Planowanie mowy nie ogranicza się do obszaru Broki. Badacze z UCSF wskazują nowy kluczowy ośrodek: środkowy zakręt przedśrodkowy
Proces mówienia jest jednym z najbardziej złożonych działań wykonywanych przez człowieka. Zanim padnie pierwsze słowo, mózg musi przekształcić intencję wypowiedzi w sekwencję impulsów kierujących dziesiątkami mięśni aparatu mowy.
Przez ponad sto lat uważano, że za planowanie tych ruchów odpowiada głównie tzw. obszar Broki. Jednak nowe badanie naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (UCSF) wskazuje na szerszą sieć neuronalną z kluczową rolą mniej znanego obszaru: środkowego zakrętu przedśrodkowego (ang, middle precentral gyrus, mPrCG).
„Okazuje się, że ten fragment mózgu ma znacznie bardziej złożoną i istotną funkcję niż wcześniej sądzono” – mówi prof. Edward Chang, neurochirurg i kierownik zespołu badawczego, dodając: „To właśnie tam dźwięki mowy są łączone w słowa, co jest niezbędne do ich poprawnej artykulacji”.
Nowe centrum planowania artykulacji
Wyniki badania, opublikowanego 16 lipca w Nature Human Behaviour, mogą zmienić sposób myślenia o zaburzeniach mowy, pomóc w projektowaniu technologii komunikacyjnych dla osób sparaliżowanych i poprawić precyzję neurochirurgii w obszarach odpowiedzialnych za mowę.
Choć obszar Broki od dawna uznawany jest za główne centrum językowe mózgu, prof. Chang, związany z UCSF Weill Institute for Neurosciences, już wcześniej obserwował przypadki, które sugerowały istnienie innych, równie ważnych ośrodków. W jednym z nich usunięcie guza z rejonu mPrCG skutkowało wystąpieniem apraksji mowy. Zaburzenia, w którym pacjent zachowuje świadomość wypowiadanych słów, ale ma trudności z ich realizacją artykulacyjną. Tego typu objawy nie pojawiały się po operacjach w klasycznym obszarze Broki.
Zespół badawczy w składzie Jessie Liu, Lingyun Zhao i Edward Chang postanowił zbadać ten fenomen systematycznie. W tym celu wykorzystał dane od 14 pacjentów z padaczką, poddawanych planowym operacjom neurochirurgicznym. U wszystkich zastosowano siatki elektrod powierzchniowych, które rejestrowały aktywność neuronalną w czasie rzeczywistym, tuż przed wypowiadaniem słów i sylab.
Im trudniejsza sekwencja, tym większa aktywność
Uczestnicy badania odczytywali na głos pojawiające się na ekranie proste i złożone ciągi sylab: od powtarzalnych, takich jak „ba-ba-ba”, po bardziej zróżnicowane, jak „ba-da-ga”. Okazało się, że mPrCG reagował mocniej w przypadku bardziej złożonych sekwencji. Co więcej, poziom aktywacji tego obszaru korelował z czasem rozpoczęcia wypowiedzi. Im bardziej aktywny był mPrCG, tym szybciej uczestnik zaczynał mówić.
„Zaobserwowaliśmy, że w tym regionie wzrasta obciążenie przy planowaniu trudniejszych sekwencji dźwięków, a następnie pojawia się sygnał dla mięśni artykulacyjnych, by plan działania wprowadzić w życie” – wyjaśnia Jessie Liu, doktor neurobiologii. „To wyraźny sygnał, że mPrCG pełni kluczową funkcję w organizacji mowy, mimo że znajduje się poza klasycznym obszarem Broki”.
Z intencji w działanie: testy z użyciem stymulacji
Zespół przeprowadził także eksperymenty z bezpośrednią stymulacją mPrCG u pięciu pacjentów podczas wypowiadania sylab. W przypadku prostych sekwencji nie zaobserwowano zakłóceń. Jednak przy bardziej złożonych ciągach stymulacja prowadziła do błędów przypominających apraksję mowy. To silny dowód na to, że mPrCG nie tylko planuje, ale i koordynuje ruchy artykulacyjne w czasie rzeczywistym.
„Ten obszar pełni rolę, którą wcześniej przypisywano Broce, ale która nigdy nie do końca tam pasowała” – podkreśla Liu. „Nasze badania otwierają nowy kierunek w neurobiologii mowy – zrozumienie mechanizmów działania mPrCG może przybliżyć nas do pełniejszego obrazu tego, jak mózg zamienia myśli w dźwięki”.
Nowe perspektywy dla neurologii i technologii komunikacyjnych
Odkrycia zespołu UCSF mogą mieć zastosowanie w neurochirurgii, logopedii i neurotechnologii. Precyzyjne mapowanie funkcji mPrCG może pomóc uniknąć uszkodzeń obszarów mowy podczas operacji, a także wspierać rozwój urządzeń komunikacyjnych dla osób z paraliżem.
Zespół Changa pracuje równolegle nad interfejsem mózg-komputer, który dekoduje aktywność neuronalną i przekształca ją w mowę syntetyczną. Zrozumienie, jak mózg sekwencjonuje dźwięki i przekształca je w słowa, to klucz do stworzenia naturalnie brzmiących i szybkich systemów wspomagania mowy.
Źródła:
Liu J., Zhao L., Chang E.F., Nature Human Behaviour, 2025
Uniwersytet Kalifornijski w San Francisco, komunikat prasowy z 16 lipca 2025 r.
https://www.eurekalert.org/news-releases/1091314