Historycznie rzecz biorąc, istota szara była zazwyczaj uważana za młynek organowy mózgu, a istota biała była tylko małpą. Ale w ostatnich latach stało się jasne, że małpa jest tak samo ważna jak jej pan.
Nasza wspaniale złożona istota szara od dawna pokazuje kucyka mózgu; chodzi o ciężką liczbę chrupania, na której wszyscy polegamy, aby nadać sens całemu światu. Uważa się, że istota biała po prostu wykonuje zadanie przekazywania komunikatów tam iz powrotem, jako niewiele więcej niż zbiór pasywnych przewodów.
Chociaż w tym podziale pracy jest trochę prawdy, to istota biała jest wielką krzywdą. W miarę jak rośnie wiedza naukowa, znaczenie substancji białej staje się coraz ostrzejsze. Ta autostrada informacji neuronalnych jest obecnie zaangażowana w wiele chorób i stanów i odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu mózgu, uczeniu się i koordynacji odległych ośrodków mózgu.
Czym jest istota biała?
Istota biała stanowi większość głębokich części mózgu. W przeciwieństwie do szarej materii, która osiąga szczyt w rozwoju, gdy mamy 11 lub 12 lat, istota biała rozwija się dobrze w naszych dwudziestych (i być może, w bardziej subtelny sposób, w naszych 50-tych).
Składa się z wiązek aksonów lub traktów, które są długimi, smukłymi projekcjami komórek nerwowych. Jak sama nazwa wskazuje, istota biała jest bielsza od istoty szarej, a jej słynna biel wynika z woskowej powłoki zwanej mieliną, którą można znaleźć na każdym z aksonów.
Mielina pokrywa powierzchnię wszystkich komórek nerwowych, pozostawiając małe szczeliny – znane również jako węzły Ranviera – co około milimetr.
W mielinizowanych nerwach, zamiast impulsu poruszającego się wzdłuż całej komórki, tak jak w szarej materii, może on przeskakiwać z węzła do węzła, zwiększając prędkość przewodzenia.
Jako główna usługa komunikacyjna mózgu, mielinizacja pozwala istocie białej na przechodzenie nut pomiędzy odległymi regionami z zawrotną prędkością.
W rzeczywistości, mielinizowane nerwy mogą przenosić impulsy do 100 razy szybciej niż nie-mielinowane włókna.
W mózgu mielina jest składana przez komórki zwane oligodendrocytami. Po urodzeniu zasięg mielin jest stosunkowo niewielki; mielinizacja porusza się w fali, najpierw pokrywając białą substancję w korze mózgowej najbliżej karku i stopniowo przesuwając się do przodu, ostatecznie pokrywając płaty czołowe od połowy do późnych lat dwudziestych.
Płaty czołowe są ważne w planowaniu, rozumowaniu i osądzaniu. Niektórzy naukowcy sądzą, że ograniczona mielinizacja tych obszarów w młodości może tłumaczyć niezdolność nastolatków do podejmowania właściwych decyzji dla dorosłych.
Ponieważ coraz bardziej interesuje się nauką na temat istoty białej, stało się jasne, że nie jest ona bierną częścią okablowania; jest dynamiczny – jego objętość rośnie i kurczy się wraz z doświadczeniem, przetwarza informacje – nie tylko bezmyślnie przekazując dane między punktami.
Istota biała w chorobie psychicznej
Pewne warunki od dawna wiązały się z uszkodzeniem osłonki mielinowej. Na przykład, układ odpornościowy osób z zespołem Guillain-Barré i stwardnieniem rozsianym atakuje mielinę, powodując stopniowo pogarszającą się słabość, która może zakończyć się paraliżem.
Jednak ostatnio zmiany w mielinie wiązały się z wieloma schorzeniami psychicznymi, takimi jak schizofrenia, ciężka depresja, autyzm, zespół stresu pourazowego, choroba Alzheimera, dysleksja, zespół nadpobudliwości psychoruchowej, zaburzenie obsesyjno-kompulsywne i zespół Tourette’a. Istota biała jest nawet zaangażowana w jąkanie i głuchotę.
Jednym z najczęściej badanych stanów psychicznych w odniesieniu do istoty białej jest schizofrenia. Jedno badanie, w którym badano 6000 genów w korze przedczołowej mózgu schizofrenii, dostarczyło przekonywujących dowodów: spośród 89 genów nieprawidłowo regulowanych 35 uczestniczyło w mielinizacji.
Inne badania dotyczyły pośmiertnej istoty białej, z pewnymi objawami anomalii w traktach istoty białej i zmniejszoną liczbą oligodendrocytów w niektórych regionach mózgu.
W rzeczywistości, ostatnio, wykazano, że szlaki istoty białej w większości mózgu są zakłócane w schizofrenii.
Schizofrenia ma tendencję do rozwoju w okresie dojrzewania, w czasie, gdy przodomózgowy otrzymuje wreszcie powłokę mielinową. Niektórzy naukowcy uważają, że może to być coś więcej niż zbieg okoliczności.
To, czy zmiany te są przyczyną stanu lub konsekwencji nieprawidłowej funkcji mózgu, należy jeszcze zrozumieć, ale prawdopodobnie jest to splątana dwukierunkowa ścieżka. Dowodem na to jest artykuł opublikowany w 2007 r. Przez dr Gabriela Corfasa. Wykazał, że zakłócenie kontroli genetycznej oligodendrocytów może wywołać uderzające zmiany behawioralne podobne do tych obserwowanych w schizofrenii.
Oglądanie istoty białej
Procedura obrazowania nazwana tensorem dyfuzji (DTI), oparta na technologii MRI, przedstawia względny ruch wody w tkankach. Może służyć do obserwacji istoty białej.
DTI opiera się na założeniu, że w normalnej tkance mózgowej woda jest równie prawdopodobna w dowolnym kierunku.
Jednak w traktach, które są zorientowane równolegle i pokryte mieliną, jest bardziej prawdopodobne, że poruszają się wzdłuż nich, a nie z boku na bok.
Dzięki tej technologii można oglądać mikrostrukturę istoty białej; bardziej ciasno upakowane włókna z grubszymi warstwami mielinowymi dają mocniejsze sygnały DTI. Ta stosunkowo nowa technologia została wykorzystana do poszukiwania powiązań między ciałem niebieskim a wynikami poznawczymi.
Jedno z badań, na przykład, wykazało związek między strukturą istoty białej a IQ, której autorzy stwierdzili, że «funkcja poznawcza koreluje z większą organizacją włókien». Podobnie, inni naukowcy odkryli powiązania między jakością istoty białej w mózgu dorosłego a zdolnością czytania.
Naukowcy wykazali również, że używanie naszych mózgów w określony sposób może zmienić strukturę istoty białej. Na przykład, jeden eksperyment wykazał, że regularne ćwiczenie instrumentu muzycznego zwiększa poziom organizacji w obrębie istoty białej w obszarach ważnych dla osiągnięć muzycznych. Naukowcy wykazali, że ilość zmian była proporcjonalna do liczby godzin, które dana osoba ćwiczyła. Im bardziej pracujesz, tym bardziej zmienia się biała istota.
Jak mielinizacja pasuje do historii
U zwierząt, które mogą chodzić i karmić się bardzo szybko po urodzeniu – takie jak konie i myszy – mielinizacja jest prawie zakończona przez urodzenie. Jednakże, jak już wspomniano, mielinizacja u ludzi trwa do naszych 20 lub 30 lat. To, że trwa tak długo, jest dobrą wskazówką, że spełnia on więcej niż tylko rolę izolacyjną.
Wydłużony czas, w którym mielinizacja trwa u ludzi, łączy się z tym samym okresem czasu, kiedy ludzka kora mózgowa przechodzi ogromną restrukturyzację połączeń synaptycznych. Ta przebudowa jest rozumiana jako modyfikacja mózgu zgodnie z doświadczeniem. Z tego powodu niektórzy badacze uważają, że mielina, a zatem istota biała, odgrywa rolę w kształtowaniu mózgu poprzez nasze doświadczenia w miarę rozwoju.
Ta teoria sprawdza się w wielu badaniach na zwierzętach. Na przykład, badania nad nornikami łąkowymi alaskańskich wykazały, że mielinizacja w mózgu jest regulowana zmianami sezonowymi w ciągu dnia. Zwierzęta, które trzymano w środowisku o stałych długich dniach, miały większą objętość substancji białej.
U szczurów stres w ciągu ostatnich 6 dni ciąży powoduje zwiększoną mielinizację potomstwa w ciągu pierwszych 2 do 3 tygodni życia, a poziomy powracają do normy w 40 dniu.
Odwrotnie, przyjemniejsze doznanie może również zmienić strukturę istoty białej. Wzrost liczby oligodendrocytów w kory wzrokowej szczurów, które są hodowane we wzbogaconych środowiskach, w tym interakcje społeczne i rzeczy do zabawy.
Niektóre badania na ludziach również wykazały interakcję między wczesnym doświadczeniem a objętością istoty białej. W opublikowanym badaniu porównano mózgi dzieci, które były maltretowane lub zaniedbane przez mózgi dzieci, które nie miały.
Okazało się, że ciałko modzelowate – czyli największa struktura istoty białej w mózgu, która łączy lewą i prawą półkulę mózgową – jest o 17 procent mniejsze u tych, którzy byli wykorzystywani.
Dlaczego woskowy płaszcz jest tak ważny?
Krótko mówiąc, nie mamy pełnej odpowiedzi na to pytanie, ale istnieją pewne istotne wątki do wyboru.
Synchronizacja szarej materii jest ważna dla rozwoju neuronalnego i uczenia się. Powiedzenie mówi: «Neurony, które strzelają razem, połącz się». Innymi słowy, neurony, które wybuchają synchronicznie, są bardziej prawdopodobne, że zostaną trwale połączone; nerwy, które razem wzięte są uważane za ważne i zostaną wzmocnione i zachowane.
Teraz, jeśli dwa nerwy, które współpracują, pochodzą z różnych odległości i są identyczne, sygnały nie docierają do siebie; aby koordynować ostrzał, jeden z aksonów musi zostać przyspieszony lub spowolniony.
Dokładność milisekund jest niezbędna.
Kiedy wykonujemy skomplikowane zadanie, takie jak gra na instrumencie, informacje są wysyłane z szeregu ośrodków mózgowych i płyną tam iz powrotem. Synchronizacja jest koniecznością i zwyczajne odpalanie wiadomości z największą możliwą szybkością nie byłoby dobrym rozwiązaniem.
Wraz z pojawieniem się nowych odkryć, wydaje się oczywiste, że mielina odgrywa kluczową rolę w rozwoju synchronizacji i może zmieniać prędkość przewodzenia substancji białej na wiele sposobów.
Na przykład mielina może fizycznie zmienić średnicę aksonu (szersze nerwy przekazują sygnały szybciej). Również oligodendrocyty mogą zmieniać liczbę arkuszy mieliny, które układają, co może wynosić do 150 arkuszy na włókno, ponownie zmieniając prędkość przewodzenia. Dodatkowo, zmieniając liczbę lub rozstawienie węzłów Ranviera, można modyfikować prędkości, z większą liczbą węzłów zbliżających się do siebie, spowalniając impulsy w dół.
Dopiero zaczynamy odrywać mechanizmy stojące za wpływem istoty białej na funkcje kognitywne, ale już otwierają się potencjalne drogi.
Istota biała jest integralna z funkcją mózgu, podobnie jak szary sąsiad; jest dynamiczny, zaangażowany w proces uczenia się i pomaga nam określić umiejętności i wspomnienia. Bez wątpienia, gdy badania będą kontynuowane, a obraz będzie ostrzejszy, znaczenie mieliny i istoty białej będzie się zwiększać.
Istota biała naprawdę ma znaczenie.
Nowe badania i odkrycia z 2024 roku
W 2024 roku badania nad istotą białą zyskały nowy impet, szczególnie w kontekście chorób neurodegeneracyjnych. Najnowsze dane sugerują, że zmiany w mielinizacji mogą mieć związek z ryzykiem rozwoju choroby Alzheimera. Badania wykazały, że pacjenci z wczesnymi objawami demencji mają znacznie zmniejszoną objętość istoty białej w porównaniu do osób zdrowych. Ponadto, nowe techniki obrazowania, takie jak zaawansowane MRI, pozwalają na dokładniejsze badanie struktury istoty białej w czasie rzeczywistym, co daje nadzieję na wczesne wykrywanie i interwencję.
Dodatkowo, badania nad wpływem aktywności fizycznej na zdrowie istoty białej ujawniają, że regularne ćwiczenia mogą prowadzić do poprawy mielinizacji w obszarach mózgu odpowiedzialnych za pamięć i uczenie się. Naukowcy odkryli, że osoby aktywne mają lepszą organizację włókien nerwowych, co przekłada się na lepsze wyniki w testach poznawczych. Te odkrycia podkreślają znaczenie zdrowego stylu życia nie tylko dla ogólnego zdrowia, ale także dla funkcji mózgu.
Kolejnym fascynującym kierunkiem badań jest związek między istotą białą a zdrowiem psychicznym. Najnowsze analizy wskazują, że zmiany w strukturze istoty białej mogą być powiązane z zaburzeniami nastroju, takimi jak depresja i lęk. W szczególności, badania sugerują, że osoby z zaburzeniami depresyjnymi mają zmniejszoną gęstość włókien nerwowych, co może wpływać na ich zdolność do regulacji emocji.
