مسیرهای ماده سفید و اتصال‌پذیری

ماده سفید از آکسون‌های میلینه تشکیل شده است که بخش‌های مختلف سیستم عصبی را به هم متصل می‌کنند. این رشته‌ها که در قالب مسیرها (tracts) دسته‌بندی می‌شوند، نواحی قشری را به یکدیگر پیوند می‌دهند، دو نیمکره را به هم وصل می‌کنند و اطلاعات را بین قشر مغز، هسته‌های زیرقشری و نخاع منتقل می‌کنند و بدین ترتیب سیم‌کشی‌ای را تشکیل می‌دهند که از طریق آن نواحی مغز با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.

Definition

مسیرهای ماده سفید، دسته‌های سازمان‌یافته‌ای از آکسون‌های میلینه هستند که نواحی سیستم عصبی مرکزی را به هم متصل می‌کنند؛ اتصال‌پذیری به شبکه حاصل از پیوندهای ساختاری اشاره دارد که به طور فزاینده‌ای به عنوان کانکتوم مغز توصیف و کمی‌سازی می‌شود.

Scope

این موضوع سه دسته از رشته‌های ماده سفید مغزی — مسیرهای تداعی (association)، کمیسورال (commissural) و پروجکشن (projection) — مسیرهای نام‌گذاری شده‌ای مانند فاسیکولوس آرکوآت (arcuate fasciculus) و جسم پینه‌ای (corpus callosum)، و مفهوم اتصال‌پذیری ساختاری (structural connectivity) و کانکتوم (connectome) را پوشش می‌دهد. همچنین به چگونگی تصویربرداری مسیرها با استفاده از تصویربرداری انتشاری (diffusion imaging) می‌پردازد. این یک مرجع آناتومی و روش‌شناسی است، نه راهنمایی بالینی.

Core questions

• ماده سفید مغزی چگونه به مسیرهای تداعی، کمیسورال و پروجکشن سازماندهی می‌شود؟
• کدام مسیرهای اصلی نام‌گذاری شده، نواحی مغز را به هم متصل می‌کنند؟
• اتصال‌پذیری ساختاری چگونه اندازه‌گیری و به عنوان یک شبکه توصیف می‌شود؟

Key concepts

• رشته‌های تداعی‌کننده
• رشته‌های کمیسورال (جسم پینه‌ای)
• رشته‌های پروجکشن (کپسول داخلی، مسیر کورتیکواسپینال)
• میلینه شدن
• ناهمسانگردی انتشاری و تراکتوگرافی
• اتصال‌پذیری ساختاری و کانکتوم
• معیارهای شبکه نظریه گراف

Mechanisms

مسیرهای ماده سفید به سه گروه تقسیم می‌شوند: رشته‌های تداعی‌کننده (association fibres) که نواحی درون یک نیمکره را به هم متصل می‌کنند، رشته‌های کمیسورال (commissural fibres) مانند جسم پینه‌ای که نیمکره‌ها را به هم وصل می‌کنند، و رشته‌های پروجکشن (projection fibres) مانند مسیر کورتیکواسپینال (corticospinal tract) که قشر مغز را با ساختارهای پایین‌تر متصل می‌کند. از آنجا که آب به طور ترجیحی در امتداد آکسون‌های میلینه منتشر می‌شود، MRI انتشاری (diffusion MRI) می‌تواند این ناهمسانگردی (anisotropy) را اندازه‌گیری کرده و جهت‌گیری رشته‌ها را استنباط کند (Pierpaoli & Basser, 1996)، که امکان بازسازی و نقشه‌برداری مسیرهای اصلی را در فضای استاندارد فراهم می‌آورد (Hua et al., 2008). در نظر گرفتن نواحی به عنوان گره‌ها (nodes) و مسیرها به عنوان پیوندها (links) امکان تحلیل اتصال‌پذیری را با ابزارهای نظریه گراف (graph-theoretical tools) فراهم می‌کند که مغز را به عنوان شبکه‌ای با هاب‌ها (hubs) و ماژول‌ها (modules) توصیف می‌کنند (Bullmore & Sporns, 2009). آسیب منتشر به ماده سفید که توسط عروق کوچک تغذیه می‌شود نیز می‌تواند با تصویربرداری شناسایی شود (Wardlaw et al., 2013).

Clinical relevance

آناتومی و اتصال‌پذیری ماده سفید چارچوبی برای درک چگونگی ارتباط نواحی مغز و چگونگی تصویربرداری از این سیم‌کشی فراهم می‌کند. این مدخل، پیش‌زمینه‌ای مرجع در مورد ساختار و روش‌ها است؛ و آستانه‌های تشخیصی یا توصیه‌های درمانی ارائه نمی‌دهد.

History

دسته‌های اصلی رشته‌ها مدت‌ها قبل از اینکه در مغزهای زنده قابل مشاهده باشند، از طریق تشریح کلاسیک توصیف شده بودند. معرفی تصویربرداری تنسور انتشاری (diffusion tensor imaging) و اندازه‌گیری‌های کمی ناهمسانگردی (Pierpaoli & Basser, 1996) مسیرها را در داخل بدن (in vivo) قابل مشاهده و اندازه‌گیری کرد و منجر به اطلس‌های احتمالی مسیرها (probabilistic tract atlases) شد (Hua et al., 2008). چارچوب کانکتوم متعاقب آن، این مسیرها را به عنوان یک شبکه قابل کمی‌سازی که مستعد تحلیل گراف است، بازتعریف کرد (Bullmore & Sporns, 2009).

Debates

تراکتوگرافی تا چه حد مسیرهای آناتومیکی واقعی را بازسازی می‌کند؟

تراکتوگرافی مبتنی بر انتشار، مسیرها را به طور غیرمستقیم از الگوهای انتشار آب استنباط می‌کند و می‌تواند اتصالات کاذب یا از دست رفته تولید کند، بنابراین میزان تطابق مسیرهای بازسازی شده با آناتومی آکسونی واقعی همچنان یک نگرانی روش‌شناختی فعال است.

Key figures

• Peter Basser
• Carlo Pierpaoli
• Edward Bullmore
• Olaf Sporns

Seminal works

• pierpaoli-1996
• hua-2008
• bullmore-2009

Frequently asked questions

سه نوع اصلی رشته‌های ماده سفید کدامند؟

رشته‌های تداعی‌کننده نواحی درون یک نیمکره را به هم متصل می‌کنند، رشته‌های کمیسورال مانند جسم پینه‌ای دو نیمکره را به هم وصل می‌کنند، و رشته‌های پروجکشن قشر مغز را با ساختارهای عمیق‌تر و نخاع متصل می‌کنند.

مسیرهای ماده سفید در افراد زنده چگونه تصویربرداری می‌شوند؟

MRI انتشاری حرکت جهت‌دار آب را در امتداد آکسون‌های میلینه اندازه‌گیری می‌کند، و تراکتوگرافی از این اطلاعات برای بازسازی و نقشه‌برداری مسیرهای اصلی رشته‌ها استفاده می‌کند.