Các bó sợi chất trắng và tính kết nối

Chất trắng bao gồm các sợi trục có myelin kết nối các phần khác nhau của hệ thần kinh. Được bó lại thành các bó sợi, những sợi này liên kết các vùng vỏ não với nhau, nối hai bán cầu não và truyền thông tin giữa vỏ não, các nhân dưới vỏ và tủy sống, tạo thành hệ thống dây dẫn để các vùng não giao tiếp.

Definition

Các bó sợi chất trắng là các bó sợi trục có myelin được tổ chức kết nối các vùng của hệ thần kinh trung ương; tính kết nối đề cập đến mạng lưới các liên kết cấu trúc hình thành, ngày càng được mô tả và định lượng như connectome của não.

Scope

Chủ đề này bao gồm ba loại sợi chất trắng não — sợi liên hợp, sợi mép và sợi chiếu — các đường dẫn được đặt tên như bó cung và thể chai, cùng với khái niệm về tính kết nối cấu trúc và connectome. Nó cũng đề cập đến cách hình ảnh khuếch tán hình dung các bó sợi. Đây là tài liệu tham khảo về giải phẫu và phương pháp luận, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Chất trắng não được tổ chức thành các bó sợi liên hợp, mép và chiếu như thế nào?
• Những đường dẫn chính nào kết nối các vùng não?
• Tính kết nối cấu trúc được đo lường và mô tả như một mạng lưới như thế nào?

Key concepts

• Sợi liên hợp
• Sợi mép (thể chai)
• Sợi chiếu (bao trong, bó vỏ não-tủy sống)
• Myelin hóa
• Độ dị hướng khuếch tán và chụp bó sợi
• Tính kết nối cấu trúc và connectome
• Các phép đo mạng lưới lý thuyết đồ thị

Mechanisms

Các bó sợi chất trắng được chia thành ba nhóm: sợi liên hợp liên kết các vùng trong cùng một bán cầu, sợi mép như thể chai nối hai bán cầu, và sợi chiếu như bó vỏ não-tủy sống kết nối vỏ não với các cấu trúc thấp hơn. Bởi vì nước khuếch tán ưu tiên theo hướng của các sợi trục có myelin, MRI khuếch tán có thể đo độ dị hướng này và suy ra hướng sợi (Pierpaoli & Basser, 1996), cho phép tái tạo và lập bản đồ các bó sợi chính trong không gian chuẩn (Hua et al., 2008). Việc coi các vùng là các nút và các bó sợi là các liên kết cho phép phân tích tính kết nối bằng các công cụ lý thuyết đồ thị mô tả não như một mạng lưới với các trung tâm và mô-đun (Bullmore & Sporns, 2009). Tổn thương lan tỏa chất trắng được cung cấp bởi các mạch máu nhỏ cũng có thể được phát hiện bằng hình ảnh (Wardlaw et al., 2013).

Clinical relevance

Giải phẫu và tính kết nối của chất trắng cung cấp khuôn khổ để hiểu cách các vùng não được liên kết và cách hệ thống dây dẫn đó được hình ảnh hóa. Mục này là thông tin cơ bản tham khảo về cấu trúc và phương pháp; nó không đưa ra ngưỡng chẩn đoán hoặc lời khuyên điều trị.

History

Các bó sợi chính đã được mô tả bằng phương pháp giải phẫu cổ điển rất lâu trước khi chúng có thể được nhìn thấy trong não sống. Sự ra đời của hình ảnh tensor khuếch tán và các phép đo độ dị hướng định lượng (Pierpaoli & Basser, 1996) đã giúp các bó sợi có thể nhìn thấy và đo lường được in vivo, dẫn đến các bản đồ bó sợi xác suất (Hua et al., 2008). Khung connectome sau đó đã định hình lại các đường dẫn này thành một mạng lưới có thể định lượng được để phân tích đồ thị (Bullmore & Sporns, 2009).

Debates

Chụp bó sợi tái tạo các bó sợi giải phẫu thực tế một cách trung thực đến mức nào?

Chụp bó sợi dựa trên khuếch tán suy ra các đường dẫn một cách gián tiếp từ các mẫu khuếch tán nước và có thể tạo ra các kết nối sai hoặc thiếu, do đó mức độ phù hợp giữa các bó sợi được tái tạo với giải phẫu sợi trục thực sự vẫn là một mối quan tâm phương pháp luận tích cực.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Ba loại sợi chất trắng chính là gì?

Sợi liên hợp kết nối các vùng trong cùng một bán cầu, sợi mép như thể chai kết nối hai bán cầu, và sợi chiếu kết nối vỏ não với các cấu trúc sâu hơn và tủy sống.

Các bó sợi chất trắng được hình ảnh hóa trong người sống như thế nào?

MRI khuếch tán đo chuyển động định hướng của nước dọc theo các sợi trục có myelin, và chụp bó sợi sử dụng thông tin này để tái tạo và lập bản đồ các đường dẫn sợi chính.