Nylig har den utbredte bruken av magnetisk resonansavbildning (MR) gjort oppmerksom på det brede spekteret av leukoencefalopatier som kan være møtt klinisk – disse lidelsene fremhever frakobling som et sentralt tema for kognitiv nevrovitenskap.1 I denne artikkelen vil leukoencefalopatiene bli diskutert som vanlige kliniske problemer som belyser den hvite materiens rolle i både normal kognitiv funksjon og i frakoblingssyndromene som får økende oppmerksomhet. Denne vektleggingen på hvit substans påvirker ikke bare omsorgen for mange nevrologiske og psykiatriske pasienter, men legger betydelig til forskningsagendaen for kognitiv nevrovitenskap.
Grunnleggende vitenskapelige aspekter av hvitt materiale
Hvit materie opptar nesten halvparten av volumet av voksenhjernen. Cirka 165.000 km myelinerte fibre løper i og mellom halvkulene, 4 som forbinder kortikale og subkortikale gråmaterialeområder til et ekstraordinært komplekst nett av sammenkoblede strukturer. Av de tre typene fibersystemer – projeksjon, assosiasjon og commissural – er de to sistnevnte hovedsakelig viet til kognitive funksjoner, mens projeksjonsfibrene serverer elementære motoriske og sensoriske systemer. På et mikroskopisk nivå er de myelininvesterende aksonene i hjernen en blanding av 70% lipid og 30% protein, noe som dramatisk øker ledningshastigheten ved fenomenet saltdannelse. Monteringsbevis støtter forestillingen om at skader på myelin, og spesielt på aksoner, reduserer kognisjonshastigheten i forbindelse med bremsing av ledningshastighet.3
Generelt kan hvit substans i hjernen tenkes å være mulig overføring av informasjon, i motsetning til informasjonen behandlet av grå materie. Normal kognisjon krever begge disse funksjonene, som tillater spesifikke mentale operasjoner i områder som hukommelse, språk og visuospatial funksjon, samt effektiviteten de utføres med. Et nyttig parallelt skille er at hvitt materiale gir makroforbindelse i hjernen – mellom fjerntliggende gråstoffregioner – i motsetning til mikroforbindelsen som forekommer i gråstoff via synaptisk funksjon. Hvitemateriale kanaler forbinder derfor vidt spredte gråmaterieområder til sammenhengende nevrale ensembler – distribuerte nevrale nettverk – som antas å formidle alle aspekter av høyere funksjon.5
Den nøyaktige neuroanatomi av hvitt materie forstås bare ved en rudimentær nivå, ettersom mest informasjon er samlet inn fra sporingsstudier i ikke-menneskelige primater og begrensede undersøkelser av hjerner etter dødsfall. Opprinnelse, avslutning, forløp og interdigitering av traktater i hvitt materiale forblir stort sett uklart Derfor kan funksjonen til disse traktatene bare utledes i foreløpige termer. Viktigheten av hvit materie for menneskelig kognisjon er antydet av mange bevis, inkludert et vell av informasjon om rollen til myeliniserte systemer i utvikling, aldring og atferdsmessig nevrologi. .3 Hvitt materie kan også være avgjørende i menneskelig evolusjon – en nylig MR-studie konkluderte med at prefrontalt volum av hvitt materie er det enestående skilletrekket mellom hjernen til mennesker og ikke-menneskelige primater.6
Leukoencefalopatier
I klinisk nevrologisk praksis blir lidelser av hvitt materiale ofte sett i alle aldre, og deres utbredelse øker ettersom identifikasjon av nye leukoencefalopatier med MR fortsetter kontinuerlig. Multippel sklerose (MS) er den mest kjente CNS-hvite substans sykdommen hos voksne, men er bare en av mer enn 100 kliniske enheter der hvit substans påvirkes fremtredende eller eksklusivt.3 Genetisk, demyelinativ, smittsom, inflammatorisk, giftig, metabolsk, vaskulær , traumatiske, neoplastiske og hydrocefaliske forstyrrelser kan alle gi leukoencefalopatier, og bemerkelsesverdig nok har noen form for nevrobehabilitetsforstyrrelse vært assosiert med alle lidelser som tidligere er beskrevet.3 Hos eldre individer er leukoencefalopati ekstremt vanlig, og manifesterer seg vanligvis som MR-hvite substanslesjoner kjent som leukoaraiose (LA). Selv om opprinnelsen og kognitiv betydning av disse lesjonene har vært kontroversielle, virker det stadig mer sannsynlig at LA vanligvis skyldes cerebral iskemi, og når alvorlig nok har viktige konsekvenser for kognitiv funksjon.7
Detaljene om hvordan leukoencefalopati forstyrrer høyere funksjon har fått mer formell studie. På grunn av det faktum at de fleste forstyrrelser av hvitt materiale er nevropatologisk diffust eller multifokalt, ser det mest fremtredende kliniske syndrom ut til å være kognitiv svikt; dette syndromet kan være av tilstrekkelig alvorlighetsgrad for å oppfylle kriteriene for demens, i hvilket tilfelle begrepet ‘hvit substans demens’ er passende.8 Kognitivt tap eller demens fra leukoencefalopati kan være betydelig underdiagnostisert, da det vanligvis er mildt i begynnelsen, og lett kan forveksles med normal aldring eller en psykiatrisk sykdom. Fokale neurobehavioral syndromer som afasi, apraxia, agnosia og amnesi kan også skyldes hvite substanslesjoner, 1,9 og en rekke nevropsykiatriske syndromer har foreløpig vært assosiert med hvite substansforstyrrelser.9 I alle disse er frakobling av normalt koblet grå materieområder ved hvite substanslesjoner gir et nyttig rammeverk for å vurdere kliniske effekter.
Neuroimaging
Innføringen av MR tidlig på 1980-tallet hadde en dyp effekt på nevrologien. En av de mest imponerende fordelene var kapasiteten til å muliggjøre in vivo-avbildning av hvit materie som aldri før. MR gjorde det mulig å se den hvite substansen og dens lesjoner direkte, noe som førte til mange fremskritt innen forståelse av sykdommer som MS, der patologi i hvit substans er en kjernetrekk. Mer nylig har det kommet flere teknologier som utvider mulighetene til å undersøke disse lidelsene ytterligere. En slik metode, diffusjonstensoravbildning (DTI), har potensial til å identifisere hvite substansområder og karakterisere lesjonene som forstyrrer dem; et bredt spekter av normale og unormale forhold kan belyses ved anvendelse av denne traktografien. En annen innovasjon er magnetisk resonansspektroskopi (MRS), som gjør det mulig for en ‘ikke-invasiv biopsi’ av hvite materieområder å fastslå deres kjemiske bestanddeler. MRS lover å avsløre, blant andre fenomener, graden av aksonal skade som følger med en hvit materie lesjon, og dermed gi mer detaljert informasjon om omfanget av nevropatologisk skade og potensialet for restitusjon. Disse og andre teknikker designet for å vurdere strukturen i hvit substans, blir derfor med på de imponerende teknologiene som kan skildre kortikal metabolsk aktivitet – positronemisjonstomografi (PET) og funksjonell MR (fMRI). Kombinasjonen av strukturell og funksjonell avbildning gir en enestående mulighet til å definere de distribuerte nevrale nettverkene som formidler kognitive operasjoner.10
Kliniske implikasjoner
De kliniske utfordringene som leukoencefalopatiene medfører innebærer forebygging, diagnose, prognose og behandling.3 Når det gjelder forebygging, viser for eksempel nye kliniske bevis og nevroavbildningsbevis i økende grad at LA kan være godartet inntil en viss belastning av involvering er overgått, slik at sterk oppmerksomhet mot cerebrovaskulære risikofaktorer, som hypertensjon, diabetes mellitus, hyperkolesterolemi, fedme og røyking kan forfølges for å unngå demensutbrudd.11 Diagnose av leukoencefalopati er kanskje det vanligste kliniske spørsmålet, og kan involvere en rekke blod-, urin- og cerebrospinalvæsketester i tillegg til nevroadiologiske prosedyrer.3 Prognosen av forskjellige leukoencefalopatier er viktig for å forutsi det kliniske forløpet med så mye ac kuracy som mulig.12 Til slutt er behandling av disse lidelsene viktig, og avhenger naturlig av den spesifikke patologiske prosessen som er involvert; tradisjonelle terapier for demyelinativ sykdom og andre hvite substansforstyrrelser kan snart bli forsterket av metoder som er utformet for å forbedre remyelinering med bruk av stamcelleteknologi.13
Forskningsmuligheter
En rekke spennende forskningsspørsmål er lett å se i sammenheng med hvit materie og dens funksjon. På nivået av neuroanatomi ligger mye arbeid fremover i arbeidet med å etablere den nøyaktige identiteten og plasseringen av hvite materie-traktater. Det er ikke utenkelig at hele makatilkoblingsanatomien i den menneskelige hjerne vil bli revidert i lys av funn fra moderne nevroavbildningsteknikker, for eksempel DTI. Med denne informasjonen vil det bli mulig å utvikle en dypere forståelse av distribuerte nevrale nettverk som formidler høyere funksjoner ved å kombinere traktografi med funksjonell nevroavbildning i jakten på lokalisering av kognitive operasjoner. Atferdsmessige nevrologer, nevropsykologer og nevropatologer kan legge til sin ekspertise for å blande kliniske og patologiske data i den økende forståelsen av forstyrrelser i hvitt materiale.14 Akkurat som fokale hvite substanslesjoner har gitt grunnlaget for å studere mange klassiske frakoblingssyndromer, vil 1 diffuse og multifokale leukoencefalopatier gir mer og mer den tverrfaglige studien av tilkobling som nå er i gang.15
Sammendrag
Leukoencefalopatiene representerer en stor og ekspanderende gruppe nevrologiske lidelser som gir en unik mulighet for studiet av hvit substans, frakoblingssyndromer og kognitiv nevrovitenskap. Etter å ha blitt relativt neglisjert i undersøkelsen av kognisjon på grunn av store hull i forståelsen av dens struktur og funksjon, har hvitt materie nå tatt en mer fremtredende posisjon i forståelsen av hjerne-atferdsforhold.Med de imponerende fremskrittene innen nevroavbildning knyttet til kliniske og nevropatologiske tilnærminger, kan det forventes fortsatt fremgang på dette området, noe som vil ha viktige implikasjoner for både klinikere og nevrovitenskapelige forskere.