白质，这个曾被视为大脑“沉默多数”的结构，正逐渐揭示其不可忽视的功能。长期以来，神经科学研究聚焦于灰质——神经细胞体聚集的区域，认为它是认知与感觉处理的核心。然而，白质——由轴突组成的连接网络——占大脑体积的一半，却常被当作被动传导的“电缆”。2023年，范德比尔特大学团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项突破性研究，利用功能性磁共振成像（fMRI）检测到白质中显著的血氧水平依赖（BOLD）信号，表明白质在任务执行时同样活跃。这一发现挑战了传统观念，并强调了白质在理解多种脑部疾病中的潜在重要性。
关键发现
白质中的BOLD信号：由John Gore博士领导的团队利用fMRI在白质中检测到BOLD信号，表明白质也存在与任务相关的大脑活动。
任务驱动的信号变化：当受试者执行简单任务（如扭动手指）时，整个大脑白质中的BOLD信号显著增加，且不同白质通路表现出不同的变化模式。
与脑部疾病的关联：许多脑部疾病（如癫痫、多发性硬化症、精神分裂症和阿尔茨海默病）会破坏大脑的“连接性”，白质信号的变化可能为这些疾病的诊断和治疗提供新靶点。
研究背景
人类大脑由灰质（神经细胞体）和白质（轴突）组成。灰质负责处理感觉、控制自主运动以及支持语言、学习和认知功能，而白质则负责连接不同脑区并将信息传递到身体其他部位。长期以来，科学家主要关注灰质，认为那是大脑活动的核心区域，而忽视了占大脑一半体积的白质。范德比尔特大学的研究团队正试图改变这一现状。
研究方法与发现
范德比尔特大学成像科学研究所主任John Gore博士及其团队多年来使用fMRI检测白质中的BOLD信号。在他们最新发表于PNAS的论文中，研究人员报告称，当受试者在fMRI扫描中执行任务时，整个大脑白质中的BOLD信号显著增加。论文第一作者、范德比尔特大学医学中心放射学和放射科学助理教授Kurt Schilling博士表示：“我们尚不清楚这一现象的具体意义，但我们知道白质中确实存在强烈的信号。”他指出，这一发现非常重要，因为许多脑部疾病会破坏大脑的连接性，这表明白质中可能发生了某些变化。
未来研究方向
为了进一步探索，研究人员计划研究在精神分裂症、阿尔茨海默病等脑部疾病中观察到的白质信号变化，并通过动物研究和组织分析确定这些变化的生物学基础。在灰质中，BOLD信号反映了神经细胞活动增加时血流量和氧气的上升。研究人员推测，白质中的轴突或维持髓鞘的胶质细胞在脑部活动时可能也会消耗更多氧气，或者这些信号可能与灰质中的活动有关。
研究意义
Schilling博士指出，即使白质中没有发生生物学变化，“信号的变化仍然存在，且在不同白质通路中表现出不同的变化模式，这是独一无二的发现。”长期以来，白质信号被忽视的原因之一是其能量较低，难以与大脑的背景“噪音”区分。范德比尔特大学的研究人员通过让受试者重复执行视觉、语言或运动任务，并对多个白质通路的信号进行平均处理，提高了信噪比。Schilling博士强调：“过去25到30年里，我们忽视了大脑的另一半。”一些研究人员不仅忽略了白质信号，甚至将其从脑功能报告中删除。该研究结果表明，许多fMRI研究可能“不仅低估了大脑激活的真实范围，还可能遗漏了MRI信号中的关键信息”。
结论
这项研究提供了强有力的证据，表明与灰质类似，大脑中的所有白质在响应多种刺激时都会表现出时间锁定的BOLD信号变化。这一发现挑战了功能局部化的传统观念，并颠覆了将白质BOLD信号视为需要去除的伪迹的主流观点。未来，白质fMRI可能成为研究脑连接障碍的新工具，为神经精神疾病的诊断和治疗开辟新途径。
参考文献
Schilling, K. G., et al. (2023). "Whole-brain, gray, and white matter time-locked functional signal changes with simple tasks and model-free analysis." Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.2306831120