する」と結論づけた。同様に、他の科学者は、成人の脳における白質の質とその読み能力との間に関連性があることを見出した。

研究者はまた、私たちの脳を特定の方法で使用することで、白質の構造を変えることができることを実証しました。例えば、ある実験では、定期的に楽器を練習すれば、演奏に重要な領域で白い物質内の組織レベルが高まることが分かった。研究者は、変化の量は個人が練習した時間数に比例することを示した。あなたが働くほど、より多くの白い問題が修正されます。

どのようにミエリン化が物語に収まるか

馬やマウスなど、生まれてからすぐに歩くことができ、餌を与えることができる動物では、ミエリン形成は誕生するとほぼ完全です。しかし、前述のように、ヒトの髄鞘形成は20代または30代に続いています。長い時間がかかるという事実は、単なる断熱的な役割以上のものを実行しているという良い手がかりです。

人間の大脳皮質がシナプス接続の巨大な再構築を経るのと同じ時間で、髄鞘形成がヒトにもたらす長い時間の長さ。このリモデリングは、経験に基づいて脳を変更することが理解されています。この理由から、ミエリン、したがって白質は、私たちが発達するにつれて経験を通して脳を形成する役割を担っていると考える研究者もいる。

この理論は、一連の動物研究において真実になっている。例えば、アラスカの牧草地に関する研究では、脳の髄鞘形成が日の長さの季節変化によって調節されることが分かった。絶えず長い日のある環境に保たれた動物は、より多くの白質物質を有していた。

ラットでは、妊娠の最後の6日間のストレスは、生後2〜3週間で子孫の髄鞘形成を増加させ、レベルは40日までに正常に戻る。

逆に、より楽しい経験は、白質の構造を変更することもできます。乏突起神経膠細胞は、社会的相互作用および遊ぶものを含む豊かな環境で飼育されたラットの視覚野における数が増加する。

人間のいくつかの研究では、初期の経験と白質量の間の相互作用も見いだされています。虐待されていたり放置されていた子供の脳を、そうでなかった子供の脳と比較した研究が掲載されています。

左脳と右脳の半球を結ぶ脳内の最大の白質構造である脳梁は、虐待された人では17%も小さいことが判明しました。

なぜワックスコートが重要なのですか?

一言で言えば、この質問に対する完全な答えはありませんが、選ぶべき魅力的なスレッドがいくつかあります。

灰白質物質の同時性は、神経発達および学習にとって重要である。その言葉は、「一緒に発火するニューロンが一緒につながる」ということです。言い換えれば、同期で発火するニューロンは、永久に接続される可能性が高い。一緒に発火する神経は重要であると考えられ、強化され、保存されます。

有髄軸索イメージクレジットRoadnottaken

さて、一緒に働く2つの神経が異なる距離から来て同一であれば、信号は一緒に到着しません。発射を調整するには、軸索の1つを加速したり減速したりする必要があります。

ミリ秒精度が重要です。

私たちが楽器を演奏するなどの複雑な作業を行うと、脳の中心から情報が送られ、前後に流れるようになります。シンクロナイゼーションは必須であり、可能な限り高速でメッセージを発信することは実行可能な解決策ではありません。

新しい発見が増えるにつれて、ミエリンは同期性を発達させる上で重要な役割を果たしていることが明らかであり、白い物質の領域の伝導速度をさまざまな方法で変えることができます。

例えば、ミエリンは軸索の直径を物理的に変化させることができる(より広い神経は信号をより速く通過させる)。また、乏突起膠細胞は、何匹のミエリンのシートを寝かせたかを変えることができ、これは繊維当たり150枚までであり、再び伝導速度を変える。さらに、ランビエのノードの数または間隔を変更することにより、速度を調整することができ、より多くのノードを近づけてインパルスを遅くすることができます。

白い物質が認知機能に及ぼす影響のメカニズムを解読し始めたばかりですが、既に潜在的な手段が開かれています。

白質は、灰色の隣人と同様に脳機能に不可欠です。ダイナミックで学習に関わり、スキルと記憶を築くのに役立ちます。間違いなく、研究が続き、絵がより鮮明になるにつれて、ミエリンと白質の重要性は高まり続けています。

白い物質は本当に重要です。

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