Hvem har ikke undret sig over, hvordan et minde bliver dannet, en sætning genereret, en solnedgang beundret, en kreativ handling udført eller en afskyelig forbrydelse begået?

Den menneskelige hjerne er et organ, som i gennemsnit vejer 1.300-1.400 gram, som udgør 2 procent af legemsvægten cirka, og som stort set stadig er et mysterium.

De fleste af os har måske hørt om hjernens grå substans, som er nødvendig for kognitive funktioner som indlæring, hukommelse og ræsonnement.

Mere specifikt refererer den grå substans til områder i hele hjernen, hvor nerveceller - såkaldte neuroner - er koncentreret. 

Den hjerneregion, der anses for vigtigst for kognition, er hjernebarken, et tyndt lag af gråt stof på hjernens overflade.

Men hjernens anden substans - den hvide substans - bliver ofte overset. 

Nøglen til at forståelse

Den hvide substans ligger under hjernebarken og danner et netværk af nervecelleforbindelser, som forbinder neuroner i den grå substans med hinanden.

Jeg er professor i neurologi og psykiatri samt leder af adfærdsneurologisk fakultet ved University of Colorado Medical School. 

Mit arbejde involverer evaluering, behandling og udredning af ældre voksne med demens og yngre mennesker med traumatisk hjerneskade.

At afdække, hvordan disse lidelser påvirker hjernen, har i mange år været motivation bag mit arbejde. 

Jeg tror, at forståelsen af den hvide substans muligvis er nøglen til at forstå disse lidelser. Men indtil videre har forskere ikke givet den hvide substans den opmærksomhed, den fortjener.

Vanskeligt at studere hvid substans

Denne mangel på anerkendelse skyldes i høj grad, at det er meget vanskeligt at studere hvid substans. 

Fordi det er placeret under hjernens overflade, kan selv den mest højteknologiske billeddannelse ikke let afdække alle detaljer. 

Men nylige resultater, gjort mulige af fremskridt inden for hjernebilleddannelse og obduktionsundersøgelser, begynder at vise forskerne, hvor afgørende den hvide substans er.

Den hvide substans består af mange milliarder af aksoner, som er lange nervetråde, der formidler en elektrisk nerveimpuls til talrige andre neuroner.

Aksonerne forbinder neuronerne med hinanden ved krydsninger, kaldet synapser. Det er her, kommunikationen mellem neuronerne finder sted.

Årsag til vores unikke mentale kapacitet

Aksoner samles i klynger eller kanaler, der løber gennem hele hjernen. Aksonernes samlede længde i en enkelt menneskehjerne er cirka 136.794 kilometer, 

Mange aksoner er isoleret med myelin, et lag, der hovedsagligt består af fedt, som fremskynder elektrisk signalering eller kommunikation mellem neuronerne med op til 100 gange.

Denne øgede hastighed er afgørende for alle hjernefunktioner og er til dels grunden til, at Homo sapiens har en unik mental kapacitet. 

Selvom der ikke er nogen tvivl om, at vores store hjerner skyldes evolutionens udvikling af neuroner over meget lang tid, har der været en endnu større stigning af den hvide substans i løbet af evolutionen. Dette kun lidt kendte faktum har dybtgående implikationer. 

Den hvide substans er uundværlig

Den øgede mængde af hvid substans - hovedsageligt fra myelinlagene, der omgiver aksonerne - øger effektiviteten af neuronerne i den grå substans for at optimere hjernens funktion.

Forestil dig en nation af byer, der alle fungerer uafhængigt, men som ikke er forbundet med andre byer via veje, ledninger, internet eller andre forbindelser. Dette scenarie svarer til hjernen uden den hvide substans.

Højere funktioner som sprog og hukommelse er organiseret i netværk, hvor områder med grå substans er forbundet med områder med hvid substans.

Jo mere omfattende og effektive disse forbindelser er, desto bedre fungerer hjernen.

Hvid substans og demens

Fordi den hvide substans spiller så væsentlig en rolle i forbindelsen mellem hjernecellerne, kan beskadiget hvid substans forstyrre alle aspekter af den kognitive eller følelsesmæssige funktion. 

Hvid substans-patologi er til stede i mange hjernesygdomme og kan være alvorlig nok til at forårsage demens. 

Beskadigelse af myelin forekommer ofte ved disse lidelser, og når sygdommen eller skaden er mere alvorlig, kan aksonerne også blive beskadiget.

For mere end 30 år siden beskrev mine kolleger og jeg dette syndrom som 'hvid substans-demens'. 

Her fungerer den dysfunktionelle hvide substans ikke længere tilstrækkeligt som en forbindelse, hvilket betyder, at den grå substans ikke kan fungere sammen på en problemfri og synkron måde. 

Hjernen er i bund og grund blevet koblet af sig selv.

Ingen kur eller effektiv behandling mod Alzheimer

Det er også sandsynligt, at dysfunktionel hvid substans spiller en rolle i mange sygdomme, der i øjeblikket menes at stamme fra grå substans. 

Nogle af disse sygdomme er meget svære for os at forstå. For eksempel har jeg mistanke om, at skader på hvid substans kan være kritisk i de tidlige faser af Alzheimers sygdom og traumatisk hjerneskade.

Alzheimer er den mest almindelige type demens hos ældre personer. Sygdommen kan forringe den kognitive funktion og berøve folk deres identitet. Der findes ingen kur eller effektiv behandling. 

Lige siden Alois Alzheimers observationer i 1907 af to forskellige proteiner i hjernen beta-amyloid og tau har neuroforskerne troet, at opbygningen af disse proteiner er det centrale problem bag Alzheimers. 

Alligevel stopper mange lægemidler, der fjerner disse proteiner, ikke patienternes kognitive forfald.

Den virkelige skurk

Nylige resultater indikerer i stigende grad, at skade på den hvide substans - forud for akkumuleringen af de to proteiner - kan være den virkelige skurk. 

Efterhånden som hjernen ældes, oplever den ofte et gradvist tab af blodgennemstrømning forårsaget af indsnævring af kar, der transporterer blod fra hjertet. Lavere blodgennemstrømning påvirker den hvide substans markant.

Bemærkelsesværdigt nok er der endda evidens for, at arvelige former for Alzheimer også har abnormiteter i den tidlige hvide substans. 

Det betyder, at behandlingformer, der sigter efter at opretholde blodgennemstrømningen til den hvide substans, kan vise sig at være mere effektive end at forsøge at fjerne proteinerne. 

En simpel behandling, der sandsynligvis vil hjælpe, er at behandle for højt blodtryk, da det kan reducere sværhedsgraden af abnormiteter i den hvide substans.

Hvid substans og traumatisk hjerneskade

Patienter med traumatisk hjerneskade, især med moderat eller svær skade, risikerer livslang invaliditet. 

Ét af de mest ildevarslende udfald af traumatisk hjerneskade er kronisk traumatisk encefalopati - en hjernesygdom, der menes at forårsage progressiv og irreversibel demens. 

Hos patienter med traumatisk hjerneskade er akkumuleringen af tau-protein i den grå substans tydelig. Forskere har længe vidst, at skader på den hvide substans er udbredt hos mennesker, der har traumatisk hjerneskade. 

Observationer af hjernen hos patienter med gentagne traumatiske hjerneskader (fodboldspillere og militærveteraner er ofte blevet undersøgt) har vist, at skade på den hvide substans er udtalt og kan gå forud for forekomsten af sammenfiltrede proteiner i den grå substans.

Blandt forskerne er der en spirende ny interesse for hvid substans, og man er begyndt at indse, at den traditionelle fokusering på den grå substans ikke har leveret de resultater, man håbede på. 

Større forståelse og kendskab til den hvide substans kan i de kommende år hjælpe os med at finde de svar, der er nødvendige for at lindre millionvis af menneskers lidelser.

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.