過大腦半球言語功能偏側化異常假設

1發展性咀嚼的腦神創傷或腦損傷吃東西是“語言節奏障礙，患者清楚地知道自己想說什么，但通常很難根據不隨意重復發音來判斷自己在表達過程中是困難的。”。口吃可分為發展性口吃(developmentalstuttering)和獲得性口吃(acquiredstuttering)。兒童期出現的口吃稱為發展性口吃,發生率約為5%。獲得性口吃主要是由藥物、精神創傷或腦損傷等因素引起。由于發展性口吃對兒童的認知、情感、自我概念和社會性發展都有明顯影響,因此已成為教育學、心理學、認知神經科學和行為遺傳學等多學科共同關注的研究課題。口吃神經機制的研究已有1000多年。19世紀中葉前,人們曾認為口吃可能與舌和喉部肌肉的運動異常有關。19世紀中后葉,布羅卡和維爾尼克失語癥的相繼發現使研究者開始推想“口吃可能是言語中樞的機能障礙所致”。20世紀二三十年代,Orton和LeeTravis提出了口吃者可能存在大腦言語和語言功能偏側化異常的假說。近20多年來,研究者采用ERPs(事件相關電位)、MEG(腦磁圖)、SPECT(單光子放射斷層掃描)、PET(正電子放射斷層掃描)、MRI(磁共振成像)和fMRI(功能磁共振成像)等新技術對發展性口吃的腦功能障礙進行了大量研究,獲得的資料在支持口吃可能與大腦功能偏側化異常有關的同時,還發現聽覺皮層、運動皮層和皮層下多個與言語產生有關的腦區存在異常激活。據此,研究者推測發展性口吃可能與言語產生相關腦區之間的動態活動關系異常或它們之間通路聯系故障有關。2臨床研究和證據Orton和LeeTravis認為,口吃者的大腦左側半球對言語活動的優勢控制不足,其兩側大腦半球均發送各自的神經信號控制言語產生,使兩側肌肉出現非同步活動而導致口吃。這種大腦功能偏側化異常理論得到了先期的臨床資料和行為實驗,如Wada測驗和雙耳分聽等研究證據的支持。近期對發展性口吃的神經成像研究從結構和功能上為這一理論提供了更為直接的證據。2.1發展性口吃者的腦區功能Foundas等采用MRI對慢性發展性口吃者的檢查發現,患者的顳葉平面比正常人大(左側大23%,右側大30%),且兩側更對稱,額葉和負責言語和語言活動的外側裂腦區的腦回數量也較正常人增多。J?nck等采用基于體元的結構分析技術(VBM)檢查了大腦的白質和灰質容積,發現發展性口吃者聽覺皮層的白質容量在兩半球異常對稱,且右半球的顳上回(包括顳葉平面)、額下回(包括三角部)、額中回前部以及與口和面代表區臨近的中央前回等腦區的白質容量都大于正常人。研究者推測,這可能會導致口吃者這些腦區間的信息交流障礙,并有可能產生異常的加工方式。Foundas等的研究還發現,成年發展性口吃者的大腦半球和整個腦的容量與正常人沒有差異,但缺乏正常人的額葉右大于左和枕葉左大于右的不對稱性。他們認為,這種偏側化的結構異常在成年口吃者中更為常見,可能是成年口吃者的主要特征。2.2口吃者運動腦區激活Wood等最先采用SPECT檢查了兩例發展性口吃者,發現他們用口吃性言語大聲朗讀時左側額下回前部(布羅卡區)的局部血流量較右側相同區域減少。當服用氟哌啶醇(一種強安定藥)使言語變得流利時,左半球的血流量則高于右半球。Pool等的研究也發現,發展性口吃者在靜息狀態下的左半球血流量低于右半球,且與口吃的嚴重程度有關。Watson等用PET檢查發現,成年慢性口吃者的中部顳區和皮層下區域存在類似的兩腦血流不對稱(左<右)。Fox等的PET研究也發現,在自然言語產生任務中口吃者的大腦皮層和小腦廣泛激活,表現為右半球強于左半球的右側化現象。經流利誘導后口吃者運動區的激活恢復為正常的左半球活動更強,尤其是輔助運動區、前運動區和顳葉皮層。Fox等的另一項PET研究還發現,單獨言語和合聲朗讀都激活了言語產生相關的運動腦區,但患者的口吃頻率與大腦右半球和小腦左半球的激活明顯相關。近期的一項fMRI研究也發現,相對于無意義單詞任務,正常人讀有意義課文時典型語言區(如角回、維爾尼克區、顳中回和顳極區、前顳極區和布羅卡區等)的激活僅在左側,而發展性口吃者除左半球的這些腦區激活(除了角回)之外,右側維爾尼克區、顳中回和顳極區也有相當強度的激活。一些其它的腦功能成像研究也發現,發展性口吃者在矯治前一般表現為右腦相關腦區的異常過度激活,而左半球言語和語言腦區激活不足,但效矯治后腦激活的偏側化模式接近正常人。DeNil等的PET研究檢查了13名發展性口吃者在集中行為治療和一年追蹤后的治療效果,發現治療前被試在完成默讀任務時除額下回是雙側激活(右>左)之外,大腦激活偏向右側。治療后他們主要表現為左側化激活模式,如額下回的雙側激活模式(偏右)被左側激活所代替,中央前回的激活也由治療前的右側化轉變為剛治療后的雙側化(左>右)和一年后的左側化。最近,Neumann等使用fMRI技術考查了9個發展性口吃成年人治療前后的激活變化,發現與基線條件相比治療前口吃者在完成朗讀任務時右額中回出現高激活,經治療口吃明顯減輕后被試完成同樣的言語任務時大腦半球的言語和語言區及顳葉(如左額下回、左腦島、左顳下回等)表現為左側化的更廣泛激活。他們的另一項fMRI研究也發現口吃者在治療后這種左側化正常模式的恢復。基于以上的研究證據可以推測,發展性口吃者可能存在言語功能的大腦偏側化異常,尤其是顳葉和額葉。他們通常表現出右半球的過度激活,經治療后會明顯減輕或恢復為正常的左側化激活模式。3局部神經回路功能紊亂近年來,隨著腦成像技術空間分辨率的提高,對口吃神經機制的研究不再僅限于兩半球功能激活的比較,也可以檢查不同腦區和局部神經回路存在的功能紊亂。一些研究發現,口吃者在言語產生過程中輔助運動區、前運動區、前腦島、聽覺皮層、小腦和一些皮層下核團的激活均不同于正常言語流利者,而且不同腦區所表現的偏側化程度和模式也各有不同。據此,研究者開始關注不同腦區之間的動態關系和相關神經回路功能異常在發展性口吃發生中的作用,發現口吃可能是聽覺監控障礙和言語運動控制失調所致。3.1口吃者腦區激活聽覺系統障礙是口吃的基本原因之一,具體表現在顳葉對言語的監控能力不足,這一觀點得到了大量臨床資料和腦成像研究的支持。美國國家口吃中心的研究發現,正常人在發聲或朗讀時如果通過耳機將聽覺反饋延遲3秒左右,就會不自覺地出現口吃,而口吃者則可通過延遲反饋或變頻反饋使說話變得流利。因此,口吃者可能存在聽覺加工的缺陷。Fox等的PET研究發現,發展性口吃者在單獨朗讀時左顳葉系統缺乏正常激活,當給予合聲朗讀誘導流利后,一些口吃時去激活的腦區變為正常激活,其中包括顳葉上部和顳葉后部(BA22),即維爾尼克區。他們的研究還發現,患者的口吃頻率還與負責聽覺感知與加工的右顳上回和顳中回的激活呈負相關,而口吃者和正常人這一腦區的激活都與音節頻率呈正相關。他們認為,這些腦區的激活不足可能會影響正常發音通路中的自我監控加工。另有研究發現,甚至在不說話時口吃者的顳葉系統也會出現異常活動。如Ingham等的PET研究顯示,發展性口吃者在想象朗讀和想象口吃時右半球的A2(BA21/22)出現了控制組所沒有的去激活,而當口吃者想象流暢或合聲言語時A2的激活明顯增加。研究者推測,口吃者的這種顳葉激活紊亂可能會嚴重損害其對言語精確自我監控的能力。近期的fMRI研究也支持以上發現,如VanBorsel等考查了發展性口吃者和正常人在大聲朗讀和默讀的腦活動差異。結果發現,控制組在讀有意義課文或無意義詞時聽覺皮層都表現出明顯的雙側激活,而口吃者左右聽覺皮層都未出現高于基線的激活,只有大聲朗讀無意義詞(任務更難)與默讀相比才出現了聽覺皮層的雙側激活。來自口吃治療的研究也發現,言語流暢性明顯改善后出現了雙側顳葉激活的顯著增加。另外,Salmelin等使用MEG考查發展性口吃者聽覺皮層的功能,任務為默讀(僅嘴唇運動)、單獨大聲朗讀和合聲朗讀。在被試完成實驗任務過程中使用單耳音調(monauraltones)來探測其聽覺皮層的功能狀態。結果發現,口吃者聽覺皮層的基本組織方式不同于正常人:音調在左側聽覺皮層表征異常;半球間的平衡不穩定,且在自定步調朗讀(增加負荷)時更嚴重。這可能會導致口吃者不能實時有效地解釋聽覺輸入,從而干擾言語的自我監控和在線調節,影響言語的流暢性。最近,Liotti等比較了8例男性成年發展性口吃者和8例正常控制組被試在聽和說元音[a]時的ERPs,也發現口吃者右半球聽覺皮層的早期聽覺加工(N100)受到了異常抑制。以上結果均支持這一假設,即口吃者異常活動的顳葉系統可能會削弱其言語的自我監控能力。言語是一種快速的運動調控任務,運動必需發生在幾毫秒以內,以保證聽者獲取準確的信息。如果監控能力不足、反饋異常,就很可能產生“前運動皮層-聽覺皮層-布羅卡區”通路的異常連接模式,從而干擾這種快速運動程序的運行,導致口吃。3.2口吃者的運動計劃和前運動皮質言語運動控制涉及調節言語產生的組織系統和加工策略(systemsandstrategies),它們負責運動計劃和準備,并執行運動計劃以產生肌肉收縮和組織置換。VanRiper認為,口吃本質上是一種神經肌肉的失調,其關鍵在于言語所要求的復雜運動的同步性延遲或紊亂。很多研究者也指出,口吃是言語肌肉系統的同步性功能障礙,但其神經機理并未闡明。Prescott的ERPs研究發現,口吃者和非口吃者在讀詞時前運動區的CNVs(相關負變化)存在差異。研究者認為,口吃者的困難在于反應參數的設定,而正在進行的程序化控制沒有障礙。Salmelin的MEG研究首次檢查了發展性口吃者言語同步性失調假設的神經機制。研究使用延遲朗讀任務考查了口吃者與非口吃者的皮層激活方式和時間進程的差異。結果發現,在看到單詞后400ms以內(還未朗讀)非口吃者的激活順序先是枕區,后是左額下回的布羅卡區(發音計劃),最后是左側中央溝和背側前運動皮層(運動準備);而口吃者的激活順序則相反,即前運動皮層先激活,再激活布羅卡區。這提示口吃者可能在發音編碼準備之前先啟動了運動計劃。在言語產生后期,正常人右運動皮層或前運動皮層都表現出一致的激活,而口吃者缺乏這些激活。研究者推斷,發展性口吃者在言語過程中與發音(說話)的語言節律和情感韻律有關的神經網絡(包括額下回和右運動或前運動皮層)很可能也有障礙。這一發現得到了Sommer等的擴散張量成像(DTI)研究的支持。他們比較了15名慢性發展性口吃成年人和15名控制組被試的白質顯微結構,發現口吃者左額蓋區(leftRolandicoperculum,與維爾尼克區和布羅卡區毗鄰,參與發音)和腹側前運動皮層(與言語運動計劃有關)與喉和舌的皮層運動控制代表區之間的連接纖維大約少了30%。這很可能影響運動皮層與前運動皮層的同步協調性,干擾慢性發展性口吃者言語相關腦區的激活時程。另外,Foundas等根據口吃者存在額葉和外側裂言語和語言區腦回數量增多的證據也認為,腦回的形成是一個復雜的發展過程,其異常可能是發展性失調的標志,增多的腦回很可能會破壞聽覺區與運動區的連接,干擾流暢言語產生所必需的快速感覺運動整合。來自口吃治療的研究表明,發展性口吃者在言語流暢性改善后出現了右額葉的激活降低,而左額葉(如左額下回、左腦島、左額蓋區)的激活更強更廣泛。研究者認為,這種激活改變有可能在左半球重建了言語運動計劃與執行腦區的神經交流,言語控制從右半球的代償回歸為左額葉皮層的優勢。DeNil研究小組的發現也表明,流暢形成治療后口吃者在完成公開朗讀任務時左側運動皮層和顳上皮層的激活增加。研究者推測,這是因為治療加強了言語發音運動的連續性自我監控能力,使發音、發聲和呼吸運動的序列性得到優化。可見,發展性口吃者言語產生網絡的同步性失調可能影響了正常的言語產生,而有效治療則可以重建言語運動計劃和執行腦區與顳葉區的神經交流,重建正常言語產生的大腦回路。最近,研究者還關注了對言語運動控制有重要影響的皮層下結構功能障礙對口吃的影響。Alm等提出口吃者的“皮層-基底神經節-丘腦-皮層”通路存在紊亂,認為這主要是由于基底神經節的功能障礙導致不能在連續言語過程中提供有效的時間線索,影響了言語的流暢性。此外,有人總結了從上世紀70年代以來的25個獲得性口吃的成像研究資料,發現有75%的患者涉及皮層下腦區(基底神經節,丘腦,內囊和胼胝體)的損傷。研究者認為,那些參與調節腦區間快速交流的結構(如胼胝體),或對多個腦區施加影響的腦區(如基底神經節和丘腦)的損傷都會干擾言語產生腦區之間的快速聯絡,導致口吃。可見,口吃可能反映了言語運動系統的協調不足,如白質通路的發展缺陷,或神經修剪的減少都可能影響言語產生系統的快速聯絡,使言語產生所要求的精確同步性受到影響。口吃者的中樞控制異常可能不是由一個特定腦區的紊亂所致,而是一種系統性的功能障礙,這種障礙干擾了言語產生所必需的快速動態加工,造成運動控制失調。4口吃者的語言和內發展性口腔盡管發展性口吃的腦功能成像研究資料支持口吃者的言語和語言加工可能存在大腦功能偏側化異常,但這究竟是口吃產生的原因還是結果,仍然存在不同的解釋。Webster等認為,無論正常人還是口吃者都依靠左半球進行語言和言語加工,但口吃者右半球在不適宜的時間以不適合的方式參與了這一過程,導致兩半球的競爭,使言語產生的時間順序受到干擾,從而引發了口吃癥狀。Bogerg的EEG研究也發現口吃者右半球α波的活動異常,認為口吃者在言語過程中無法穩定有效地抑制右側的同源皮層。而Wu等的一項PET研究發現口吃者左側布羅卡區和威爾尼克區激活不足,認為左側激活不足是口吃產生的原因,而右側激活過度只是一種功能性代償,是為了控制由于口吃而引起的不良外部表現,它很可能是口吃的結果。Fox和Braun的研究結果支持后者。最近也有研究發現口吃者左半球言語相關腦區的白質纖維異常。所以,口吃者的功能障礙很可能主要在左半球,右半球的過度激活可能只是一種補償性加工。但由于右半球并不擅長言語任務,所以這種補償是缺陷性的。因此,雖然有右半球的過度激活,患者仍會出現口吃。另外,由于其它發展性失調(如閱讀障礙)也有偏側化的異常表現,所以偏側化異常可能并非發展性口吃的特異性表現。最近,Foundas等根據大量有關口吃的腦成像研究資料提出了一個由外語言通路和內發音通路所構成的“雙環路”言語產生模型來解釋發展性口吃的神經機制(見圖1)。外環語言通路由大腦外側裂言語—語言區(包括顳葉平面、頂下葉和額葉語言區——三角區和鰓蓋區)和一些相互連接的白質通路組成,它負責語音、詞匯和語法等語言功能,以及聽覺口語信號的初步加工,如選擇和監控言語發聲。這條通路在聽覺自我監控中起非常重要的作用。內環發音通路由皮層和皮層下運動區組成,包括錐體系統(初級運動皮層和前運動皮層)和錐體外運動系統(紋狀體、黑質和丘腦下核)及小腦。內環通路參與發音器官的運動程序編碼,在言語輸出的運動控制中起重要作用。內環通路和外環通路在最后的言語輸出路徑上相互聯系,言語輸出也有反饋傳入顳葉聽覺區。理論上,這個外—內“雙環路”構成的神經網絡中任何一個環節的故障都可能干擾環路中的信息流,導致調節言語產生肌肉活動的激活不同步,從而誘發口吃。因此,口吃可能反映了這兩個環路的激活同步性受到干擾時系統的暫時不穩定狀態,如顳葉平面增大或白質纖維異常都會干擾外環路的信息流。顯然,外—內“雙環路”模型傾向于以神經網絡的觀點解釋發展性口吃產生的神經機制,不僅強調了與言語—語言相關的大腦左半球多個腦區及其神經聯系可能存在結構或功能異常,也指出了負責言語輸出運動控制的皮層和皮層下結構的功能障礙在口吃發生中的作用。5發展性咀嚼的病理與臨床研究縱觀以上的研究資料,特別是近期的神經成像證據,有關發展性口吃腦機制的研究已經取得了明顯的進展。一方面,研究者以Orton和LeeTravis有關口吃者可能存在大腦功能偏側化異常的經典假說為基本模式,檢查了發展性口吃的半球功能障礙。一些發現支持這一假說,但有關偏側化異常與口吃發生的關系,仍存在兩種解釋——兩半球競爭言語產生和右半球缺陷性代償。需要指出的是,大腦功能偏側化異常模式對口吃機制的解釋看起來似乎簡單明了,但言語產生畢竟是一個需要許多大腦皮層腦區和皮層下結構共同參與完成的復雜加工過程。僅僅