训练导致白质结构的变化

虽然已经发现经历能够造成**灰质结构的变化，但是还没有丝毫证据能够证明白质的变化。通过扩散成像，随着复杂的visuo运动技术的训练我们测验到局部个异性的增加，微观结构的测量发现白质潜藏在顶内沟。据我们所知，这是首次为运动训练与健康**白质变化之间的关系提供了证据。

新技术的学习依赖于大脑功能的变化。伴随着人脑灰质结构的变化这种功能是可以培养的。灰质结构的重大变化反应了潜在细胞的活动，包括synaptogenesis和树突状的arborisation。

相反的是，以前从没有有关经历影响白质变化方面的报道。然而，在对动物的研究中发现白质是会因经历或者训练而发生变化的。例如：

神经元活动的数量随轴突剌激髓鞘的程度和皮质的明显重组被观察到反映了训练或**。

弥散张量成像可以测量大脑中的微观结构白质。弥散张量成像对由于局部组织边界造成的阻碍水扩散的情况很敏感。分数的各向异性、弥散张量成像的导出依赖于水分扩散方向的定量测量，它反映了白质的解剖学特点，如轴突纤维的口径、密度和髓鞘的形成。

我们使用弥散张量成像（dti）测量白质的变化和使用基本元素形态测量术（vbm）测量灰质的变化来研究一个人在学习一种新的visuo运动技能：杂耍。我们获得了48名健康成年的同意，并将他们分成一个实验组和对照组各24人。

在进行训练前进行第一次扫描，训练6周后进行第二次扫描，在训练结束后4周进行第三次扫描（辅助方法）。训练之后所有的受试者都至少能完成两个连续周期的三球串联（补充图1）。

我们为弥散张量成像数据制定一个弥散张量模型使它生成全脑分数各向异性图，从而利用基本带的空间统计进行时间点的比较（辅助方法）。比较训练组的扫描2和扫描1发现潜在右后顶内沟的白质由于训练的关系分数各向异性明显增加（多潜能干细胞ips；p＜0.05，校正后；tmax=4.

57,x=31,y=–59，z=31；图1）.我们为探测不同的增长作了一系列的事后测试，发现特别是训练组在4周无杂耍后相对于基准线而言仍然在提高（补充结果和补充图2）。

为了探测学习与全部白质和灰质变化相关的可能性，我们使用基本元素形态测量术（vbm）测试灰质密度的变化（辅助方法）。通过杂耍训练，内侧枕内的灰质密度显著增加和顶叶皮质区域覆盖白质的部位分数各向异性明显增加。(校正后p < 0.

05,tmax=6.22,x = 10,y=–70,z=36;图2)。之后我们实施了一系列的事后测试，发现特别是训练组在4周没有玩杂耍后仍然继续在增长（补充结果；补充图3和4；补充**1）。

图1，通过杂耍训练后分数各向异性增加。a从第1次扫描到第2扫描着色的部位反映了各向异性的增加，叠加到平均分数各向变异。pos显示坐标；枕骨沟；b聚集显示在a上的第一次扫描平均分数各向异性的变化。

错误线代表标准误差。*代表与标准p＜0.5有明显的相关性。

图2：杂耍训练后灰质密度增加，从第一次扫描到第二次扫描红色和黄色代表的是灰质密度明显增加的部位，叠加在蒙特利尔神经学协会的模板上。矢状a;

冠状c;轴状d切面；表面渲染的b;d显示的是白质的变化（蓝色，能见度增厚）。cal代表距状沟；tos代表枕横沟；e表示的是第一次扫描各族在a-d上平均灰质密度的变化；误差线代表标准误；*代表与第一次扫描p＜0.5有明显的相关性。

杂耍是一项复杂的运动技能，要求准确控制双手的抓和注意球运动轨迹的外周，这些功能的准确度是受大脑特殊部位的结构变化影响的（补充讨论）。通常而言，结构的变化与训练过程以及达到一定表演水平后没有明显的关系，符合之前的报道。(左半脑：

标准，r = 0.076,p = 0.7;训练中，r =0.

28;p =0.19;右：水平，r = 0.

064,p=0.8;训练中，r =0.18,p =0.

40)，虽然我们发现峰元素的影响限制了我们对大脑灰质的分析（补充结果和补充图5），表演和结构的变化之间没有太密的关系，暗示结构的变化相对于训练结果而言与训练时间关系更紧密。

尽管灰质和白质因训练引发的区域很相近，但是我们没有发现任何灰质的大小与白质穿过区域的相关性。随着标志点在时间上的变化发现在各种不同组织类型中灰质和白质发生的是两种相对独立的变化。将来的研究会使用各种训练方法和更长时间的观察来更完整的描述灰质和白质在学习过程中复杂的变化特征。

运用生物手段解释像的变化是一种挑战（例如补充讨论中对灰质变化的解释）。分数各向异性反映了白质的部分性质，例如：轴突口径和髓鞘形成。

这些性质的变化可能是改善神经信号传导速度和同步性的基础。以前的报道说轴突的电活动可以在数天或者数周时间内控制髓鞘的形成。活动依赖于髓鞘形成，因而希望髓鞘形成可以影响各向异性，从而导出一个潜在的机理经历会影响白质的功能性。

白质其它结构特征的变化，例如：轴突直径（它本身就可以控制髓鞘）和组织密度，也是发现结果在这里的基础。

综上所述，我们尽我们最大的努力首次提出了健康**白质微观结构的变化依赖于经历的证据。尽管神经成像技术（例如dti）为在人类学科中进行全脑的研究提供了机会，这些手段都是间接运用磁共振成像技术而且解释都很复杂，因此，将来的研究会运用细胞生物化学技术来观测生物学的基础变化。