В белом веществе мозга сигнал бежит по аксонам — длинным отросткам нейронов, укутанным в изолирующую миелиновую оболочку. Вода заполняет пространство внутри аксонов и снаружи, в узких щелях между волокнами. Два метода МРТ — диффузионный (отслеживает движение молекул) и релаксометрический (измеряет, как быстро затухает сигнал) — словно два переводчика, слушающих один разговор, но слышащих разное. Оба улавливают удары молекул воды о стенки, но интерпретируют их по-своему.
Авторы вывели замкнутые формулы для этих поверхностных эффектов внутри и снаружи миелинизированных цилиндров. Ключевой параметр — объёмная доля волокон (VF). Когда VF выше критического порога (VF* = 1/(1+g), где g — отношение внутренней и внешней релаксационных способностей поверхности), внутренняя вода доминирует в сигнале. Для здорового белого вещества VF как раз выше этой границы, поэтому диффузионный метод при клиническом времени эха 80 мс завышает внутриаксональную фракцию примерно на 12%. Тончайшие аксоны добавляют путаницы: их вода релаксирует так быстро, что попадает во временное окно миелина, и релаксометрия приписывает её миелиновой фракции, завышая оценку на 0.33 процентных пункта. Эта ошибка мала, но систематична и зависит от плотности упаковки волокон.
Так одна и та же физика столкновений со стенками по-разному искажает две карты микроструктуры. Для диффузии это ошибка первого порядка, чувствительная к упаковке; для релаксометрии — малая структурная поправка, которая почти не меняется при первичной демиелинизации и потому сокращается в продольных исследованиях. Отныне эти искажения можно не просто замечать, но и предсказывать по простому закону.
В белом веществе типичного взрослого человека около 150 000 километров аксонов — этого хватило бы, чтобы обмотать Землю по экватору почти четыре раза.