Frühere Untersuchungen deuten darauf hin, dass Erkrankungen wie Alzheimer und Autismus mit der sogenannten oberflächlichen weißen Substanz verknüpft sind. Nun ist es einem multidisziplinären Team vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften gelungen, diese Grenzschicht im lebenden menschlichen Gehirn sichtbar zu machen.

Neurowissenschaftler betrachten das Gehirn als ein Gebilde, das aus zwei grundlegenden Gewebetypen zusammengesetzt ist. Die graue Substanz besteht aus Milliarden von Neuronen, welche eine dünne Schicht auf der Hirnoberfläche bilden. Diese neuronalen Zellen sind durch millionenfache Verbindungen, die gebündelt tiefer im Gehirn verlaufen und die weiße Substanz bilden, in einem verschachtelten Netzwerk zusammengeschaltet. Bis vor kurzem war über die Grenzfläche zwischen der weißen und der grauen Substanz – der sogenannten „oberflächlichen weißen Substanz“ – noch nicht viel bekannt.

„Wir weisen nach, dass die oberflächliche weiße Substanz sehr viel Eisen enthält. Es ist bekannt, dass Eisen für die Myelinisierung notwendig ist“, erklärte Dr. Evgeniya Kirilina vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften. Dieser Prozess kann während der gesamten Lebensspanne auftreten, ist aber in der frühen Entwicklung des Gehirns vorherrschend. Tatsächlich fand sich die größte Eisenkonzentration in der oberflächlichen weißen Substanz in Regionen des frontalen Kortex, der sich im gesamten Prozess der Hirnreifung am langsamsten entwickelt. So ist der frontale Kortex erstaunlicherweise erst im vierten Lebensjahrzehnt eines Menschen vollständig myelinisiert.

Der Schlüssel zu den Entdeckungen des Forschungsteams liegt in der bildgebenden Methode, die sie anwendeten. Mit einem 7-Tesla-MRT-Scanner konnten sie hochauflösende Karten der Grenze zwischen weißer und grauer Substanz über das gesamte lebende Gehirn hinweg erstellen. Die Genauigkeit dieser Submillimeterkarten wurde im Vergleich zu traditionellen und fortgeschrittenen histologischen Methoden beurteilt, die eine physische Untersuchung und Analyse von postmortalen Gehirnen beinhalten. “Der Einblick in die Organisation der Grenzfläche zwischen weißer und grauer Substanz wirft ein neues Licht auf die Entwicklung des Gehirns. Wir hoffen, dass die Methode dazu beitragen kann, unser Verständnis davon sowie von Veränderungen der oberflächlichen weißen Substanz entscheidend zu verbessern”, sagte Kirilina.

Originalpublikation:
Kirilina E et al. Superficial white matter imaging: Contrast mechanisms and whole-brain in vivo mapping. Sci Adv 2020 Oct 7;6(41):eaaz9281.