2023年06月08日发布 | 2757阅读

【中国声音】JNS:华山医院提出术前语言功能定位新方法,灵敏度可达95%

吴劲松

复旦大学附属华山医院

路俊锋

复旦大学附属华山医院

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近期,复旦大学附属华山医院吴劲松教授团队《Journal of Neurosurgery》在线发表题为《Convergence of the arcuate fasciculus and third branch of the superior longitudinal fasciculus with direct cortical stimulation–induced speech arrest area in the anterior ventral precentral gyrus》的研究论文[1]本研究结合基于弥散张量成像(DTI)的纤维追踪技术与脑功能定位的金标准——术中直接皮质电刺激(DCS)技术,提出了通过弓状束和上纵束第三支定位运动性语言中枢的新方法,并证实该方法的灵敏度为95.0%,特异度为73.9%。



引  言


1861年,神经外科先驱Paul Broca基于8例颅脑损伤病人的病灶-症状对应关系提出左侧额下回后部(Broca区,岛盖部和三角部)是言语产生的中心[2,3]。然而,近期部分神经语言学研究对这一著名的脑功能局部定位理论提出了质疑[4,5]。首先,Dronkers等人对Broca两个典型病例的尸脑进行了磁共振扫描,结果显示其病灶范围也包括了Broca区周围的皮质和皮质下结构,例如中央前回腹侧部(vPCG)、弓状束(AF)和上纵束第三支(SLF-III)[3]。其次,Broca区的损伤并不一定伴随长期言语输出缺陷,而与语义、句法和语音障碍相关[3,6-8]。另一方面,越来越多的病灶学证据表明,左侧vPCG的损伤或切除可能会导致持续性言语产生障碍[7,9,10]此外,本团队前期发表于《Brain》期刊的多中心跨语种术中直接皮质电刺激(DCS)研究还揭示了电刺激诱发的言语产生位点的峰值和聚类中心位于vPCG,进一步为vPCG作为言语输出功能的关键节点提供了直接因果证据[11](推荐阅读:《Brain:复旦华山神外绘制人类“最小共同语言皮层“电生理图谱》)。

语言的双通路模型认为,背侧语音通路,即语言优势半球中的AF和SLF-III,是介导言语产生功能的核心纤维通路[12,13]。这两个纤维束将颞叶和顶叶语言区向前连接至额叶vPCG和相邻的Broca区[14-16]。前期病灶学研究提示皮质下AF/SLF-III通路的损伤或许能解释中风后长期言语输出障碍症状[17]。然而,AF/SLF-III的皮质连接与言语输出区域之间的对应关系仍不清楚。鉴于白质纤维连接是脑功能网络的结构基础,我们推测AF/SLF-III的终末端可能会在个体和群体水平上与言语输出功能区重合。



研究方法


我们首先回顾性筛选了75例在华山医院接受唤醒术中左侧优势半球语言定位且DTI数据完整的额叶胶质瘤患者(组1);为了排除肿瘤及瘤周水肿的影响,模拟正常人群的皮质功能分布,我们进一步筛选出26例患者(组2),其胶质瘤或水肿未影响Broca区、腹侧前中央回(vPCG)及相应的皮质下纤维通路。随后,我们构建基于DCS的言语中止位点分布图(对应言语输出功能区)及基于DTI的AF和SLF-III额叶终末端分布图,利用Cohen's kappa(κ)一致性分析计算两者的一致性水平。最后,我们额外构建了192名健康受试者(组3)的AF/SLF-III额叶连接图谱,用以检测其在预测组2言语输出功能区的有效性。



结  果


我们发现在组1患者中,言语中止位点与SLF-III的额叶终末端具有高度一致性,与AF和AF/SLF-III复合体具有中度一致性(所有p<0.0001)(图1M)。通过卡方检验(图1N),证实单独AF定位运动性语言中枢的灵敏度为86.6%,特异度为75.6%;单独SLF-III的灵敏度为82.8%,特异度为86.5%;联合AF和SLF-III的定位灵敏度为95%,特异度为73.9%。远高于传统的语言功能磁共振定位方法(灵敏度为37.1%,特异度为83.4%)[18]


图1:组1中DCS言语中止位点与AF/SLF-III额叶终末端之间的一致性。


在充分排除了肿瘤病灶和瘤周水肿的影响的患者中(组2),我们发现AF和SLF-III的额叶终末端存在一定程度的个体变异性(图2)。绝大部分患者的AF/SLF-III主要终止于vPCG前缘(vPCGa),而部分患者的AF/SLF-III还可终止于Broca区岛盖部(图2)。然而,即便这种纤维结构的个体差异存在,言语中止位点与AF/SLF-III的额叶终末端仍存在个体水平上的一致性(图2)。


图2:个体水平上言语中止位点与AF/SLF-III额叶终末端之间的一致性。


此外,在群体水平上,组2患者的DCS言语中止位点主要(85.1%)集中于vPCGa,与AF/SLF-III的分布亦存在显著的一致性(SLF-III:κ=0.73±0.05;AF:κ=0.49±0.05;AF/SLF-III复合体:κ=0.56±0.05,p<0.0001)(图3I,3J)。


图3:Broca区和腹侧中央叶的言语和语言相关功能区与AF/SLF-III终末端之间的空间关系。


在大样本正常受试者(组3)中,AF和SLF-III的终末端均主要分布于vPCGa(图4A-4D)。此外,ROC曲线下面积(AUC)显示AF/SLF-III终末端很好地预测了组2中的DCS言语输出区域(AF:AUC 86.5%;SLF-III:AUC 79.0%;AF/SLF-III复合体:AUC 86.7%)(图4E)。


图4:健康受试者(组3)AF和SLF-III的额叶终末端概率图谱及其与言语/语言功能图谱的关系。


研究结论:

本研究通过DCS言语输出功能定位阳性位点与AF/SLF-III额叶皮质终末端在左侧中央前回腹侧部前缘(vPCGa)中的一致性为vPCGa在言语输出功能中的关键节点作用提供了重要证据。这些发现将为我们理解脑语言网络提供重要见解,并为脑肿瘤患者术前基于多模态影像的手术规划提供了重要的定位方法和技术。



研究团队介绍


复旦大学附属华山医院吴劲松教授为本文的最后作者,华山医院神经外科路俊锋副主任医师为本文的通讯作者,华山医院神经外科赵泽昊博士,华东师范大学黄楚中副教授,布朗大学苑诗文博士为本文的共同第一作者。

吴劲松 教授

复旦大学附属华山医院

医学博士,主任医师

复旦大学教授,复旦大学博士研究生导师,上海市卫生系统优秀学科带头人

复旦大学附属华山医院神经外科副主任(科研)

复旦大学神经外科研究所副所长

复旦大学附属华山医院生物样本库主任

国家神经疾病医学中心脑胶质瘤专业组长

复旦大学附属华山医院伦理委员会委员

上海市抗癌协会常务理事,兼神经肿瘤专业委员会主任委员

中国抗癌协会神经肿瘤专业委员会副主任委员,兼脑胶质瘤学组组长

中国神经科学学会脑机接口与交互分会副主任委员

中国研究型医院学会精准神经外科委员会副主任委员

中国抗癌协会肿瘤样本整合研究分会常务委员

上海市神经科学学会理事

上海脑科学与类脑研究中心专家组专家

ASNO科学委员会委员

WFNS教育委员会委员

上海市浦东新区政协委员

上海市侨界知识分子联谊会第九届理事会常务理事

路俊锋 副主任医师

复旦大学附属华山医院

医学博士,复旦大学附属华山医院神经外科副主任医师

国家神经疾病医学中心青年骨干

科技部“脑科学与类脑研究”重大项目青年科学家

复旦大学神经外科研究所脑功能实验室副主任

中国研究型学会神经电生理专委会委员

上海市神经科学学会理事

获批国家发明及实用新型专利4项;主持国家级省部级项目8项;(共同)第一或通讯作者在Nature Communications、Nature Human Behaviour、Brain等杂志发表论文20余篇

曾获上海市优秀发明金奖、上海市优博、上海市科技进步一等奖(第三完成人)、上海市卫生系统优秀青年医学人才、上海市青年启明星、上海市浦江人才



参考文献


[1] Zhao Z, Huang C-C, Yuan S, Zhang J, Lin C-P, Lu J, Duffau H, Wu J. Convergence of the arcuate fasciculus and third branch of the superior longitudinal fasciculus with direct cortical stimulation–induced speech arrest area in the anterior ventral precentral gyrus[J]. Journal of Neurosurgery, 2023, 1(aop): 1-12.

[2] Friedrich P, Anderson C, Schmitz J, Schluter C, Lor S, Stacho M, Strockens F, Grimshaw G, Ocklenburg S. Fundamental or forgotten? Is Pierre Paul Broca still relevant in modern neuroscience?[J]. Laterality, 2019, 24(2): 125-138.

[3] Dronkers NF, Plaisant O, Iba-Zizen MT, Cabanis EA. Paul Broca's historic cases: high resolution MR imaging of the brains of Leborgne and Lelong[J]. Brain, 2007, 130(Pt 5): 1432-1441.

[4] Duffau H. The death of localizationism: The concepts of functional connectome and neuroplasticity deciphered by awake mapping, and their implications for best care of brain-damaged patients[J]. Revista de neurologia, 2021, 177(9): 1093-1103.

[5] Hickok G, Venezia J, Teghipco A. Beyond Broca: Neural Architecture and Evolution of a Dual Motor Speech Coordination System[J]. 2021.

[6] Ojemann G, Mateer C. Human language cortex: localization of memory, syntax, and sequential motor-phoneme identification systems[J]. Science, 1979, 205(4413): 1401-1403.

[7] Penfield W, Roberts L. Speech and brain mechanisms. New Jersey, USA: Princeton University Press, 1959.

[8] Fedorenko E, Blank IA. Broca’s Area Is Not a Natural Kind[J]. Trends in Cognitive Sciences, 2020.

[9] Rolston JD, Englot DJ, Benet A, Li J, Cha S, Berger MS. Frontal operculum gliomas: language outcome following resection[J]. J Neurosurg, 2015, 122(4): 725-734.

[10] Robin D, Jacks A, Ramage A. The neural substrates of apraxia of speech as uncovered by brain imaging: A critical review[J]. Neuroimaging in communication sciences and disorders, 2008: 129-154.

[11] Lu J, Zhao Z, Zhang J, Wu B, Zhu Y, Chang EF, Wu J, Duffau H, Berger MS. Functional maps of direct electrical stimulation-induced speech arrest and anomia: a multicentre retrospective study[J]. Brain, 2021, 144(8): 2541-2553.

[12] Hickok G. Computational neuroanatomy of speech production[J]. Nat Rev Neurosci, 2012, 13(2): 135-145.

[13] Friederici AD. The brain basis of language processing: from structure to function[J]. Physiol Rev, 2011, 91(4): 1357-1392.

[14] Martino J, Hamer PCDW, Berger MS, Lawton MT, Arnold CM, de Lucas EM, Duffau H. Analysis of the subcomponents and cortical terminations of the perisylvian superior longitudinal fasciculus: a fiber dissection and DTI tractography study[J]. Brain Structure and Function, 2013, 218(1): 105-121.

[15] Duffau H, Moritz-Gasser S, Mandonnet E. A re-examination of neural basis of language processing: proposal of a dynamic hodotopical model from data provided by brain stimulation mapping during picture naming[J]. Brain Lang, 2014, 131: 1-10.

[16] Giampiccolo D, Duffau H. Controversy over the temporal cortical terminations of the left arcuate fasciculus: a reappraisal[J]. Brain, 2022, 145(4): 1242-1256.

[17] Gajardo-Vidal A, Lorca-Puls DL, Team P, Warner H, Pshdary B, Crinion JT, Leff AP, Hope TMH, Geva S, Seghier ML, Green DW, Bowman H, Price CJ. Damage to Broca's area does not contribute to long-term speech production outcome after stroke[J]. Brain, 2021, 144(3): 817-832.

[18] Kuchcinski G, Mellerio C, Pallud J, Dezamis E, Turc G, Rigaux-Viode O, Malherbe C, Roca P, Leclerc X, Varlet P, Chretien F, Devaux B, Meder JF, Oppenheim C. Three-tesla functional MR language mapping: comparison with direct cortical stimulation in gliomas[J]. Neurology, 2015, 84(6): 560-568.


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