Стимуляция вентральных областей соматосенсорной коры привела к отсроченной остановке речи

Исследователи из США провели картирование мозга с помощью прямой электрокортикальной стимуляции для 20 человек с эпилепсией, чтобы выяснить, как активность коры модулирует речь. Они обнаружили, что стимуляция соматосенсорной коры, а также верхней височной и надкраевой извилин приводит к быстрой остановке речи, при этом соматосенсорная кора отвечает за большую часть двигательных остановок. В то же время стимуляция нижней лобной извилины и вентральных областей соматосенсорной коры тоже вызывала прекращение речи, но не сразу — и ученые предположили, что эти регионы участвуют в планировании речи. Результаты опубликованы в Brain Communications.

Во время операций на головном мозге у пациентов с эпилепсией и опухолями мозга используют картирование с помощью прямой электрокортикальной стимуляции (Direct electrocortical stimulation, DES) — так врачи определяют, какие области мозга критически важны для двигательных, сенсорных и речевых функций. Пациентам дают разные задачи: произносить что-то (например, считать или перечислять дни недели) или двигать конечностями, а в это время стимулируют разные участки коры: это позволяет хирургам определить границы резекции, чтобы избежать послеоперационных функциональных нарушений.

Остановка речи может быть двигательной, когда стимуляция нарушает контроль над речевым трактом (на это указывают непреднамеренные движения языка, глотки или гортани) или она может быть не связана с нарушением моторных функций. Так, известно, что чаще всего остановка речи происходит в результате стимуляции прецентральной извилины — части соматосенсорной коры, а также нижней лобной извилины. Стимуляция вентральных областей прецентральной и постцентральной извилин также приводят к остановке речи. Кроме того, к прерыванию речи может приводить стимуляция верхней височной извилины и надкраевой извилины, однако это наблюдается не всегда.

Хизер Кабакофф (Heather Kabakoff) из Нью-Йоркского университета и ее коллеги провели внеоперационное картирование DES для 20 пациентов с эпилепсией, чтобы определить важные для речи регионы коры. Они стимулировали пять областей: соматосенсорную кору (включающую прецентральную и постцентральную извилины), нижнюю лобную извилину, верхнюю и среднюю височные извилины и надкраевую извилину. Также они измеряли время, которое проходит от начала стимуляции до остановки речи, чтобы понять, какой этап речевого производства контролируют разные участки. Во время картирования пациентов с имплантированными в мозг электродами просили перечислять дни недели или месяцы. Ток подводился поочередно к разным парам электродов, что позволило исследователям определили те пары электродов, которые контролировали речь.

Стимуляция всех пяти выбранных регионов коры вызывала остановку речи. Большинство случаев двигательной остановки речи приходилось на стимуляцию соматосенсорной коры, в то время как стимуляция нижней лобной извилины, надкраевой извилины и верхней и средней височных извилин чаще приводила к остановкам речи, не связанным с работой мышц. Впрочем, стимуляция вентральных областей соматосенсорной коры — то есть вентральных зон прецентральной и постцентральных извилин — тоже приводила к немоторным остановкам речи (не связанным с нарушением движений языка, глотки или гортани).

При этом немоторные остановки речи происходили значительно быстрее при стимуляции надкраевой извилины (задержка составляла 0,46 секунды) и верхней и средней височных извилин (0,51 и 0,54 секунды), чем при стимуляции вентральных областей соматосенсорной коры (0,72 секунды) и нижней лобной извилины (0,95 секунды). В то же время, когда ученые стимулировали другие области соматосенсорной коры, моторная остановка речи происходила уже через 0,47 секунд. Это привело исследователей к выводу, что стимуляция различных областей прерывает разные процессы речевого производства.

Нижняя лобная извилина и вентральные области сенсомоторной коры, по всей видимости, отвечают за тот этап производства речи, который связан с планированием. Это также значит, что планирование и исполнение речи регулируют разные области соматосенсорной коры. Также авторы предположили, что в моторное производство речи могут быть вовлечены надкраевая извилина и верхняя височная извилина, поскольку во время стимуляции этих регионов короткие задержки до остановки речи совпадали с задержками во время стимуляции соматосенсорной коры.

Ранее ученым удалось декодировать непрерывную речь с помощью фМРТ: неинвазивный декодер не расшифровывал точные слова, но восстанавливал смысл историй, которые человек видел, слушал или воображал.