Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско пересмотрели вековые представления о том, как наш мозг управляет речью. Раньше считалось, что за сложнейший процесс говорения отвечает одна небольшая зона в лобной доле, так называемая область Брока. Но новое исследование показало, что все гораздо сложнее и интереснее.

Речь — это невероятно сложный механизм. Прежде чем издать хотя бы звук, ваш мозг проделывает титаническую работу: он преобразует мысль в четкую последовательность команд для десятков мышц, которые должны сокращаться в идеальном порядке.

Более ста лет наука была уверена, что всем этим планированием и координацией — тем, что называют речедвигательным последовательным поведением, — заправляет область Брока. Однако теперь выяснилось, что за этим стоит обширная сеть нейронов, раскинувшаяся по разным участкам мозга. Центром этой сети оказалась область под названием средняя прецентральная извилина (mPrCG). Раньше думали, что она управляет лишь гортанью, помогая нам повышать или понижать голос.

Оказывается, у этой части мозга куда более интересная и важная роль, — объясняет Эдвард Чанг, доктор медицинских наук, руководитель отделения нейрохирургии и старший автор исследования. — Она, как дирижер, собирает отдельные звуки в слова, и без этого мы просто не смогли бы их выговорить.

Это открытие, опубликованное в журнале Nature Human Behaviour, может изменить подход к лечению речевых расстройств, ускорить разработку интерфейсов «мозг-компьютер» для парализованных людей и помочь нейрохирургам сохранить речь пациентам после операций на мозге.

Подозрения, что область Брока не единственный «речевой центр», у доктора Чанга появились несколько лет назад. Однажды он наблюдал пациента, которому удалили опухоль как раз из средней прецентральной извилины. После операции у человека развилась апраксия речи: он прекрасно понимал, что хочет сказать, но не мог координировать движения языка и губ, чтобы произнести это четко. При аналогичных операциях в зоне Брока такого не происходило.

Чтобы проверить свою гипотезу, Чанг и его коллеги провели эксперимент с участием 14 добровольцев, которые готовились к операции по лечению эпилепсии. Им на поверхность мозга установили специальные сетки электродов. Эти электроды обычно используют для точного определения очага эпилептических припадков, но ученые использовали их, чтобы «подслушать» сигналы мозга прямо в момент речи.

Участникам показывали на экране наборы слогов и слов и просили произнести их вслух. Наборы были разной сложности:

• Простые: например, повторяющееся «ба-ба-ба».
• Сложные: например, «ба-да-га», где нужно быстро переключаться между разными звуками.

Исследователи обнаружили две важные вещи. Во-первых, активность нейронов в средней прецентральной извилине резко возрастала, когда человек готовился произнести сложную последовательность звуков. Во-вторых, чем активнее была эта зона, тем быстрее человек начинал говорить после команды. Это означало, что область не просто управляет мышцами, а активно участвует в планировании речи.

Затем ученые пошли дальше и с помощью тех же электродов мягко стимулировали эту зону прямо в момент, когда люди произносили слоги. Результат был поразительным:

• При произнесении простых последовательностей стимуляция не мешала.
• Когда последовательности были сложными, стимуляция вызывала ошибки, очень похожие на апраксию речи — люди путались в звуках, не могли четко выговорить слово.

Это окончательно убедило команду, что средняя прецентральная извилина — это критически важный мост между нашим намерением что-то сказать и физическими действиями, необходимыми для этого. Она берет план, созданный в других центрах мозга, и преобразует его в подробную инструкцию для речевого аппарата.

Эта зона играет живительную роль, которую раньше приписывали области Брока, но которая ей не совсем подходила, — говорит Джесси Лю, ведущий автор исследования. — Теперь мы будем двигаться в новом направлении, и понимание работы mPrCG откроет нам тайну того, как мы говорим.

Практическая польза этого исследования многогранна.

• Во-первых, это прямой путь к совершенствованию методов лечения речевых расстройств, таких как апраксия или афатия после инсульта. Понимая точный механизм координации звуков, мы можем разрабатывать более прицельные методики реабилитации, например, с помощью нейрофидбэк или магнитной стимуляции именно этих ключевых зон.
• Во-вторых, это прорыв для интерфейсов «мозг-компьютер». Если мы знаем, как выглядит „шаблон“ нейронной активности для сборки слова из звуков, мы можем научить алгоритмы расшифровывать эти сигналы гораздо точнее. Это даст парализованным людям возможность общаться не просто по буквам, а целыми словами и фразами, сделав их коммуникацию более естественной и быстрой.
• Наконец, для нейрохирургов это бесценная карта: зная точное расположение этих речевых «дирижеров», они смогут планировать операции на мозге с минимальными рисками для речи пациента.

Основное замечание касается выборки и метода. Исследование проводилось на 14 пациентах с тяжелой формой эпилепсии, которым уже требовалось инвазивное вмешательство с имплантацией электродов. Их мозг может функционировать иначе, чем мозг здорового человека, из-за длительного заболевания и приема противосудорожных препаратов. Хотя такая выборка — единственная возможность получить данные высокой точности, экстраполировать результаты на абсолютно здоровых людей следует с определенной осторожностью. Для окончательного подтверждения теории требуются дополнительные исследования с применением неинвазивных методов (например, высокоточного фМРТ) на здоровых добровольцах.

Ранее ученые выяснили, как мозг расшифровывает смысл сказанного.