In jüngster Zeit hat die weit verbreitete Verwendung der Magnetresonanztomographie (MRT) die Aufmerksamkeit auf das breite Spektrum der möglichen Leukoenzephalopathien gelenkt klinisch anzutreffen – diese Störungen heben die Trennung als zentrales Thema der kognitiven Neurowissenschaften hervor.1 In diesem Artikel werden die Leukoenzephalopathien als häufige klinische Probleme diskutiert, die die Rolle der weißen Substanz sowohl bei der normalen kognitiven Funktion als auch bei den Verbindungssyndromen, die zunehmend Beachtung finden, beleuchten. Diese Betonung der weißen Substanz beeinflusst nicht nur die Versorgung vieler neurologischer und psychiatrischer Patienten, sondern trägt auch erheblich zur Forschungsagenda der kognitiven Neurowissenschaften bei.
Grundlegende wissenschaftliche Aspekte der weißen Materie
Weiße Substanz nimmt fast die Hälfte des Volumens des erwachsenen Großhirns ein. Ungefähr 165.000 km myelinisierter Fasern verlaufen innerhalb und zwischen den Hemisphären 4 und verbinden kortikale und subkortikale Bereiche der grauen Substanz zu einem außerordentlich komplexen Netz miteinander verbundener Strukturen. Von den drei Arten von Fasersystemen – Projektion, Assoziation und Kommissur – sind die beiden letzteren hauptsächlich kognitiven Funktionen gewidmet, während die Projektionsfasern elementaren motorischen und sensorischen Systemen dienen. Auf mikroskopischer Ebene sind die myelininvestierenden Axone im Gehirn eine Mischung von 70% Lipid und 30% Protein, was die Leitungsgeschwindigkeit durch das Phänomen der Salzleitung dramatisch erhöht. Zunehmende Beweise stützen die Annahme, dass eine Schädigung des Myelins und insbesondere der Axone die Erkennungsgeschwindigkeit in Verbindung mit der Verlangsamung der Leitungsgeschwindigkeit verringert.3 Im Allgemeinen kann die weiße Substanz im Gehirn als aktivierend angesehen werden Informationsübertragung im Gegensatz zur Informationsverarbeitung durch graue Substanz. Normale Kognition erfordert beide Merkmale, die bestimmte mentale Operationen in Bereichen wie Gedächtnis, Sprache und visuelle Funktion sowie die Effizienz, mit der sie ausgeführt werden, ermöglichen. Eine nützliche parallele Unterscheidung besteht darin, dass weiße Substanz Makrokonnektivität im Gehirn bereitstellt – zwischen entfernte Regionen der grauen Substanz – im Gegensatz zu der Mikrokonnektivität, die innerhalb der grauen Substanz über die synaptische Funktion auftritt. Trakte der weißen Substanz verbinden daher weit verteilte Regionen der grauen Substanz zu kohärenten neuronalen Ensembles – verteilten neuronalen Netzen -, von denen angenommen wird, dass sie alle Aspekte einer höheren Funktion vermitteln.5 Die genaue Neuroanatomie der weißen Substanz wird nur rudimentär verstanden Niveau, da die meisten Informationen aus Rückverfolgungsstudien an nichtmenschlichen Primaten und begrenzten Untersuchungen des postmortalen menschlichen Gehirns gewonnen wurden. Die Herkunft, Beendigung, der Verlauf und die Interdigitalisierung von Trakten der weißen Substanz bleiben weitgehend unklar; Daher kann die Funktion dieser Trakte nur vorläufig abgeleitet werden. Die Bedeutung der weißen Substanz für die menschliche Wahrnehmung wird durch viele Beweislinien nahegelegt, einschließlich einer Fülle von Informationen über die Rolle myelinisierter Systeme bei Entwicklung, Alterung und Verhaltensneurologie .3 Weiße Substanz kann auch für die menschliche Evolution von entscheidender Bedeutung sein – eine kürzlich durchgeführte MRT-Studie kam zu dem Schluss, dass das Volumen der präfrontalen weißen Substanz das einzige Unterscheidungsmerkmal zwischen dem Gehirn von Menschen und nichtmenschlichen Primaten darstellt.6
Leukoenzephalopathien
In der klinischen neurologischen Praxis treten Störungen der weißen Substanz häufig in jedem Alter auf, und ihre Prävalenz nimmt zu, da die Identifizierung neuer Leukoenzephalopathien mit der MRT kontinuierlich voranschreitet. Multiple Sklerose (MS) ist die bekannteste Erkrankung der weißen Substanz im ZNS bei Erwachsenen, aber nur eine von mehr als 100 klinischen Einheiten, bei denen die weiße Substanz prominent oder ausschließlich betroffen ist.3 Genetisch, demyelinativ, infektiös, entzündlich, toxisch, metabolisch, vaskulär Traumatische, neoplastische und hydrozephale Erkrankungen können alle zu Leukoenzephalopathien führen, und bemerkenswerterweise wurde mit jeder zuvor beschriebenen Störung eine Form von neurobehavioraler Beeinträchtigung in Verbindung gebracht.3 Bei älteren Personen ist eine Leukoenzephalopathie äußerst häufig und manifestiert sich normalerweise als MRT-Läsionen der weißen Substanz als Leukoaraiose (LA). Obwohl der Ursprung und die kognitive Bedeutung dieser Läsionen kontrovers diskutiert wurden, scheint es immer wahrscheinlicher, dass LA typischerweise aus zerebraler Ischämie resultiert und, wenn es schwerwiegend genug ist, wichtige Konsequenzen für die kognitive Funktion hat.7
Die Einzelheiten der Leukoenzephalopathie stört höhere Funktion wurde formeller untersucht. Aufgrund der Tatsache, dass die meisten Störungen der weißen Substanz neuropathologisch diffus oder multifokal sind, scheint das auffälligste klinische Syndrom eine kognitive Beeinträchtigung zu sein; Dieses Syndrom kann von ausreichender Schwere sein, um die Kriterien für Demenz zu erfüllen. In diesem Fall ist der Begriff „Demenz der weißen Substanz“ angemessen.8 Kognitiver Verlust oder Demenz aufgrund einer Leukoenzephalopathie können erheblich unterdiagnostiziert sein, da sie zu Beginn typischerweise mild ist und leicht mit normalem Altern oder einer psychiatrischen Erkrankung verwechselt werden kann. Fokale neurobehaviorale Syndrome wie Aphasie, Apraxie, Agnosie und Amnesie können auch auf Läsionen der weißen Substanz zurückzuführen sein Materiebereiche durch Läsionen der weißen Substanz bieten einen nützlichen Rahmen für die Berücksichtigung klinischer Effekte.
Neuroimaging
Die Einführung der MRT in den frühen 1980er Jahren hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die Neurologie. Einer der beeindruckendsten Vorteile war die Fähigkeit, die In-vivo-Bildgebung der weißen Substanz wie nie zuvor zu ermöglichen. Die MRT ermöglichte es, die weiße Substanz und ihre Läsionen direkt zu sehen, was zu vielen Fortschritten beim Verständnis von Krankheiten wie MS führte, bei denen die Pathologie der weißen Substanz ein zentrales Merkmal ist. In jüngerer Zeit sind zusätzliche Technologien erschienen, die die Möglichkeiten zur Untersuchung dieser Störungen weiter erweitern. Eine solche Methode, die Diffusionstensor-Bildgebung (DTI), hat das Potenzial, Trakte der weißen Substanz zu identifizieren und die Läsionen zu charakterisieren, die sie unterbrechen. Durch Anwendung dieser „Traktographie“ kann ein breites Spektrum normaler und abnormaler Zustände beleuchtet werden. Eine weitere Innovation ist die Magnetresonanzspektroskopie (MRS), mit der eine „nichtinvasive Biopsie“ von Regionen der weißen Substanz ihre chemischen Bestandteile bestimmen kann. MRS verspricht, unter anderem den Grad der axonalen Schädigung aufzudecken, der mit einer Läsion der weißen Substanz einhergeht, und somit detailliertere Informationen über das Ausmaß der neuropathologischen Schädigung und das Potenzial für eine Genesung zu liefern. Diese und andere Techniken zur Beurteilung der Struktur der weißen Substanz schließen sich daher den beeindruckenden Technologien an, die die kortikale Stoffwechselaktivität darstellen können – Positronenemissionstomographie (PET) und funktionelle MRT (fMRT). Die Kombination von struktureller und funktioneller Bildgebung bietet eine beispiellose Möglichkeit, die verteilten neuronalen Netze zu definieren, die kognitive Operationen vermitteln.10
Klinische Implikationen
Die klinischen Herausforderungen der Leukoenzephalopathien umfassen Prävention, Diagnose, Prognose und Behandlung.3 In Bezug auf die Prävention weisen beispielsweise neu auftretende klinische und bildgebende Erkenntnisse zunehmend darauf hin, dass LA gutartig sein kann, bis eine bestimmte Beteiligung überwunden ist, so dass zerebrovaskuläre Risikofaktoren wie Bluthochdruck, Diabetes mellitus, Hypercholesterinämie, Fettleibigkeit und Rauchen können verfolgt werden, um das Auftreten von Demenz zu vermeiden.11 Die Diagnose einer Leukoenzephalopathie ist möglicherweise die häufigste klinische Frage und kann neben neuroradiologischen Verfahren auch eine Vielzahl von Blut-, Urin- und Liquor-Tests umfassen.3 Die Prognose von verschiedenen Leukoenzephalopathien ist wichtig für die Vorhersage des klinischen Verlaufs mit so viel Wechselstrom Kuratierung wie möglich.12 Schließlich ist die Behandlung dieser Störungen von entscheidender Bedeutung und hängt natürlich vom spezifischen pathologischen Prozess ab. Traditionelle Therapien für demyelinisierende Erkrankungen und andere Erkrankungen der weißen Substanz könnten bald durch Methoden ergänzt werden, die die Remyelinisierung mithilfe der Stammzellentechnologie verbessern sollen.13
Forschungsmöglichkeiten
Eine Vielzahl spannender Forschungsfragen ist leicht zu erkennen im Kontext der weißen Substanz und ihrer Funktion. Auf der Ebene der Neuroanatomie liegt noch viel Arbeit vor uns, um die genaue Identität und Position der Trakte der weißen Substanz festzustellen. Es ist nicht unvorstellbar, dass die gesamte Anatomie der Makrokonnektivität im menschlichen Gehirn angesichts der Erkenntnisse moderner Bildgebungstechniken wie DTI überarbeitet wird. Mit diesen Informationen wird es möglich sein, ein tieferes Verständnis für verteilte neuronale Netze zu entwickeln, die höhere Funktionen vermitteln, indem Traktographie mit funktioneller Bildgebung kombiniert wird, um kognitive Operationen zu lokalisieren. Verhaltensneurologen, Neuropsychologen und Neuropathologen können ihr Fachwissen einbringen, um klinische und pathologische Daten in das wachsende Verständnis von Störungen der weißen Substanz einzubeziehen.14 So wie fokale Läsionen der weißen Substanz die Grundlage für die Untersuchung vieler klassischer Disconnection-Syndrome bilden, werden 1 diffuse und multifokale Leukoenzephalopathien Die derzeit laufende multidisziplinäre Untersuchung der Konnektivität wird zunehmend nachgiebig.15
Zusammenfassung
Die Leukoenzephalopathien stellen eine große und wachsende Gruppe neurologischer Erkrankungen dar, die eine einzigartige Gelegenheit für die Untersuchung der weißen Substanz, der Disconnection-Syndrome und der kognitive Neurowissenschaften. Nachdem die weiße Substanz bei der Untersuchung der Kognition aufgrund großer Lücken im Verständnis ihrer Struktur und Funktion relativ vernachlässigt wurde, hat sie nun eine wichtigere Position beim Verständnis der Beziehungen zwischen Gehirn und Verhalten eingenommen.Mit den beeindruckenden Fortschritten der Bildgebung in Verbindung mit klinischen und neuropathologischen Ansätzen sind weitere Fortschritte in diesem Bereich zu erwarten, die sowohl für Kliniker als auch für neurowissenschaftliche Forscher wichtige Auswirkungen haben werden.