《PLOS Biology》：Microstructural profiles of the human superficial white matter and their associations to cortical geometry and connectivity
编辑推荐：
本刊推荐：研究团队通过整合3D组织学与7T高场磁共振成像技术，建立了首个面向浅层白质（SWM）的开放式计算框架，揭示了SWM前2毫米区域存在显著的微观结构复杂性（如髓鞘分布梯度T1 map/MTsat），并发现其梯度变化与皮质曲率、功能连接（FC）及结构连接（SC）显著相关。该工作为理解脑疾病（如自闭症、阿尔茨海默病）的SWM病理机制提供了新视角。
- 1.
数据驱动的人脑浅层白质组织学分析
通过表面采样技术对尸检3D组织学数据（BigBrain和Ahead项目）进行分析，沿灰白质（GM/WM）界面向白质内延伸3毫米生成50层等势面，提取细胞体（Nissl染色）、神经纤维（Bielschowsky染色）和Parvalbumin中间神经元染色强度剖面。结果显示：靠近GM/WM边界处，细胞体和纤维染色强度升高，而中间神经元染色降低；SWM上层微结构特征受覆盖皮质区域细胞构筑类型显著影响，其中异生皮质区（idiopathic regions）细胞强度变异最显著，而旁边缘叶和岛叶区域纤维强度变化突出。所有染色指标在白质内0–1毫米深度变化最为剧烈。
- 2.
数据驱动的人脑浅层白质MRI分析
将组织学采样方法应用于活体7T定量MRI数据（T1弛豫图谱T1 map与磁化转移饱和度MTsat），沿GM/WM界面生成15层等势面。T1 map强度随深度增加逐渐降低，MTsat则因髓鞘含量上升而增强，且在旁边缘叶和岛叶区域0–2毫米深度内呈现显著梯度变化，印证了SWM微结构的动态特性。
- 3.
灰白质深度统计矩的比较分析
通过计算均值、标准差、偏度和峰度等统计矩，发现组织学和MRI强度剖面均在SWM前2毫米内呈现高复杂性与空间异质性。组织学数据在GM/WM界面附近形成明显过渡带，而MRI数据显示T1 map和MTsat在界面处分别出现强度陡降与陡升，且标准差在界面至2毫米深度内持续较高，表明白质微观结构在此范围内存在有序但高度动态的分层组织。
- 4.
皮质几何形态与SWM MRI微结构梯度的关联
采用非线性降维方法提取SWM微结构梯度（G1），发现T1 map的G1梯度（解释57%方差）与皮质曲率全局表面显著相关（平均r=0.33），且与皮质厚度呈负相关（r=-0.17）；MTsat的G1梯度（解释52%方差）与曲率关联较弱（r=0.15）。梯度空间模式显示，T1 map梯度沿主要脑沟回分布，而MTsat梯度以中央沟、岛叶和额叶为锚点，提示SWM组织与皮质折叠模式密切关联。
- 5.
SWM微结构梯度与功能及结构连接的相关性
微结构梯度与全脑连接组关联分析表明，T1 map的G1梯度与功能连接强度（FC）呈负相关（组水平r=-0.24），与结构连接强度（SC）相关性更强（r=-0.38）；MTsat的G1梯度仅在全组水平与SC相关（r=-0.312），个体一致性较低。结果支持SWM微结构变异（尤其是T1 map）通过U纤维等短程连接调控皮质间信息传递，可能成为神经发育疾病（如自闭症、癫痫）的生物标志物。
讨论
本研究通过多模态数据融合，证实SWM并非均质区域，而是由细胞、纤维和髓鞘组织共同塑造的结构连续体。其前2毫米的复杂性与U纤维（平行于界面）和放射状投射纤维（垂直交叉）的空间交织有关。微结构梯度与连接模式的耦合为理解大脑网络组织提供了新依据，而开放式分析框架（代码与图谱已公开）将推动SWM在精准神经科学中的应用。
