在对脑瘤或癫痫患者进行脑外科手术时，外科医生必须在确保与语言和运动相关的重要区域保持完整的同时，去除异常组织或肿瘤。最近的一项研究提供了可以帮助医生决定哪些脑区需要保护的见解，从而提高患者手术后的语言功能。这项研究拓宽了我们对大脑如何处理语言的理解，并确定了涉及语言生成的特定大脑皮层区域的关键特征。
在对脑瘤或癫痫患者进行脑外科手术时，外科医生必须仔细去除异常组织或肿瘤，同时保护大脑中与语言和运动相关的关键区域。
来自西北医学中心的一项新研究可能会增强医疗专业人员对应保留哪些脑区的选择，从而改善患者术后语言结果。研究发现加深了我们对大脑语言处理的了解，并突出了特定大脑皮层区域之间协作以促进语言的重要元素。
将大脑的语言网络想象成一个社交网络；科学家们发现了一种关键的“连接器”，类似于一个连接多个子网络的人。这个连接器允许各种子网络进行交互，而消除这些位置可能会导致手术后语言错误的增加，如在命名物体时遇到困难，因为子网络无法协调。
该研究计划于9月16日发表在《自然通讯》上。
调查脑瘤和癫痫患者的脑信号
西北大学的研究人员通过监测患者在大声阅读单词时大脑皮层的电信号，确定了这些重要的语言连接区域。然后，他们利用图论和机器学习分析数据，以确定哪些网络位置是必不可少的。
“这一发现可能会导致更准确和高效的手段来在手术前绘制语言区域，”该研究的主要作者、西北大学范伯格医学院神经学教授Marc Slutzky博士表示。“它可能会增强外科医生进行这种绘图的方式，潜在地减少电刺激所需的时间，甚至完全消除它，而仅仅记录电信号。”
由于脑瘤或癫痫而接受手术的患者通常会经历功能映射，这涉及到通过电刺激大脑直接识别关键区域（尤其在大脑皮层中）。这有助于神经外科医生避免去除与语言相关的重要区域。例如，如果刺激暂时干扰患者的语言或命名物体的能力，这表明该刺激区域对这些功能很重要。
当前刺激技术的局限性
“这种方法在过去50多年中几乎没有改变，我们仍然未完全了解刺激期间发生了什么，”Slutzky提到。“不清楚为什么通过刺激识别出的某些位置被认为对语言和言语至关重要。”
“在说话时，多种脑区表现出活动，但只有少数被认定为重要，这取决于它们在刺激期间的反应。解决这个问题可能有助于阐明电刺激如何影响大脑并帮助言语生成。”
美国约有120万人生活在脑瘤中
目前，许多脑瘤患者在手术期间需要在清醒的状态下接受20到60分钟的电刺激。然而，这种技术并非完美，不能可靠地标定语言区域；它可能会产生假阳性或假阴性，甚至导致癫痫发作。
“这对患者来说并不是一种愉快的体验，”Slutzky解释说。“癫痫患者的定位可能需要一到两天，对他们而言很费力。”
Slutzky补充道，当癫痫发作未能通过药物良好控制时，患者可能需要手术。
研究方法
研究人员记录了来自16名被诊断为脑瘤或癫痫患者的皮层表面的电信号（来自西北纪念医院和约翰霍普金斯医院）。电极阵列要么是为监测而先前植入癫痫患者的，要么是在清醒的脑手术中临时放置的，用于为接受绘图的肿瘤患者收集数据。
患者在监视器上阅读显示的单词，同时捕获他们的大脑信号（这一技术称为皮层电图）。科学家们通过图论指标分析这些信号，描述网络连接性——即不同位置的功能性相互作用，可能是局部的、全局的或跨子网络的。他们利用机器学习使用这些指标识别网络中的关键位置，重点关注那些在不同社区之间连接的。
来自西北的其他作者包括Jason K. Hsieh、Prashanth R. Prakash、Robert D. Flint、Zachary Fitzgerald、Emily Mugler、Jessica W. Templer、Joshua M. Rosenow和Matthew C. Tate。
这项西北研究与约翰霍普金斯大学神经学系的Nathan Crone和Yujing Wang以及印第安纳大学心理学与脑科学系的Richard Betzel合作进行。
