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白質又稱髓質,位於皮質深面,由連合、聯絡和投射三類纖維組成,是中樞神經系統中主要的三個組成元素之一。在中樞部,由神經元的軸突或長樹突集聚而成。它不含胞體只有神經纖維。白質由被髓鞘包覆著的神經軸突組成,控制著神經元共享的訊號,協調腦區之間的正常運作。

1 白質 -簡介

腦、脊髓內神經纖維集中的地方,稱為白質。白質內又有各種不同功能的神經束。白質是中樞神經系統中主要的三個組成元素之一,與灰質、黑質並列。大腦剖面中的白質組織是由大量的髓磷脂(脂質)組成,在裸視觀察下呈現白色。 

脊髓白質(white matter)在灰質的外周,可分前索、側索秋後索部分。其中有上行束、下行束和固有束及各種傳導束。神經通路主要為縱行神經纖維,多為有髓神經纖維和少量的無髓神經纖維,神經纖維之間有神經膠質細胞。

2 白質 -結構與功能

 

白質白質(上)、灰質(下)

白質由數百萬條「溝通管線」組成,管線里包覆著一根長長的軸突(又稱突起),管線外包覆著稱為髓磷脂的白色脂質,而這些「白色纜線」的功能是負責溝通不同腦區的灰質(神經元)、在神經元間傳遞動作電位。髓磷脂幾乎包覆了整個神經纖維,功能是做為神經傳導的「絕緣體」,根據研究,當絕緣層厚度與其包覆的神經纖維粗細成一定比例--3∶5時,可以達到最快的傳導速度。

許多軸突根本沒有外鞘(稱為髓鞘),較小的纖維尤其如此;即便是有外鞘的纖維,每隔幾毫米就會出現沒有髓鞘的地方,這個裸露部份稱為蘭氏結,以首位描述該結構的法國科學家蘭維爾(Louis-Antoine Ranvier)為名。

白質控制著神經元共享的訊號,協調腦區之間的正常運作。如果以長途電話比喻灰質,白質就是將其彼此相連結的海底電纜線,而髓磷脂就是防止海底電纜線因接觸海水而漏電的絕緣材料。神經元間軸突傳輸訊息的速度,有髓鞘絕緣的要比沒有髓鞘的快。寡突細胞製造的脂質,會纏繞軸突10~150層。有許多因子可以刺激髓鞘的形成,例如星狀細胞常會「監聽」軸突傳送的訊號,並將化學訊息送達寡突細胞。

3 白質 -發育

人們出生時,白質並未完全成形,一直到20歲左右,才在不同腦區逐漸發育完全。白質生長的時機與成熟程度,會影響到學習、自我控制(年少時期因缺乏自製而輕狂),以及精神疾病,像是精神分裂、自閉與病態性說謊,青少年的「年少輕狂」的原因之一也是由於白質未發育完全。

2005年,名鋼琴家烏蘭(Fredrik Ullén)與同事利用DTI來研究職業鋼琴家的腦部,發現職業鋼琴家的某些白質區遠比非音樂家來得發達,而這些白質區所連結的大腦皮質部位,是那些協調手指運動的重要腦區,以及與創造音樂有關的其他認知腦區。烏蘭還發現,每日練琴時間越長的鋼琴家,這些白質束的DTI訊號就越強,軸突髓鞘越厚越緊密。  

辛辛那提兒童醫院的神經科學家許密得霍斯特(Vincent J. Schmithorst)進行的另一項DTI研究似乎也與上述研究相呼應。他比較5~18歲孩童的白質之後,發現高度發展的白質構造與高IQ有直接關係。  

烏蘭的研究還有另一項發現:越早學習樂器的人,整個腦子的白質構造越是高度發展。青春期之後才學習樂器的人,只會增加前腦白質的發育程度,因為只剩前腦還在形成髓鞘。這個發現意味著,在某種程度上,神經纖維的髓鞘絕緣,限定了學習新技巧的年齡,這是進行或起瑪是輕易進行某種學習的機會之窗或關鍵期。

2012年,英國科學家對人腦部進行的掃描顯示,空手道高手的小腦和初級運動皮層這兩個部位的結構與常人不同,其中白質更為發達。腦部皮層主要由灰質和白質組成,其中灰質是神經元的聚集區,而白質主要是由神經纖維組成的,其作用是在不同腦區之間傳遞神經信號,協調相關腦區的活動。他們這種腦部結構的差異,可能是空手道高手能夠更好地協調身體各個部位併發出更大擊打力量的原因。對於武術高手的各項運動能力究竟與腦部哪些區域之間有一一對應的關係,他們還需要進一步研究。

4 白質 -疾病

白質異常的相關疾病非常多,已知的疾病包括多發性硬化症、腦性麻痹、亞歷山大症,其他仍在研究的則有閱讀障礙、音痴、精神分裂症、注意力不足過動症、躁鬱症、語言障礙、自閉症等,其也與因老化、阿茲海默症,甚至罹患病態性說謊而認知衰退的患者有關。

以音痴(tone deafness)為例,音痴是分析聲音的高層次皮質中輸出錯所致,加拿大馬吉爾大學的心理學家海德(Kristi L. Hyde)發現,音痴的人右前腦特定神經纖維束的白質比一般人少。美國耶魯大學賈可布森(Leslie K. Jacobsen)進一步指出,在胚胎髮育末期或青春期,這條神經纖維束正在形成髓鞘,此時若暴露於吸煙環境,則會幹擾白質的形成,而腦掃描的新技術擴散張量照影(DTI)觀察到,這個結構與聽覺測式的表現有直接關聯。調節寡突細胞發育的受體,已知會受到尼古丁的影響;髓鞘形成關鍵時期暴露於環境因子,可造成終生的影響。 

 

5 白質 -相關研究

 2012年10月,一由歐洲多個國家研究人員組成的聯合研究小組宣稱,他們利用其開發的新型核磁共振成像技術,歷時三年,完成了人類大腦白質微觀結構圖集。該圖集的完成,將大大推動科學家對人類大腦白質的研究,對於未來神經科學和醫學的研究發展具有重要意義。

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