Ученые выяснили, как мозг планирует, что сказать перед тем, как заговорить

Результаты исследования, проведенного учеными из Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете, подтверждают, что соседние области мозга, нижняя лобная извилина и моторная кора, играют важную роль в таком планировании до того, как слова будут произнесены вслух.

И то, и другое является частью складчатых верхних слоев мозга, или коры головного мозга, которая, как давно известно, контролирует мышечные (двигательные) движения в горле и рту, необходимые для произнесения речи. До сих пор было менее ясно, насколько близко эти области определяют сочетание звуков и слов, которые люди хотят произнести вслух, сообщают авторы.

Результаты, опубликованные в журнале Brain, основаны на анализе сотен записей картирования мозга, сделанных у 16 пациентов в возрасте от 14 до 43 лет, готовящихся к операции по лечению эпилепсии в NYU Langone Health в период с 2018 по 2021 год.

В качестве рутинной части своих процедур хирурги электрически (и безболезненно) стимулируют определенные части мозга, прося пациентов выполнять стандартизированные 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, что отмечается повышенной невнятностью или полной потерей речи после электрической стимуляции. Это позволяет хирургам удалять только мозговую ткань, ответственную за ошибочные электрические сигналы, вызывающие судороги.

Что делает новое исследование уникальным, так это измерение и анализ временных интервалов, длящихся менее двух секунд, в течение которых начинается стимуляция мозга, а речь становится невнятной и, в конечном итоге, прекращается. Предыдущие исследования, отмечают они, не измеряли такие задержки напрямую, а вместо этого полагались на поведенческие наблюдения, чтобы сообщить, какие области мозга были вовлечены в то, может ли пациент продолжать говорить или нет после стимуляции коры головного мозга.

Измерение латентности, по их словам, 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 выводов исследования было то, что латентность между электрической стимуляцией и возможной потерей способности говорить была разной в разных областях мозга.

Латентность была самой продолжительной в нижней или нижней областях моторной коры, а также в другом поверхностном слое, нижней лобной извилине, и составляла 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, вовлечены в планирование того, что люди хотят сказать.

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

Основываясь на этих наблюдениях, исследователи определили, что паттерн более длительных задержек соответствовал планированию речи в различных областях коры головного мозга с большей вероятностью, чем более короткие задержки, которые соответствовали частям коры головного мозга, участвующим в производстве речи.

«Наше исследование добавляет доказательства роли моторной коры головного мозга и нижней лобной извилины в планировании речи и определении того, что люди готовятся сказать, а не просто произносят слова с помощью голосовых связок или произносят слова, двигая языком и губами», — сказала ведущий исследователь Хизер Кабакофф, доктор философии, логопед из Нью-Йоркского университета в Лангоне.

«Наши результаты показывают, что отображение миллисекундных временных интервалов, или латентностей, между электрической стимуляцией в некоторых частях мозга и прерыванием или невнятным произнесением слов и, в конечном итоге, неспособностью говорить, может быть использовано для лучшего понимания того, как работает человеческий мозг и роли, которые играют различные области мозга в человеческой речи», — сказал старший исследователь и нейробиолог Адин Флинкер. Доктор философии: «Когда дело доходит до определения функций коры головного мозга, участвующих в речи, время является ключевым фактором».

Флинкер, адъюнкт-профессор кафедры неврологии в Нью-Йоркском университете в Лангоне, говорит, что общие результаты команды также подтверждают, что двигательное исполнение и планирование речи происходят в совершенно разных областях мозга.

Флинкер добавляет, что результаты команды, если дальнейшие исследования подтвердят их работу, могут помочь хирургам лучше усовершенствовать картирование мозга для защиты речи пациентов.

Исследователи говорят, что их следующими шагами будет оценка латентных паттернов 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 картинок вслух, чтобы определить, помогают ли постстимуляционные задержки различать части мозга, необходимые для интерпретации визуальных входных данных и обработки их в реальные слова.

Они также хотят исследовать, могут ли паттерны задержки раскрывать механизмы обратной связи по речи 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 собственного голоса, чтобы контролировать то, как они звучат.