Записи мозга людей перед операцией показывают, как разум планирует, что сказать, прежде чем говорить

Новое исследование на людях, перенесших операцию по лечению припадков, связанных с эпилепсией, показывает, что паузы в речи раскрывают информацию о том, как мозг людей планирует и производит речь.

Результаты исследования, проведенного под руководством исследователей из Медицинской школы имени Гроссмана Нью-Йоркского университета, доказывают, что соседние области мозга, нижняя лобная извилина и моторная кора, играют важную роль в таком планировании, прежде чем слова будут произнесены вслух. Оба являются частью складчатых верхних слоев мозга или коры головного мозга, которая, как давно известно, контролирует мышечные (моторные) движения в горле и рту, необходимые для произнесения речи. Менее ясно до сих пор было, насколько тесно эти регионы определяют сочетание звуков и слов, которые люди хотят произнести вслух, сообщают авторы.

Опубликовано в журнале МозгРезультаты получены на основе анализа сотен записей картирования мозга, сделанных у 16 ​​пациентов в возрасте от 14 до 43 лет, готовившихся к операции по лечению эпилепсии в NYU Langone Health в период с 2018 по 2021 год.

В ходе своих процедур хирурги электрически (и безболезненно) стимулируют определенные части мозга, одновременно предлагая пациентам выполнять стандартные речевые задачи. Пациентов просят, например, назвать числа или дни недели или даже клятву верности.

Цель перед операцией, по словам исследователей, состоит в том, чтобы изолировать и сохранить близлежащие части мозга, необходимые для речи, которые отмечены усилением невнятной речи или полной потерей речи после электрической стимуляции. Это позволяет хирургам удалять только ткань головного мозга, ответственную за ошибочные электрические сигналы, вызывающие судороги.

Уникальность нового исследования, по словам исследователей, заключается в измерении и анализе временных интервалов продолжительностью менее двух секунд, в течение которых начинается стимуляция мозга, а речь становится невнятной и в конечном итоге прекращается. Они отмечают, что предыдущие исследования не измеряли такие задержки напрямую, а вместо этого полагались на поведенческие наблюдения, чтобы сообщить, какие области мозга участвуют в том, может ли пациент продолжать говорить или нет после стимуляции коры.

По их словам, измерение латентности дает новое представление о частях коры головного мозга, участвующих в планировании речи, даже если они не отвечают за фактическое озвучивание и произнесение слов. Среди новых результатов исследования было то, что задержка между электрической стимуляцией и возможной потерей способности говорить была разной в разных областях мозга.

Латентные периоды были самыми продолжительными в нижних или нижних областях моторной коры, а также в другом поверхностном слое, нижней лобной извилине, и составляли 1,0 секунды и 0,75 секунды соответственно. Поскольку пациенты могли продолжать говорить так долго после стимуляции, исследователи говорят, что это говорит о том, что эти регионы с большей вероятностью, чем другие, участвуют в планировании того, что люди хотят сказать.

Меньшие задержки, продолжительностью в среднем 0,5 секунды, были обнаружены в других частях моторной коры. Исследователи говорят, что эти более короткие перерывы в речи указывают на то, что эти области играют более важную роль в физической механике речи.

Основываясь на этих наблюдениях, исследователи определили, что более длинные задержки чаще соответствуют планированию речи в различных областях коры головного мозга, чем более короткие задержки, которые соответствуют частям коры мозга, участвующим в производстве речи.

«Наше исследование дополняет доказательства роли моторной коры головного мозга и нижней лобной извилины в планировании речи и определении того, что люди готовятся сказать, а не просто в произнесении слов с помощью голосовых связок или произнесении слов посредством движений языка и губ», — сказал он. ведущий исследователь Хизер Кабакофф, доктор философии, логопед из Нью-Йоркского университета в Лангоне.

«Наши результаты показывают, что определение миллисекундных временных интервалов или задержек между электрической стимуляцией в частях мозга и нарушением или невнятностью слов и возможной неспособностью говорить можно использовать, чтобы лучше понять, как работает человеческий мозг и какие роли он играет. различными областями мозга в процессе человеческой речи», — сказал старший исследователь исследования и нейробиолог Адин Флинкер, доктор философии. «Когда дело доходит до определения функций коры головного мозга, участвующих в речи, время имеет решающее значение».

Флинкер, доцент кафедры неврологии Нью-Йоркского университета в Лангоне, говорит, что общие результаты команды также подтверждают, что двигательная активность и планирование речи происходят в совершенно разных областях мозга.

С клинической точки зрения, говорит Флинкер, результаты команды, если дальнейшие исследования подтвердят их работу, могут помочь хирургам лучше усовершенствовать картирование мозга, чтобы защитить речь пациентов.

Исследователи говорят, что их следующие шаги — оценить закономерности задержки в других частях мозга, чтобы определить, играют ли они роль в более тонких функциях планирования речи или физического произнесения звуков и слов. Задания включают в себя называние изображений вслух, чтобы определить, помогают ли задержки после стимуляции различать части мозга, необходимые для интерпретации визуальных сигналов и их обработки в реальные слова.

Они также хотят выяснить, могут ли модели задержки раскрыть механизмы речевой обратной связи в реальном времени, измеряя, сколько времени требуется пациентам для исправления вынужденных ошибок. Это, по их словам, может дать представление о том, как люди используют звук своего голоса, чтобы контролировать его звучание.

Помимо Флинкера и Кабакова, в исследовании принимали участие и другие исследователи из Нью-Йоркского университета в Лангоне: соавторы Леяо Ю, бакалавр; Дэниел Фридман, доктор медицины; Патрисия Дуган, доктор медицины; Вернер Дойл, доктор медицины; и Оррин Девинский, доктор медицинских наук.