Brain重磅研究：复旦华山神外绘制人类“最小共同语言皮层“电生理图谱

语言是人类特有的高级认知功能，也是文明传承的载体。然而，“人类大脑语言皮层是如何分布的？”这一科学问题仍不清楚。解决这一问题将有助于深入理解人类语言的处理机制，并指导神经外科手术中语言功能的精准保护。

过去的一个世纪，唤醒麻醉下的术中直接电刺激被广泛应用于癫痫及脑肿瘤手术，被誉为大脑语言功能定位的“金标准”。术中直接皮质电刺激是指在清醒开颅手术中，通过电流刺激大脑皮质暂时地、可重复地抑制大脑的神经活动，引起患者言语的改变，从而定位大脑语言功能区的方法。这种方法识别的语言区被认为是大脑语言处理过程中“最为必要和关键”的脑区。

近日，复旦大学附属华山医院（Huashan Hospital, HSH）神经外科吴劲松教授团队在上海申康医院发展中心新兴前沿技术联合攻关项目和上海市“脑与类脑智能”市级重大科技专项的直接支持下，牵头联合美国加州大学旧金山分校（University of California, San Francisco, UCSF）Mitchel Berger和Edward Chang教授、法国居伊·德·肖利亚克医院（Hôpital Gui de Chauliac, GCH）Hugues Duffau教授进行了一项国际多中心研究，采用神经外科的术中直接电刺激技术描绘人类大脑语言图谱。研究者整合了来自HSH、UCSF、GCH的清醒手术术中电刺激语言定位的原始数据，并纳入了加拿大蒙特利尔神经病学研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）大脑语言定位先驱Wilder Penfield教授20世纪30-50年代的工作，绘制了全球最大样本量的术中电刺激语言皮质功能图谱。最新成果以“Functional maps of direct electrical stimulation-induced speech arrest and anomia: a multicenter retrospective study”(Lu et al., 2021)为题作为“编辑推荐（Editor’s Choice）”在Brain杂志上发表。（https://doi.org/10.1093/brain/awab125）

视频摘要见：https://www.youtube.com/watch?v=C7Hi2gUaFsw

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本研究所采用的术中任务范式为唤醒手术中最常用的数数任务和图片命名任务。在患者连续数数任务中，医生使用双极电刺激器刺激患者的大脑皮层。假如患者在电刺激的过程中数数完全停止，并且没有明显的口、面、下颌、舌头的运动，这种现象被称为言语中止（speech arrest，红色流程图所示），这本质上是电刺激干扰了正常的言语输出（speech output）功能。在患者图片命名任务中，医生会展示一些图片，让患者说出图片中物品的名称。假如患者在电刺激的过程中完全不能命名图片中的物品，或者用错误的名词命名，这种现象被称为命名障碍（anomia, 蓝色流程图所示），本质上是电刺激干扰了语义/词汇处理（semantic/lexical processing）的过程。

研究者发现，虽然不同团队所研究的人群具有不同的国籍和文化背景，学习的语言也各不相同，除了具有特异性以外，他们也具有相似的言语输出和语义/词汇处理的脑区。也就是说，人脑中存在着一种跨语言/跨文化的“共同语言皮层”。

随后，研究者整合了4个团队的大样本术中电刺激数据，来构建这一“最小共同语言皮层”的分布图谱。研究者发现，控制言语输出的核心脑区位于大脑中央前回的腹侧部，而非传统的Broca区（额下回三角部、岛盖部）。此外，研究者还发现，Broca区三角部及颞上回后部为两个彼此分离的语义/词汇提取的核心脑区，这个结论进一步证实了语义中枢多中心分布的特点。

这项工作不仅在临床上为神经外科手术提供了语言定位和保护的图谱；也在科学上揭示了跨语种“最小共同语言皮层”的存在，对我们理解人类语言的组织和产生具有重要的贡献；本研究还提示人类文明历经相对隔离的进化，但语言的底层神经机制仍是相同的。

在上述工作的基础上，吴劲松教授团队的路俊锋博士等就“哪里是大脑真正Broca区”的问题对Cathy J. Price教授团队今年1月在Brain发表的“Damage to Broca’s area does not contribute to long-term speech production outcome after stroke”(Gajardo-Vidal et al., 2021)发表评论。该评论以“Where is the speech production area? Evidence from direct cortical electrical stimulation mapping”(Zhao et al., 2021)为题以长篇通讯形式近日再次在Brain杂志上发表。（https://doi.org/10.1093/brain/awab178）

Price教授团队通过分析脑卒中的数据发现Broca区的损伤很少会导致长期的言语产生障碍。然而，由于脑卒中的病灶相对弥散，空间分辨率较低，难以区分Broca相关皮质分区或皮质下纤维束的作用。

为了进一步明确Broca区、皮质下语言通路与言语产生之间的关系，路俊锋博士带领语言团队回顾了77例脑胶质瘤患者唤醒手术的电生理数据，同时采用结构像、弥散张量成像构建皮质及皮质下纤维束，通过对比语言皮质定位的结果，分析上述结构在言语产生功能中的作用。

研究发现，在皮质水平上，言语中止位点（言语产生障碍）的分布与Broca区分布一致性较差，却与中央前回腹侧部一致性较好。大多数言语中止位点位于中央前回腹侧部，尤其是运动前区腹侧部。在皮质下通路水平上，弓状束前支（上纵束第三支）的皮质终点与术中电刺激诱发的言语中止区域具有很高的一致性；利用弓状束前支的终点预测电刺激言语中止区域的敏感性和特异性显着高于Broca区。

过去的一个世纪，神经外科医生一直认为Broca区为言语产生中枢，所以在手术中将Broca区作为手术的禁区。然而，近年来越来越多的证据表明，单纯切除Broca区并不会引起言语产生障碍。因此，这两项工作的开展不仅为“Broca区损伤不会导致长期言语产生障碍”提供了重要的电生理证据；更为重要的是，将有望推翻教科书中的“Broca区是言语产生中枢”的结论，并革新神经外科手术的理念。

复旦大学附属华山医院吴劲松教授为第一项工作的通讯作者，华山医院神经外科主治医师路俊锋博士、博士研究生赵泽昊为第一项工作的共同第一作者。华山医院神经外科主治医师路俊锋博士为第二项工作的通讯作者，博士研究生赵泽昊、刘衍为第二项工作的共同第一作者。

本研究得到了复旦大学附属华山医院周良辅院士和毛颖院长的直接指导和支持。本研究还得到了华山医院麻醉科唤醒麻醉团队、手术室护理团队、神经外科电生理团队的支持和帮助。本研究也要感谢UCSF的李远宁博士、香港大学Shelley Tong教授、上海张江实验室脑与智能科技研究院张寒研究员等为本研究提出的非常有价值的修改意见。本研究受到上海市“脑与类脑智能”市级重大科技专项、上海市张江国家创新示范区重大项目专项资金以及上海申康医院发展中心、上海市科技启明星等项目的资助。

过去10年间，吴劲松教授带领的语言研究团队在周良辅院士和毛颖院长的指导下一直致力于大脑语言功能区肿瘤的定位、保护和语言神经机制的研究，通过唤醒手术和多种语言定位方法的创新(Bu et al., 2021; Ghinda et al., 2016; Hameed et al., 2021; Zhang et al., 2018)使语言区肿瘤的术后远期失语率降低至5%以下，达到国际先进水平。在此基础上，该团队同时致力于采用术中直接电刺激(Wu et al., 2015a; Wu et al., 2015b)和高密度颅内皮层脑电开展大脑语言机制(Li et al., 2021)的探索，这两项工作(Lu et al., 2021; Zhao et al., 2021)是在前期发现汉语语言特异性的基础上(Wu et al., 2015b)，进一步扩大样本量探索人类最小共有语言皮层和语言区分布的深入研究。