Тракты белого вещества и коннективность

Белое вещество состоит из миелинизированных аксонов, которые соединяют различные части нервной системы. Объединенные в тракты, эти волокна связывают корковые области друг с другом, соединяют два полушария и передают информацию между корой, подкорковыми ядрами и спинным мозгом, образуя проводку, посредством которой области мозга общаются.

Definition

Тракты белого вещества — это организованные пучки миелинизированных аксонов, которые соединяют области центральной нервной системы; коннективность относится к результирующей сети структурных связей, все чаще описываемой и количественно определяемой как коннектом мозга.

Scope

Эта тема охватывает три класса волокон белого вещества головного мозга — ассоциативные, комиссуральные и проекционные тракты — названные пути, такие как дугообразный пучок и мозолистое тело, а также концепцию структурной коннективности и коннектома. Она также охватывает, как диффузионная томография визуализирует тракты. Это справочная анатомия и методология, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как белое вещество головного мозга организовано в ассоциативные, комиссуральные и проекционные тракты?
• Какие основные названные пути соединяют области мозга?
• Как измеряется и описывается структурная коннективность как сеть?

Key concepts

• Ассоциативные волокна
• Комиссуральные волокна (мозолистое тело)
• Проекционные волокна (внутренняя капсула, кортикоспинальный тракт)
• Миелинизация
• Диффузионная анизотропия и трактография
• Структурная коннективность и коннектом
• Графотеоретические сетевые метрики

Mechanisms

Тракты белого вещества делятся на три группы: ассоциативные волокна, связывающие области внутри одного полушария, комиссуральные волокна, такие как мозолистое тело, соединяющие полушария, и проекционные волокна, такие как кортикоспинальный тракт, соединяющие кору с нижележащими структурами. Поскольку вода диффундирует преимущественно вдоль направления миелинизированных аксонов, диффузионная МРТ может измерять эту анизотропию и выводить ориентацию волокон (Pierpaoli & Basser, 1996), что позволяет реконструировать и картировать основные тракты в стандартном пространстве (Hua et al., 2008). Рассмотрение областей как узлов и трактов как связей позволяет анализировать коннективность с помощью графотеоретических инструментов, которые описывают мозг как сеть с хабами и модулями (Bullmore & Sporns, 2009). Диффузное повреждение белого вещества, снабжаемого мелкими сосудами, также может быть обнаружено с помощью визуализации (Wardlaw et al., 2013).

Clinical relevance

Анатомия и коннективность белого вещества обеспечивают основу для понимания того, как связаны области мозга и как эта проводка визуализируется. Эта запись является справочной информацией о структуре и методах; она не содержит диагностических порогов или советов по лечению.

History

Основные пучки волокон были описаны классическим рассечением задолго до того, как их можно было увидеть в живом мозге. Введение диффузионно-тензорной томографии и количественных мер анизотропии (Pierpaoli & Basser, 1996) сделало тракты видимыми и измеримыми in vivo, что привело к созданию вероятностных атласов трактов (Hua et al., 2008). Последующая концепция коннектома переосмыслила эти пути как количественно измеримую сеть, поддающуюся графовому анализу (Bullmore & Sporns, 2009).

Debates

Насколько точно трактография реконструирует реальные анатомические тракты?

Диффузионная трактография косвенно выводит пути из паттернов диффузии воды и может создавать ложные или отсутствующие связи, поэтому то, насколько точно реконструированные тракты соответствуют истинной аксональной анатомии, остается актуальной методологической проблемой.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Каковы три основных типа волокон белого вещества?

Ассоциативные волокна соединяют области в пределах одного полушария, комиссуральные волокна, такие как мозолистое тело, соединяют два полушария, а проекционные волокна соединяют кору с более глубокими структурами и спинным мозгом.

Как визуализируются тракты белого вещества у живых людей?

Диффузионная МРТ измеряет направленное движение воды вдоль миелинизированных аксонов, и трактография использует эту информацию для реконструкции и картирования основных волоконных путей.