Das neuronale Netzwerk des Gehirns, das sowohl graue als auch weiße Substanz umfasst. Pasieka/Science Photo Library über Getty Images
Wer hat nicht darüber nachgedacht, wie eine Erinnerung entsteht, ein Satz entsteht, ein Sonnenuntergang geschätzt, ein kreativer Akt vollzogen oder ein abscheuliches Verbrechen begangen wird?
Das menschliche Gehirn ist ein drei Pfund schweres Organ, das weitgehend ein Rätsel bleibt. Aber die meisten Menschen haben schon vom Gehirn gehört graue Substanz, das für kognitive Funktionen wie Lernen, Erinnern und Argumentieren benötigt wird.
Genauer gesagt bezieht sich graue Substanz auf Regionen im gesamten Gehirn, in denen Nervenzellen – bekannt als Neuronen – sind konzentriert. Die Region, die als wichtigste für die Kognition angesehen wird, ist die Großhirnrinde, eine dünne Schicht grauer Substanz auf der Gehirnoberfläche.
Aber die andere Hälfte des Gehirns – die weiße Substanz – wird oft übersehen. Weiße Substanz liegt unterhalb der Hirnrinde und auch tiefer im Gehirn. Wo auch immer sie vorkommt, verbindet weiße Substanz Neuronen innerhalb der grauen Substanz miteinander.
Ich bin eine Professor für Neurologie und Psychiatrie und der Direktor der Abteilung für Verhaltensneurologie an der Medizinischen Fakultät der Universität von Colorado. Meine Arbeit umfasst die Bewertung, Behandlung und Untersuchung von älteren Erwachsenen mit Demenz und jüngeren Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen.
Herauszufinden, wie sich diese Störungen auf das Gehirn auswirken, hat viele Jahre meines Studiums motiviert. Ich glaube, dass das Verständnis der weißen Substanz vielleicht ein Schlüssel zum Verständnis dieser Störungen ist. Aber bisher haben Forscher der weißen Substanz im Allgemeinen nicht die Aufmerksamkeit geschenkt, die sie verdient.
Die rund 100 Milliarden Neuronen im menschlichen Gehirn sind durch Axone miteinander verbunden, von denen viele von der Myelinscheide umgeben sind. Diese Axone bilden zusammen mit ihrem Myelin die weiße Substanz, die die Kommunikation zwischen Neuronen im gesamten Gehirn erleichtert.
Die weiße Substanz herausfinden
Dieser Mangel an Anerkennung rührt größtenteils von der Schwierigkeit her, weiße Substanz zu untersuchen. Da es sich unter der Oberfläche des Gehirns befindet, kann selbst die hochtechnologische Bildgebung seine Details nicht einfach auflösen. Neuere Erkenntnisse, die durch Fortschritte bei der Bildgebung des Gehirns und Autopsieuntersuchungen ermöglicht wurden, zeigen Forschern jedoch allmählich, wie kritisch weiße Substanz ist.
Weiße Substanz besteht aus vielen Milliarden von Axonen, die wie lange Kabel sind, die elektrische Signale übertragen. Stellen Sie sich sie als längliche Schwänze vor, die als Verlängerungen der Neuronen fungieren. Die Axone verbinden Neuronen miteinander an Verbindungsstellen, die Synapsen genannt werden. Dort findet die Kommunikation zwischen Neuronen statt.
Axone kommen in Bündeln oder Trakten zusammen, die durch das Gehirn verlaufen. Aneinandergereiht beträgt ihre kombinierte Länge in einem einzigen menschlichen Gehirn ungefähr 85,000 Meilen. Viele Axone sind mit Myelin isoliert, eine Schicht hauptsächlich aus Fett, die die elektrische Signalübertragung oder Kommunikation zwischen Neuronen um das bis zu 100-fache beschleunigt.
Diese erhöhte Geschwindigkeit ist entscheidend für alle Gehirnfunktionen und ist teilweise der Grund, warum Homo sapiens einzigartige geistige Fähigkeiten hat. Während es keinen Zweifel gibt unsere großen Gehirne sind auf die Hinzufügung von Neuronen durch die Evolution über Äonen zurückzuführen, es gab sogar eine noch größere Zunahme der weißen Substanz über die evolutionäre Zeit.
Diese wenig bekannte Tatsache hat tiefgreifende Auswirkungen. Das erhöhte Volumen an weißer Substanz – hauptsächlich aus den Myelinscheiden, die Axone umgeben – erhöht die Effizienz von Neuronen in der grauen Substanz, um die Gehirnfunktion zu optimieren.
Stellen Sie sich eine Nation von Städten vor, die alle unabhängig funktionieren, aber nicht durch Straßen, Kabel, das Internet oder andere Verbindungen mit anderen Städten verbunden sind. Dieses Szenario wäre analog zum Gehirn ohne weiße Substanz. Höhere Funktionen wie Sprache und Gedächtnis sind in Netzwerken organisiert, in denen Regionen der grauen Substanz durch Bahnen der weißen Substanz verbunden sind. Je umfassender und effizienter diese Verbindungen sind, desto besser arbeitet das Gehirn.
Weiße Substanz und Alzheimer
Angesichts seiner wesentlichen Rolle bei den Verbindungen zwischen Gehirnzellen, beschädigte weiße Substanz kann jeden Aspekt der kognitiven oder emotionalen Funktion stören. Die Pathologie der weißen Substanz ist bei vielen Hirnerkrankungen vorhanden und kann schwerwiegend genug sein Demenz verursachen. Schäden am Myelin sind bei diesen Erkrankungen häufig, und wenn die Erkrankung oder Verletzung schwerwiegender ist, können auch Axone geschädigt werden.
Vor mehr als 30 Jahren beschrieben meine Kollegen und ich dieses Syndrom als Demenz der weißen Substanz. In diesem Zustand funktioniert die dysfunktionale weiße Substanz nicht mehr ausreichend als Bindeglied, was bedeutet, dass die graue Substanz nicht nahtlos und synchron zusammenarbeiten kann. Das Gehirn wurde im Wesentlichen von sich selbst getrennt.
Ebenso wichtig ist die Möglichkeit, dass eine Dysfunktion der weißen Substanz eine Rolle bei vielen Krankheiten spielt, von denen derzeit angenommen wird, dass sie von der grauen Substanz ausgehen. Einige dieser Krankheiten widersetzen sich hartnäckig dem Verständnis. Zum Beispiel vermute ich, dass Schäden an der weißen Substanz in den frühen Phasen der Alzheimer-Krankheit und traumatischen Hirnverletzungen kritisch sein können.
Alzheimer ist die häufigste Form der Demenz bei älteren Menschen. Es kann die kognitive Funktion beeinträchtigen und Menschen ihrer Identität berauben. Es gibt keine Heilung oder wirksame Behandlung. Seitdem Alois Alzheimers Beobachtungen von 1907 von Proteinen der grauen Substanz – genannt Amyloid und Tau – haben Neurowissenschaftler an den Aufbau dieser Proteine geglaubt ist das zentrale Problem hinter Alzheimer. Doch viele Medikamente, die diese Proteine entfernen halte nicht an der kognitive Verfall der Patienten.
Neuere Erkenntnisse deuten zunehmend darauf hin dass die Schädigung der weißen Substanz – die der Ansammlung dieser Proteine vorausgeht – kann der wahre Übeltäter sein. Mit zunehmendem Alter des Gehirns kommt es häufig zu einem allmählichen Verlust des Blutflusses durch die Verengung der Gefäße, die das Blut vom Herzen transportieren. Eine geringere Durchblutung wirkt sich stark auf die weiße Substanz aus.
Bemerkenswerterweise gibt es sogar Hinweise darauf, dass auch erbliche Formen von Alzheimer vorkommen frühe Anomalien der weißen Substanz. Das bedeutet, dass Therapien, die darauf abzielen, den Blutfluss zur weißen Substanz aufrechtzuerhalten, sich als wirksamer erweisen können als der Versuch, Proteine zu entfernen. Eine einfache Behandlung, die wahrscheinlich helfen wird, ist Bluthochdruck kontrollieren, da dies die Schwere von Anomalien der weißen Substanz verringern kann.
Von Loma Linda University Health: Neue Entdeckungen, um Millionen von Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen zu helfen.
Weiße Substanz und traumatische Hirnverletzung
Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma, insbesondere solche mit mittelschweren oder schweren Verletzungen, können eine lebenslange Behinderung haben. Eines der bedrohlichsten Ergebnisse von TBI ist chronische traumatische Enzephalopathie, eine Gehirnerkrankung, von der angenommen wird, dass sie progressive und irreversible Demenz verursacht. Bei SHT-Patienten ist die Akkumulation von Tau-Protein in der grauen Substanz offensichtlich.
Forscher haben seit langem erkannt, dass Schäden an der weißen Substanz bei Menschen, die ein SHT erlitten haben, üblich sind. Beobachtungen aus dem Gehirn von denen mit wiederholten traumatischen Hirnverletzungen – Fußballspieler und Militärveteranen wurden häufig untersucht – haben gezeigt, dass die Schädigung der weißen Substanz auffällig ist und dem Auftreten von verknäulten Proteinen in der grauen Substanz vorausgehen kann.
Unter Wissenschaftlern gibt es eine aufkeimende Aufregung über die neues Interesse an weißer Substanz. Die Forscher beginnen nun einzuräumen, dass der traditionelle Fokus auf die Erforschung der grauen Substanz nicht die erhofften Ergebnisse gebracht hat. Mehr über die als weiße Substanz bekannte Hälfte des Gehirns zu erfahren, könnte uns in den kommenden Jahren helfen, die Antworten zu finden, die erforderlich sind, um das Leiden von Millionen zu lindern.
Über den Autor
Christoph Filey, Professor für Neurologie und Psychiatrie, Universität von Colorado Anschutz Medical Campus
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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