Травмы, инфекции и воспалительные заболевания, повреждающие спинной мозг, могут привести к непреодолимой боли и инвалидности. Некоторая степень восстановления может быть возможна. Вопрос в том, как лучше всего стимулировать восстановление и заживление поврежденных нервов.

В Институте визуализации Университета Вандербильта (VUIIS) ученые сосредоточились на ранее недоизученной части головного и спинного мозга — белом веществе. Их открытия могут привести к лечению, которое восстанавливает нервную активность посредством целенаправленной доставки электромагнитных стимулов или лекарств.

Как и головной мозг, спинной мозг состоит из тел нервных клеток (серого вещества), которые обрабатывают ощущения и контролируют произвольные движения, и аксонов (белого вещества) — волокон, которые соединяют нервные клетки и которые проецируются на остальную часть тела.

В недавней статье, опубликованной в Трудах Национальной академии наук , доктор философии Анирбан Сенгупта, доктор философии Джон Гор и их коллеги сообщают об обнаружении сигналов от белого вещества спинного мозга в ответ на стимул, которые столь же сильны, как и сигналы от серого вещества.

«В спинном мозге сигнал белого вещества довольно большой и обнаружимый, в отличие от головного мозга, где он имеет меньшую амплитуду, чем сигнал серого вещества», — сказал Сенгупта, научный руководитель кафедры радиологии и радиологических наук в Медицинском центре Университета Вандербильта.

«Это может быть связано с большим объемом белого вещества в спинном мозге по сравнению с мозгом», — добавил он. С другой стороны, сигнал может представлять собой «внутреннюю потребность» в метаболизме в белом веществе, отражая его критическую роль в поддержке серого вещества .

В течение нескольких лет Гор, который руководит VUIIS, и его коллеги использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для обнаружения сигналов, зависящих от уровня оксигенации крови (BOLD), ключевого маркера активности нервной системы, в белом веществе.

В прошлом году они сообщили, что когда люди, мозг которых сканируется с помощью фМРТ, выполняют какое-либо задание, например, шевелят пальцами, в белом веществе по всему мозгу увеличивается количество сигналов BOLD.

Текущее исследование отслеживало изменения сигналов BOLD в белом веществе спинного мозга в состоянии покоя и в ответ на вибротактильный стимул, применяемый к пальцам в модели животного. В ответ на стимуляцию активность белого вещества была выше в «трактах» восходящих волокон, которые несут сигнал от позвоночника к мозгу.

Этот результат согласуется с известной нейробиологической функцией белого вещества, отметили исследователи. Белое вещество содержит ненейрональные глиальные клетки, которые не производят электрические импульсы , но регулируют кровоток и нейротрансмиттеры, сигнальные молекулы , которые передают сигналы между нервными клетками .

Еще многое предстоит узнать о функции белого вещества в спинном мозге. Но результаты этого исследования могут помочь в улучшении понимания заболеваний, которые поражают белое вещество в спинном мозге, включая рассеянный склероз, сказал Сенгупта.

«Мы сможем увидеть, как активность в белом веществе меняется на разных стадиях заболевания», — сказал он. Исследователи также смогут отслеживать эффективность терапевтических вмешательств, включая нейромодуляцию, в содействии восстановлению после травмы спинного мозга.

Сенгупта, автор-корреспондент статьи, получил докторскую степень в Индийском технологическом институте в Нью-Дели в 2018 году и присоединился к профессорско-преподавательскому составу Университета Вандербильта в 2024 году после завершения постдокторской стажировки в VUIIS.

Гор — заслуженный профессор радиологии и радиологических наук, биомедицинской инженерии, молекулярной физиологии и биофизики, физики и астрономии. Другими соавторами VUIIS были Арабинда Мишра, Фэн Ван, доктор философии, и Ли Мин Чен, доктор медицины, доктор философии.