Картирование речи
Есть такой раздел лингвистики, который называется нейролингвистика. Нейролингвистика изучает связь языка и мозга — например, смотрит на то, что происходит с речью при различных поражениях мозга и, конечно, исследует, как при разных расстройствах речи, связанных с такими поражениями мозга, человеку можно помочь.
Например, нейролингвистика знает, что зоны мозга, ответственные за речь, расположены в левом полушарии, в лобной и височной долях. Да, мы говорим, что конкретные зоны мозга ответственны за конкретные вещи. Например, есть зрительные зоны, которые расположены в затылочной доле головного мозга, а есть слуховые — в височной доле. Зрительные зоны отвечают за обработку визуальной информации, а слуховые — аудиальной. Что это значит? Значит, если у человека по каким-то причинам повреждены зрительные зоны, он может видеть хуже, чем здоровый человек, или не видеть совсем — в зависимости от объёма повреждений, даже если у него здоровые глаза.
История картирования мозга (то есть изучения, какой участок мозга за что ответственен) началась ещё в XIX веке, и началась… с псевдонаучной теории. Была такая псевдонаука френология — её родоначальником стал Франц Галль. Ф. Галль и его последователи считали, что по форме черепа можно предсказать различные качества человека — склонности, таланты и пороки. Например, местонахождение «органа цвета» френологи определяли в районе век, а «органа речи» — под глазами. Однако впоследствии настоящие учёные опровергли френологические теории клинической практикой, и в частности, открыли, что речевые зоны находятся вовсе не под глазами.
У человека есть две речевые зоны мозга: зона Брока и зона Вернике. Они названы в честь открывших их учёных — Поля Брока и Карла Вернике. Свои открытия эти учёные сделали в конце XIX века. Зона Брока отвечает за порождение речи — грубо говоря, она работает тогда, когда человек говорит сам. А зона Вернике отвечает за понимание речи — она работает тогда, когда человек слушает, что говорят другие, и понимает их слова.
Отлично, мы разобрались с тем, где какие зоны мозга расположены. Теперь представим ситуацию: у нас есть пациент с небольшой опухолью мозга. Опухоль находится в левом полушарии мозга, в лобной или височной доле — то есть, в непосредственной близости от речевых центров. Пациента направили на операцию, чтобы эту опухоль удалить, и перед хирургом стоит важная задача: удалить её так аккуратно, чтобы не задеть расположенные рядом речевые центры — ведь если он случайно удалит часть какого-нибудь речевого центра, человек не сможет так же хорошо говорить или понимать речь, как до операции. Чтобы не вырезать речевые центры, хирург должен понимать, где они расположены. Конечно, он помнит, что есть зона Брока и зона Вернике, и он знает, где примерно они должны находиться, однако у всех людей мозг выглядит немного по-разному, и расположение этих зон может отличаться, например, располагаться на пару сантиметров правее или левее. Как же хирургу понять расположение речевых зон у конкретного пациента? А для этого и нужно картирование речи!
Как картируют речь? Золотым стандартом определения местонахождения речевых центров считается внутриоперационное картирование с использованием прямой электрической стимуляции.
Что это такое, как проходит такая стимуляция? Сначала пациенту под наркозом делают краниотомию, то есть удаляют кость черепа так, чтобы открыть доступ к мозгу. Дальше пациента будят и проводят интраоперационное картирование с электростимуляцией: дают пациенту какое-либо речевое задание и одновременно стимулируют определённые участки мозга электродами. Речевые задания — это задания, которые нацелены на использование речи. Например, пациента могут попросить посчитать от одного до десяти или назвать картинки, на которых расположены разные предметы. Когда электрод касается участка мозга, отвечающего за речь, человек не может выполнять данные ему речевые задания или выполняет их с ошибками. Это происходит потому, что электростимуляция нарушает нормальное функционирование стимулируемой области на короткий промежуток времени. Это как раз и обеспечивает реакцию пациента, например, остановку речи или ее искажение. Хирург таким образом обнаруживает границы участка, при стимуляции которого человек выполняет речевые задания с ошибками, и при проведении операции не трогает этот участок для сохранения речевой способности пациента.
Однако по различным причинам не всегда такой метод картирования возможен. Например, если у человека есть риск эпилептических припадков или какие-нибудь другие патологии, или, например, если человек чрезмерно тревожный, и картирование на открытом мозге принесёт много стресса и ему, и команде врачей. В таких случаях картирование проводят до операции другими методами.
Например, дооперационное картирование можно сделать методом функциональной магнитно-резонансной томографии. Функциональная МРТ основана на том, что при активации нейронов в конкретной зоне мозга в этой конкретной зоне изменяется мозговой кровоток. Это и фиксирует фМРТ. На фМРТ видно, как участки мозга, которые задействованы, подсвечиваются — а те, которые активированы больше, подсвечиваются сильнее. На сегодняшний день функциональная МРТ считается одним из самых популярных методов дооперационного картирования речи. Однако фМРТ не очень точный метод картирования с временной точки зрения — он может видеть только медленные изменения активности мозга, хоть и достаточно точен пространственно.
Как проводят функциональную магнитно-резонансную томографию? Человека закатывают в томограф на специальном выдвижном столе, фиксируя ему голову так, чтобы во время томографии она не двигалась. Пациенту выдаются определённые приборы для демонстрации стимулов. Во время исследования пациента просят выполнять определённые задания и смотрят, какие зоны мозга задействуются во время выполнения этого задания.
Есть и другой метод картирования речи — МЭГ, магнитоэнцефалография. Этот метод основан на измерении минимальных магнитных полей и их градиентов, которые генерируются синхронной активностью больших масс нейронов головного мозга. Благодаря этому можно достаточно точно установить локализацию источников мозговой активности и результаты будут точными в пространстве и времени.
Пациента сажают в большое кресло, над которым расположен сам аппарат МЭГ. После настройки необходимого оборудования пациенту также предъявляются определённые задания, и исследователи смотрят на локализацию участков мозга, которые активируются при выполнении того или иного задания.
Ещё один метод дооперационного картирования — картирование методом ТМС, транскраниальной магнитной стимуляции. Этот метод сейчас также используется достаточно часто. При транскраниальной магнитной стимуляции в мозг подаётся короткий магнитный импульс, и меняющееся магнитное поле создаёт в определённых участках мозга электрические токи, влияющие на нейроны. Грубо говоря, стимуляция «тормозит» активность небольшого участка мозга, и человек на время стимуляции (1-2 секунды) теряет ту способность, за которую отвечает этот конкретный участок. Например, если человеку во время стимуляции зоны, отвечающей за речь, дать речевое задание — например, попросить назвать предмет, изображённый на картинке — он с большой вероятностью допустит ошибку в названии или не назовёт совсем, так как стимуляция затормозит активность данной зоны мозга. Таким образом можно ещё до операции предсказать, где находятся речевые центры у конкретного пациента, и операция с большей вероятностью пройдёт успешно.
Какие ошибки могут возникать при стимуляции речевых зон? Например, иногда человек просто не может ничего сказать во время стимуляции. Иногда возникает другой эффект — человек будто забывает конкретное слово, то есть помнит концептуально, что хотел сказать, но слово будто «вылетело из головы». Или другой случай — пациент при стимуляции путает слово с другим похожим на него словом, например, если ему показать картинку с утёнком, он может случайно сказать, что это цыплёнок. При этом в отсутствии стимуляции он будет называть картинки абсолютно нормально.
Для ещё большей точности картирования различные методы можно комбинировать. Например, сначала можно провести дооперационное картирование методом транскраниальной магнитной стимуляции, тем самым узнав, где предположительно находятся речевые зоны мозга, а потом уточнить полученные данные во время внутриоперационного картирования методом прямой электрической стимуляции. Так, во время операции уже будет более понятно, где нужно искать потенциальные речевые центры для картирования, и останется только уточнить их границы электрической стимуляцией. А если по каким-либо причинам внутриоперационное картирование выполнить невозможно, можно комбинировать метод фМРТ и транскраниальную магнитную стимуляцию.
Если всё выполнить правильно, то хирург с очень большой вероятностью сможет провести операцию так, чтобы не задеть важные для речи центры головного мозга, и пациент после операции сможет и порождать, и понимать речь. Так, нейролингвистика вносит очень большой вклад и в клиническую практику тоже — подобные исследования не остаются исключительно фундаментальной наукой, а помогают реальным людям, делают их жизнь лучше.
Картирование речи действительно очень полезно в реальной клинической практике, а разнообразие применяемых методов даёт возможности найти речевые зоны даже в самых сложных случаях у пациентов с набором разных противопоказаний. И картированием речи нейролингвистика не ограничивается — в область деятельности этой науки входит множество других самых интересных проектов, связанных с языком и мозгом! Поэтому если вас привлекает и лингвистика, и биология, если вам интересно одновременно и устройство мозга, и структура речи, возможно, ваше призвание — именно здесь!
Автор — Анна Расюкевич, преподаватель кафедры русского языка АПО