人脑白质结晶度的表征

白质微观结构通过促进神经元通信支撑人脑的认知与功能，而对这一结构的非侵入性表征仍是神经科学界的研究前沿。然而，评估白质微观结构的努力受限于表征所需的大量信息。神经影像中的现有技术通过将白质特征表示为通常难以解释的单标量来处理此问题。在此，我们引入材料科学中的工具来表征白质微观结构，以解决这些问题。我们通过分析其均匀性并在材料科学语境下判定脑中哪些区域结构均匀或“结晶”，从而在介观尺度上研究结构。我们发现结晶度提供了新的信息，并沿可解释的解剖差异线在脑中变化，在紧邻胼胝体的区域均匀性最高。此外，结晶度高度可靠，但在个体间也存在差异，这使其成为沿多个维度考察白质个体间差异的潜在有用生物标志物。我们还将白质划分为“晶粒”，即具有高结构相似性的连续体素集合，并发现其与其他白质分区存在重叠。最后，我们通过材料科学的另一工具——键取向序参量——表征局部白质特征的形状，并利用这一新技术定位纤维交叉与束。我们的结果为在多长度尺度上评估白质微观结构提供了新手段，并开辟了未来探究的新途径。我们希望本工作促进软物质与神经科学领域之间未来的富有成效的对话。