大腦的白質是什麼?〈三〉
假如大腦未能完成纏繞人類軸突直到早期成年時,在經過這整個時段,因為軸突持續生長而由於經驗獲得新分支並修剪其他分支,一旦軸突被髓燐脂覆蓋,它們所能經歷的改變則受到更多限制,長時間以來有一個問題仍然存在,即髓燐脂形成作用是否完全被程式化?或者我們的生活經驗能否改變纏捲程度而讓我們學習得如何?髓燐脂是否真正建構認知能力,或認知只是簡單地受限於還未形成的部位?
鋼琴大師Fredrik Ullén決定找出此答案,他剛好也是瑞典斯德哥爾摩大腦研究所(Stockholm Brain Institute) 的副教授, 在2005年他與其同事使用一種新型的大腦掃瞄技術稱為「擴散張量影像儀」(diffusion tensor imaging, DTI)來研究職業鋼琴家的大腦,DTI的使用與醫院裡磁共振影像掃瞄儀種類相同,但是包括一種不同型態的磁場及不同演算法來產生許多大腦影像切片,然後將這些切片合在一起成為立體圖形,切片展現水在組織中擴散的向量(數學上定義為張量),在灰質中DTI訊號低,因為水形成對稱擴散,但是水沿著束狀軸突流動係非對稱擴散;此種不規則模式呈現出白質,顯露資訊主要通道是在大腦不同部位間流動,神經纖維堆疊較緊密並被大量髓燐脂覆蓋時,DTI的訊號就愈強。
Ullén發現在職業鋼琴家某些白質部位比非音樂家發育程度更高,這些部位連接多個大腦皮質部位,在協調手指活動與其他包括認知過程的部位上極端重要,這正是當演奏音樂時所產生的行為。他也發現當一位音樂家每天練習時間愈長,一段時間後,在這些白質通道內的DTI訊號就愈強;軸突被更多髓磷脂覆蓋或重疊得更緊密,當然,軸突可能只是簡單地擴張,需要更多髓磷脂來維持最佳的0.6比例,但沒有經過大體解剖,此問題仍然存在。然而該發現十分重要,因為顯示出當學習一種複雜的技巧時,在白質中發生可注意到的改變,這是不含神經細胞本體或突觸的一種大腦構造,僅有軸突及神經膠質,在動物研究上,大腦能被解剖檢視,顯示髓磷脂能針對心智經驗及動物的發育環境而改變,最近美國伊里諾大學神經生物學家William T. Greenough證實大鼠如果養育在「富足」(enriched)環境內(可接觸許多玩具及產生社會互動),在倂胝體(corpus callosum)內具有較多含髓鞘的神經纖維,這是連接大腦兩個半球的大型軸突索。
這些結果似乎與美國辛辛那提兒童醫院神經科學家Vincent J. Schmithorst進行的DTI研究結果一致,該研究比較年齡5歲至18歲間兒童的大腦白質,Schmitborst發現白質構造發育程度愈高,直接與較高智商有關,其他報告顯示遭受嚴重忽視的兒童,倂胝體內的白質量減少高達17%。〈待續〉