Rola istoty białej w uczeniu się i chorobach umysłowych

Opublikowany: 20-03-2009

Ostatnio aktualizowany: 18-02-2021

Układ nerwowy składa się z istoty szarej oraz istoty białej. Istota szara znajduje się głównie w korze mózgowej, a tworzą ją ciała komórkowe neuronów (tzw. „szare komórki”). Istota biała to wypustki ciał komórek nerwowych (aksony), którymi informacje są przesyłane z ciał komórek do synaps, łączących ze sobą neurony. Zarówno istota szara, jak i istota biała pełnią ważną rolę w funkcjonowaniu układu nerwowego.

Większość aksonów pokrytych jest warstwami białej substancji – mieliną, wytwarzaną przez komórki glejowe. Istnieją dwa typy komórek glejowych: oligodendrocyty, które tworzą mielinę w ośrodkowym układzie nerwowych i komórki Schwanna, które tworzą ją poza ośrodkowym układem. Szybkość przewodzenia impulsów nerwowych przez aksony zależy od tego, czy akson pokryty jest mieliną (pokryty przewodzi impulsy szybciej) oraz od stosunku średnicy nagiego aksonu do całkowitej średnicy włókna (czyli razem z mieliną). Przez wiele lat naukowcy skupiali swoje badania na istocie szarej, ale nowa technika neuroobrazowania, zwana obrazowaniem tensora dyfuzji (DTI – diffusion tensor imaging) pozwoliła na zbadanie również istoty białej.

Rola istoty białej w uczeniu się

Osłonki mielinowe powstają w różnych okresach życia. W okresie płodowym aksony osłonięte są mieliną tylko w niektórych obszarach mózgu, po urodzeniu skokowo następuje wzrost w nowych miejscach i w niektórych obszarach zakończenie mielinizacji następuje dopiero w wieku 25-30 lat. Najpóźniej zostają osłonięte aksony w płatach czołowych, które odpowiadają za rozumowanie przyczynowo-skutkowe, osąd oraz planowanie. Przypuszczalnie właśnie niedobór mieliny w tych obszarach jest przyczyną niezdolności nastolatków do podejmowania dojrzałych decyzji.

Frederik Ullen ze Stockholm Brain Institute zbadał istotę białą u osób grających zawodowo na pianinie i u niemuzyków. Okazało się, że zawodowi pianiści mają lepiej rozwinięte te obszary istoty białej, które łączą części kory mózgu odpowiadające za skoordynowany ruch palców z obszarami biorącymi udział w innych procesach poznawczych zachodzących podczas gry na pianinie. Wykazano też, że im więcej czasu każdego dnia muzyk poświęcał na ćwiczenia, tym aksony w jego istocie białej były obficiej pokryte mieliną i ciaśniej ułożone. Neurobiolog William T. Greenough udowodnił natomiast, że szczury rozwijające się w środowisku bogatym w różne zabawki mają więcej mieliny na aksonach ciała modzelowatego, które łączy obie półkule mózgu. Z badań dzieci w wieku 5-18 lat wynika również, że lepsze rozwinięcie istoty białej koreluje z wyższym ilorazem inteligencji.

Rola istoty białej w rozwoju chorób

Niedawno Klaus-Armin Nave z instytutu w Getyndze odkrył, w jaki sposób komórki Schwanna regulują grubość mieliny, tak aby szybkość przewodzenia impulsów była optymalna. Wykrywają one białko neuregulinę, która pokrywa aksony. Spadek lub wzrost ilości tego białka powoduje tworzenie mniejszej lub większej ilości warstw mieliny. U wielu osób cierpiących na chorobę afektywną dwubiegunową (na przemian występujące okresy manii i depresji) lub na schizofrenię występuje uszkodzony gen regulujący wytwarzanie neureguliny.

Uszkodzenie lub brak mieliny w ośrodkowym układzie nerwowym jest przyczyną stwardnienia rozsianego, porażenia mózgowego i choroby Alexandra. Dzieci chore na śmiertelną chorobę Alexandra, która cechuje się nieprawidłowościami mielinizacji i niedorozwojem umysłowych mają mutację w genie odpowiadającym za prawidłowe funkcjonowanie astrocytów – komórek, stymulujących oligodendrocyty do produkcji mieliny.

Istota biała może również grać rolę w rozwoju dysleksji. Jej przyczyną są zakłócenia koordynacji czasowej przepływu impulsów w obwodach odpowiedzialnych za czytanie, a przyczyną takich zakłóceń może być niedorozwój istoty białej. Nieprawidłowości istoty białej wykryto również u osób z brakiem słuchu muzycznego, z zaburzeniami mowy, u chorych na ADHD, autyzm, otępienie starcze, chorobę Alzheimera, a nawet u ludzi z patologiczną skłonnością do kłamania.

Możliwe jest, że niedorozwój lub uszkodzenie mieliny jest skutkiem, a nie przyczyną złego przepływu sygnałów między neuronami. Hipotezie takiej co prawda zaprzeczają badania Gabriela Corfasa z Bostonu, który wykazał, badając myszy, że doświadczalne zakłócenie działania genów w oligodendrocytach powoduje zmiany w zachowaniu, przypominające schizofrenię. Najbardziej jednak prawdopodobna wydaje się teoria, zgodnie z którą mechanizm jest obustronny – istota szara wpływa na białą, a istota biała wpływa na istotę szarą.

Bibliografia:

R. Douglas Fields „Biała eminencja” w: Świat Nauki, nr 04/2008

Autor: Maja Kochanowska