An Intraoperative Study of Speech-Related Neuronal Activity in the Subthalamic Nucleus of Parkinson's Disease Patients
这项研究表明，丘脑下核包含在音节产生过程中具有不同放电模式的空间组织化言语相关神经元，这表明了解这种组织结构有助于优化深部脑刺激靶点，从而最大限度地减少帕金森病患者的言语副作用。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
在脑部深处，隐藏在思考皮层表层之下，有一个被称为丘脑下核的小型杏仁状结构。几十年来，这个微小的区域一直被视为运动控制的关键“交换机”。当它发生功能障碍时（如在帕金森病中），身体平滑运动的能力就会崩溃，导致定义了该疾病特征的震颤和僵硬。为了治疗这种病症，医生通常会在这个核团中植入微小的电极，通过传递轻微的电脉冲来恢复患者行走或书写的能力。虽然这一程序在改善运动方面取得了显著成功，但有时会带来一个意想不到的副作用：言语的变化。患者可能会发现自己的声音变得更轻、语速变慢或节奏紊乱。多年来，科学家们一直在探究，为什么一种能够修复手脚的疗法，却会在嘴部动作上“绊跤”。答案很可能在于丘脑下核本身复杂的布线系统——在这个地方，大脑关于移动手的指令与关于塑造声音的指令可能正运行在平行的轨道上，且距离近到无法忽视。
在最近的一项研究中，来自布拉格及其技术大学的研究团队决定直接观察这个核团内部的单个细胞，以观察它们在人说话时的行为表现。他们研究了十三名正在接受植入深部脑刺激电极手术的患者。在永久性设备安置之前，外科医生使用一根临时且超细的导线，在患者清醒的状态下监听单个神经元的电信号活动。患者被要求执行两项简单的任务。首先，他们看着一张手的图片，并尽可能快地用拇指按压按钮。其次，他们看着一些音节的图片，并快速重复发出“pa”、“ta”和“ka”的声音。这种特定的序列是言语障碍的标准测试，因为它迫使嘴唇、舌尖和舌后部进行快速的连续运动。通过在这些时刻记录128个独立脑细胞的电脉冲，研究小组精确绘制了哪些神经元在活跃，而哪些神经元在静默。
结果揭示了一幅出人意料的有组织性的言语活动图谱。研究人员发现，他们记录的神经元中近一半都参与了言语任务。这些细胞的表现并不一致：有些神经元增加了放电频率，表现得异常活跃；而另一些则降低了频率，陷入沉默。至关重要的是，这些细胞的位置非常关键。当言语任务开始时变得更加活跃的神经元，聚集在丘脑下核的下部或腹侧部分。相比之下，那些活跃度下降的神经元则散布在整个核团的运动区域。这表明大脑并不将言语视为一个单一、统一的活动块，而是为过程的不同部分使用了不同的区域。研究还显示，特定的神经元会对特定的声音做出反应。有些细胞仅对需要闭合嘴唇的“pa”声做出反应，而另一些则对涉及舌头动作的“ta”或“ka”做出反应。这种精细程度表明，丘脑下核不仅仅是一个通用的运动中心，还是一个积极管理言语器官精确时序与协调的场所。
研究人员还观察了这些细胞在与手部任务相关联时的行为。虽然许多神经元对手部运动有反应，但很大一部分与言语相关的细胞也对手部任务产生了反应，这表明大脑中负责言语和手部运动的区域是深度交织在一起的。然而，研究并未发现这些特定神经元的活动与患者术前言语障碍的严重程度之间存在直接联系。这意味着这些细胞的放电方式是言语准备与执行过程中的基本组成部分，无论患者当前是否正受病情困扰。这项研究表明，这些细胞的空间排列——即它们在核团中的位置以及它们的放电方式——可以解释为什么深部脑刺激有时能改善运动却损害言语。如果电极放置的位置过低，它可能会刺激那些本应保持安静的细胞群，或者破坏活跃组与静默组之间的微妙平衡。
这项工作为大脑用于言语的内部地理构造提供了更清晰的图景。通过识别出言语相关神经元并非随机分布，而是遵循基于其活动的特定模式，该研究为未来的治疗提供了新的目标。它表明，外科医生或许能够更精确地放置电极，以避开控制言语的特定区域，从而在修复运动的同时保留声音。这些发现并没有解决帕金森病引起的言语变化问题，但它们提供了一张具体的地形图。医生不再需要猜测受影响的是大脑的哪个部分，现在他们拥有证据证明，丘脑下核包含了用于言语准备和产生的不同“社区”，每个社区都有其细胞行为的独特规则。这一知识使医学界离量身定制全方位治疗的目标又近了一步，确保针对一种症状的疗法不会无意中创造出另一种症状。
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