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백색질

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목차

1. 개요

백색질은 뇌의 회백질 영역을 연결하고 신경 자극을 전달하는 신경 섬유 다발로 구성된다. 수초는 절연체 역할을 하여 신호 전달 속도를 높이며, 뇌의 깊은 부분과 척수의 표면을 구성한다. 백색질은 회백질 사이의 메시지 전달을 담당하며, 수초를 통해 빠른 정보 전달을 가능하게 한다. 백색질의 부피는 인지 기능과 관련이 있으며, 다발 경화증, 알코올 사용 장애 등 다양한 질환과 관련되어 연구되고 있다.

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백색질
개요
백질의 현미경 사진
백질의 현미경 사진. 특징적인 미세 망상 구조를 보여준다.
인간 두뇌의 해부된 측면도
인간 두뇌의 해부된 측면도. 회백질(어두운 외곽 부분)과 백질(밝은 흰색 부분)을 보여준다.
라틴어substantia alba
위치중추신경계
구성
주요 구성 요소수초화된 축삭돌기
기능
역할뇌 영역 간의 신호 전달

2. 구조

백색질은 뇌의 깊은 곳과 척수의 표면 부분에 위치한다.[3] 기저핵 (꼬리핵, 조가비핵, 담창구, 흑질, 시상하핵, 측좌핵) 및 뇌간 핵 (적핵, 뇌신경 핵)과 같은 회백질 덩어리들은 대뇌 백색질 내에 퍼져 있다.[3]

소뇌는 대뇌와 비슷한 방식으로 구성되어 있는데, 얕은 소뇌 피질, 깊은 소뇌 백색질 (생명의 나무) 및 깊은 소뇌 백색질로 둘러싸인 회백질 덩어리 (치아상핵, 구상핵, 전신핵, 가쪽핵)가 있다.[3] 액체로 채워진 뇌실 (가쪽 뇌실, 셋째 뇌실, 뇌 수도, 넷째 뇌실) 또한 대뇌 백색질 내 깊숙한 곳에 위치한다.[3]

소규모 연구에 따르면 남성은 여성보다 백색질의 부피와 수초화된 축삭의 길이가 더 길었으며, 부피와 길이는 나이가 들면서 감소했다. (이 연구에는 36명의 참가자만 포함되었다.[6])

성별20세 총 길이80세 총 길이
남성176000km97200km
여성149000km82000km



매 10년마다 약 10%씩 총길이가 감소한다. 이러한 감소의 대부분은 더 얇은 섬유의 손실 때문이다. 그러나 이러한 감소는 남성이 여성보다 뇌가 더 크고[7] 나이가 들면서 뇌 크기가 감소하는 것과 관련이 있을 수 있다.[8]

2. 1. 구성 요소

백색질은 뇌의 다양한 회백질 영역(신경 세포체의 위치)을 서로 연결하고 뉴런 간에 신경 자극을 전달하는 다발로 구성된다. 수초는 절연체 역할을 하여 전기 신호가 축삭을 따라 흐르는 대신 건너뛰도록 하여 모든 신경 신호의 전달 속도를 높인다.[3]

대뇌 반구 내 장거리 섬유의 총 수는 피질 영역을 가로지르는 피질-피질 섬유 총수의 2%이며, 뇌의 가장 큰 백색 조직 구조인 뇌량에서 두 반구 사이를 연결하는 섬유의 수와 거의 같다.[4] 쉴츠(Schüz)와 브라이텐베르크는 "대략적인 규칙으로, 특정 길이 범위의 섬유 수는 길이에 반비례한다"고 언급했다.[4]

비노인 성인의 백색질 내 혈관의 비율은 1.7–3.6%이다.[5]

뇌의 다른 주요 구성 요소는 회백질(실제로는 혈관으로 인해 분홍빛을 띤 황갈색)이며, 이는 뉴런으로 구성되어 있다. 흑색질은 뇌에서 발견되는 세 번째 색상 구성 요소로, 주변 영역보다 도파민성 뉴런에 멜라닌 수치가 높아 더 어둡게 나타난다. 흰색질은 사용된 염색 종류에 따라 때때로 현미경 슬라이드에서 회백질보다 더 어둡게 보일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 대뇌 및 척수 백색질은 회백질에서만 발견되는 수상돌기, 신경 세포체 또는 짧은 축삭을 포함하지 않는다.

2. 2. 위치

백색질은 뇌의 깊은 부분과 척수의 표면 부분을 구성한다.[3] 기저핵 (꼬리핵, 조가비핵, 담창구, 흑질, 시상하핵, 측좌핵) 및 뇌간 핵 (적핵, 뇌신경 핵)과 같은 회백질 덩어리는 대뇌 백색질 내에 퍼져 있다.[3]

소뇌는 대뇌와 유사한 방식으로 구성되어 있으며, 소뇌 피질의 얕은 외피, 깊은 소뇌 백색질 ("생명의 나무") 및 깊은 소뇌 백색질로 둘러싸인 회백질 덩어리 (치아상핵, 구상핵, 전신핵, 가쪽핵)가 있다.[3] 액체로 채워진 뇌실 (가쪽 뇌실, 셋째 뇌실, 뇌 수도, 넷째 뇌실)도 대뇌 백색질 내 깊숙한 곳에 위치해 있다.[3]

2. 3. 수초화된 축삭의 길이

백색질은 뇌의 다양한 회백질 영역(신경 세포체의 위치)을 서로 연결하고 뉴런 간에 신경 임펄스를 전달하는 다발로 구성된다. 수초는 절연체 역할을 하여 전기 신호가 축삭을 따라 흐르는 대신 건너뛰도록 하여 모든 신경 신호의 전달 속도를 높인다.[3]

대뇌 반구 내 장거리 섬유의 총 수는 피질 영역을 가로지르는 피질-피질 섬유의 총 수의 2%이며, 뇌의 가장 큰 백색 조직 구조인 뇌량에서 두 반구 사이를 연결하는 섬유의 수와 거의 같다.[4] 쉴츠(Schüz)와 브라이텐베르크는 "대략적인 규칙으로, 특정 길이 범위의 섬유 수는 길이에 반비례한다"고 언급했다.[4]

소규모 연구에 따르면 남성은 여성보다 백색질의 부피와 수초화된 축삭의 길이가 더 길었으며, 부피와 길이는 나이가 들면서 감소했다. (이 연구에는 36명의 참가자만 포함되었다.[6])

성별20세 총 길이80세 총 길이
남성176000km97200km
여성149000km82000km



매 10년마다 약 10%씩 총 길이가 감소한다. 이러한 감소의 대부분은 더 얇은 섬유의 손실 때문이다. 그러나 이러한 감소는 남성이 여성보다 뇌가 더 크고[7] 나이가 들면서 뇌 크기가 감소하는 것과 관련이 있을 수 있다.[8]

3. 기능

백색질은 중추 신경계에서 회백질의 서로 다른 영역 사이에 메시지가 전달되도록 하는 조직이다. 백색질이 하얀색을 띠는 이유는 신경 섬유(축삭)를 둘러싼 지방질(수초) 때문이며, 이 수초는 전기 절연체 역할을 하여 메시지가 빠르게 전달될 수 있게 해준다.[9]

회백질은 20대 초반에 발달이 최고조에 달하는 반면, 백색질은 계속 발달하여 중년에 최고조에 달한다.[9]

3. 1. 정보 전달

백색질은 중추 신경계에서 회백질의 서로 다른 영역 사이에 메시지가 전달되도록 하는 조직이다. 백색질이 하얀색을 띠는 이유는 신경 섬유(축삭)를 둘러싼 지방질(수초) 때문이다.[9] 이 수초는 거의 모든 긴 신경 섬유에서 발견되며 전기 절연체 역할을 한다.[9] 이는 메시지가 빠르게 전달될 수 있게 해주기 때문에 중요하다.[9]

회백질은 20대 초반에 발달이 최고조에 달하는 반면, 백색질은 계속 발달하여 중년에 최고조에 달한다.[9]

3. 2. 신경망 형성 및 유지

백색질은 중추신경계에서 회백질의 서로 다른 영역 사이에 메시지를 전달하는 조직이다. 백색질이 하얀색을 띠는 이유는 신경 섬유(축삭)를 둘러싸는 지방질(수초) 때문인데, 이 수초는 거의 모든 긴 신경 섬유에서 발견되며 전기 절연체 역할을 한다. 이는 메시지가 빠르게 전달될 수 있게 해주기 때문에 중요하다.[9]

회백질이 20대 초반에 발달이 최고조에 달하는 것과 달리, 백색질은 계속 발달하여 중년에 최고조에 달한다.[9]

4. 연구

A. J. Barkovich(2000)는 현대의 뇌 영상 기술을 사용하여 백색질의 발달과 수초 형성 과정을 설명하였다.[51] B. Zalc & D. R. Colman(2000)은 백색질과 수초의 진화적 의미를 탐구하였다.[52]

4. 1. 역사

백색질 연구는 이탈리아의 해부학자 니콜라스 스테노와 토머스 윌리스가 뇌 해부학에 중요한 기여를 하면서 진행되었다고 본다. 윌리스의 저서 Cerebri Anatome|케레브리 아나토메la (1664년)는 백색질 연구의 시초로 볼 수 있다.[49]

루이앙투안 랑비에는 수에 대한 연구와 백색질의 기능을 이해하는 데 기여했다.[50]

4. 2. 뇌 영상 연구

백색질 연구는 자기 공명 영상(MRI) 뇌 스캐너를 이용한 확산 텐서 영상 기술의 발전으로 이루어졌다. 2007년 기준으로, 이 주제에 관해 700편 이상의 논문이 발표되었다.[22]

2009년 Jan Scholz와 동료들의 논문[23]은 확산 텐서 영상(DTI)을 사용하여 새로운 운동 과제 (예: 저글링)를 학습한 결과 백색질 부피의 변화를 입증했다. 이 연구는 운동 학습과 백색질 변화를 연관시킨 최초의 논문으로 중요하다. 이전에는 많은 연구자들이 이러한 유형의 학습이 백색질에는 존재하지 않는 수상돌기에 의해서만 매개된다고 여겼다. 저자들은 축삭의 전기적 활동이 축삭의 수초 형성을 조절할 수 있다고 제안한다. 또는 축삭의 직경 또는 밀도의 거시적인 변화가 변화를 일으킬 수 있다.[24] Sampaio-Baptista와 동료들의 더 최근 DTI 연구에서는 운동 학습과 함께 수초 형성 증가에 따른 백색질의 변화를 보고했다.[25]

4. 3. 관련 질환 연구

다발 경화증(MS)은 백색질에 영향을 미치는 중추 신경계의 염증성 탈수초성 질환 중 가장 흔한 질환이다. 다발 경화증 병변에서는 미엘린 수초가 축삭 주위에서 염증에 의해 손상된다.[10] 알코올 사용 장애는 백색질 부피 감소와 관련이 있다.[11]

백색질의 아밀로이드 플라크는 알츠하이머병 및 기타 신경 퇴행성 질환과 관련될 수 있다.[12] 노화와 함께 흔히 발생하는 다른 변화로는 백질 뇌병증의 발달이 있는데, 이는 백색질의 희소화로, 미엘린 창백의 손실, 축삭 손실, 혈액-뇌 장벽의 제한적 기능 감소 등 다양한 상태와 관련될 수 있다.[13]

물질 남용이 백색질 미세 구조를 손상시킬 수 있다는 증거도 있지만, 특정 경우에는 장기간 금욕을 통해 이러한 백색질 변화를 되돌릴 수 있다.[14]

자기 공명 영상에서 나타나는 백색질 병변은 인지 장애 및 우울증과 같은 여러 가지 불리한 결과와 관련이 있다.[15] 백색질 과신호(White matter hyperintensity)는 특히 소혈관/피질하 유형의 혈관성 치매 환자에게서 자주 발견된다.[16]

4. 4. 기타 연구

니콜라스 스테노와 토머스 윌리스는 뇌 해부학에 중요한 기여를 하면서 백색질 연구를 진행하였다. 윌리스의 저서 ''Cerebri Anatome'' (1664년)은 백색질 연구의 시초로 볼 수 있다.[49]

루이앙투안 랑비에은 수에 대한 연구와 백색질의 기능을 이해하는데 기여했다.[50]

Barkovich, A. J. (2000)은 현대의 뇌 영상 기술을 사용하여 백색질의 발달과 수초 형성 과정을 설명하는 연구이다.[51]

Zalc, B. & Colman, D. R. (2000)은 백색질과 수초의 진화적 의미를 탐구한 논문이다.[52]

다발 경화증(MS)은 백색질에 영향을 미치는 중추 신경계의 염증성 탈수초성 질환 중 가장 흔한 질환이다. 다발 경화증 병변에서는 미엘린 수초가 축삭 주위에서 염증에 의해 손상된다.[10][33] 알코올 사용 장애는 백색질 부피 감소와 관련이 있다.[11][34]

백색질의 아밀로이드 플라크는 알츠하이머병 및 기타 신경 퇴행성 질환과 관련될 수 있다.[12][35] 노화와 함께 흔히 발생하는 다른 변화로는 백질 뇌병증의 발달이 있는데, 이는 백색질의 희소화로, 미엘린 창백의 손실, 축삭 손실, 혈액-뇌 장벽의 제한적 기능 감소 등 다양한 상태와 관련될 수 있다.[13][36]

물질 남용이 백색질 미세 구조를 손상시킬 수 있다는 증거도 있지만, 특정 경우에는 장기간 금욕을 통해 이러한 백색질 변화를 되돌릴 수 있다.[14]

자기 공명 영상에서 나타나는 백색질 병변은 인지 장애 및 우울증과 같은 여러 가지 불리한 결과와 관련이 있다.[15][37] 백색질 과신호는 특히 소혈관/피질하 유형의 혈관성 치매 환자에게서 자주 발견된다.[16][38]

5. 임상적 의의

백색질의 부피가 작을수록 주의력, 서술 기억, 집행 기능, 지능, 학업 성취도에 결함이 있을 수 있다.[17][18] 그러나 백색질 부피는 신경 가소성으로 인해 평생에 걸쳐 지속적으로 변화하며, 다른 뇌 영역에서 보상 효과를 갖기 때문에 특정 기능적 결함의 결정 요인이 아니라 기여 요인이다.[18] 백색질의 완전성은 노화로 인해 감소하지만,[19] 규칙적인 유산소 운동은 노화 효과를 늦추거나 장기적으로 백색질의 완전성을 향상시킬 수 있다.[19] 염증이나 부상으로 인한 백색질 부피 변화는 폐쇄성 수면 무호흡증의 심각성에 영향을 줄 수 있다.[20][21]

5. 1. 인지 기능 저하

백색질의 부피가 작을수록 주의력, 서술 기억, 집행 기능, 지능, 학업 성취도의 결함이 더 클 수 있다.[17][18] 그러나 부피 변화는 신경 가소성으로 인해 평생에 걸쳐 지속적으로 일어나며, 다른 뇌 영역에서의 보상 효과로 인해 특정 기능적 결함의 결정 요인이 아닌 기여 요인이다.[18] 백색질의 완전성은 노화로 인해 감소한다.[19] 그럼에도 불구하고, 규칙적인 유산소 운동은 노화 효과를 늦추거나 장기적으로 백색질의 완전성을 향상시키는 것으로 보인다.[19] 염증이나 부상으로 인한 백색질 부피의 변화는 폐쇄성 수면 무호흡증의 심각성에 영향을 미칠 수 있다.[20][21]

5. 2. 기타

백색질의 부피가 작을수록 주의력, 진술 기억, 실행 기능, 지능, 학업 성적의 큰 장애와 관련이 있을 수 있다.[39][40] 그러나 부피는 신경 가소성에 의해 평생 동안 지속적으로 변화하며, 다른 뇌 영역에서의 보상 효과가 있기 때문에 일종의 기능 장애의 결정 요인이 아니라 한 요인이다.[40] 백색질의 완전성은 노화에 의해 저하되지만,[41] 정기적인 유산소 운동에 의해 장기적으로 노화 효과가 연기되거나 오히려 백색질의 완전성이 높아지는 것으로 보인다.[41] 염증이나 손상에 의한 백질 용적의 변화는 폐쇄성 수면 무호흡증의 중증화의 요인이 될 수 있다.[42][43]

6. 한국의 백색질 연구 현황

(요약과 원본 소스가 제공되지 않았으므로, '한국의 백색질 연구 현황' 섹션은 현재 내용으로는 수정이 불가능합니다.)

참조

[1] 서적 Neuroanatomy through clinical cases Sinauer Associates 2010
[2] 학술지 White Matter Matters
[3] 서적 Biological Psychology Worth Publishers
[4] 서적 Cortical Areas: Unity and Diversity, Conceptual Advances in Brain Research Taylor and Francis
[5] 학술지 Cerebral Blood Flow, Blood Volume and Oxygen Utilization
[6] 학술지 Marked loss of myelinated nerve fibers in the human brain with age
[7] 웹사이트 Battle of the Brain: Men Vs. Women https://www.nm.org/h[...]
[8] 웹사이트 Changes That Occur to the Aging Brain: What Happens When We Get Older https://www.publiche[...] 2021-06-10
[9] 학술지 Mapping cortical change across the human life span
[10] 서적 Handbook of Clinical Neurology Elsevier
[11] 학술지 White matter volume in alcohol use disorders: A meta-analysis
[12] 학술지 Associations between amyloid β and white matter hyperintensities: A systematic review
[13] 학술지 Leukoaraiosis 2008-01-01
[14] 학술지 Substance Abuse and White Matter: Findings, Limitations, and Future of Diffusion Tensor Imaging Research
[15] 학술지 Clinical Significance of White Matter Changes Elsevier BV
[16] 학술지 Impact of White Matter Changes on Clinical Manifestation of Alzheimer's Disease Ovid Technologies (Wolters Kluwer Health)
[17] 서적 Psychiatry Wiley Blackwell
[18] 학술지 White matter in learning, cognition and psychiatric disorders Elsevier BV 2008-06-05
[19] 서적 Handbook of the Psychology of Aging Elsevier
[20] 학술지 White Matter Integrity in Obstructive Sleep Apnea before and after Treatment 2014-09-01
[21] 학술지 White Matter Damage and Systemic Inflammation in Obstructive Sleep Apnea 2015-03-01
[22] 학술지 Diffusion Tensor Imaging (DTI)-based White Matter Mapping in Brain Research: A Review
[23] 학술지 Training induces changes in white-matter architecture
[24] 웹사이트 White Matter Matters http://blogs.dnalc.o[...] Dolan DNA Learning Center 2009-10-19
[25] 학술지 Motor Skill Learning Induces Changes in White Matter Microstructure and Myelination
[26] 서적 Neuroanatomy through clinical cases Sinauer Associates 2010
[27] 학술지 White Matter Matters
[28] 서적 Biological Psychology Worth Publishers
[29] 서적 Cortical Areas: Unity and Diversity, Conceptual Advances in Brain Research Taylor and Francis
[30] 학술지 Cerebral Blood Flow, Blood Volume and Oxygen Utilization
[31] 학술지 Marked loss of myelinated nerve fibers in the human brain with age
[32] 학술지 Mapping cortical change across the human life span
[33] 서적 Handbook of Clinical Neurology Elsevier
[34] 학술지 White matter volume in alcohol use disorders: A meta-analysis
[35] 학술지 Associations between amyloid β and white matter hyperintensities: A systematic review
[36] 논문 Leukoaraiosis 2008-01-01
[37] 논문 Clinical Significance of White Matter Changes Elsevier BV 2014
[38] 논문 Impact of White Matter Changes on Clinical Manifestation of Alzheimer's Disease Ovid Technologies (Wolters Kluwer Health) 2000
[39] 서적 Psychiatry Wiley Blackwell 2015
[40] 논문 White matter in learning, cognition and psychiatric disorders Elsevier BV 2008-06-05
[41] 서적 Handbook of the Psychology of Aging Elsevier 2016
[42] 논문 White Matter Integrity in Obstructive Sleep Apnea before and after Treatment 2014-09-01
[43] 논문 White Matter Damage and Systemic Inflammation in Obstructive Sleep Apnea 2015-03-01
[44] 논문 Diffusion Tensor Imaging (DTI)-based White Matter Mapping in Brain Research: A Review 2007
[45] 논문 Training induces changes in white-matter architecture 2009
[46] 논문 Motor Skill Learning Induces Changes in White Matter Microstructure and Myelination 2013
[47] 논문 Origins of vertebrate success: The myelin sheath 2000
[48] 논문 A new mechanism of nervous system plasticity: activity-dependent myelination 2015
[49] 서적 Cerebri Anatome: Cui Accessit Nervorum Descriptio et Usus Londini, Typis J. Flesher 1664
[50] 서적 Leçons sur l’histologie du système nerveux Paris: F. Savy 1878
[51] 논문 Concepts of myelin and myelination in neuroradiology 2000
[52] 논문 Origins of vertebrate success: The myelin sheath 2000


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