汉语脑语言皮质分布图及脑语言网络的研究

The distribution of human language cortex and the connectivity of language network show extraordinary complexity and plasticity. In the practice of neurosurgery, classical language model and functional MRI (fMRI) failed to meet the demands of precisely locating language cortex and network for each individual patient. Direct Cortical Stimulation (DCS), the 'gold standard' for localization of language cortex, can be applied in awake surgery. Diffusion Tensor Imaging (DTI) and resting-state fMRI (rest-fMRI) are up-to-date technologies to study brain structural and functional network. Based on the rich experience of brain functional neuroimaging and awake surgery for tumor within language areas, we will combine multiple techniques as follows: 1) Using DCS to precisely locate individual cortical language sites in large samples of awake craniotomies and projecting the positive sites to standard brain template, thus generating the composite language maps of Chinese. 2) DCS confirmed language cortical sites as Region of Interests (ROIs) to construct structural and functional connectivity of language networks by applying DTI and rest-fMRI separately and comparatively. This study can not only standardize highly efficient treatment strategies for patient-specific surgery of lesion in language area, but also fill the gap between the studies of modern linguistics and cognition science.

脑语言网络构筑极具复杂性和可塑性。在神经外科实践中，经典语言模型和功能磁共振成像（fMRI）不能满足术中脑语言功能个体化精确定位与保护。直接皮质电刺激（DCS）可用于唤醒手术，是定位脑语言皮质的"金标准"；磁共振弥散张量成像（DTI）及静息态fMRI（rest-fMRI）是研究脑结构与功能网络的前沿技术。基于课题组前期在脑功能成像及语言区肿瘤唤醒手术的成熟经验，本项目拟综合上述技术开展应用基础研究：针对国人大样本脑语言区唤醒手术病例，采用DCS精确定位个体化语言皮质分布，逐一投射至标准脑空间，构建国人汉语普通话脑语言皮质分布图；在此基础上进一步以DCS验证的皮质语言位点为关键节点，分别采用rest-fMRI和DTI纤维束示踪成像技术，构筑脑语言网络功能连接，并验证其结构基础。本研究不仅可建立一种规范高效的术中脑语言功能保护和康复医学策略，还有助于完善现代语言学与认知科学研究。

人类脑语言处理过程非常复杂，导致神经外科术中脑语言功能的保护面临巨大挑战。在神经外科实践中，经典语言模型和功能磁共振成像（fMRI）不能满足术中脑语言功能个体化精确定位与保护。直接皮质电刺激（DCS）可用于唤醒手术，是脑语言皮质定位的“金标准”；磁共振弥散张量成像（DTI）及静息态fMRI（rest-fMRI）是研究脑结构与功能网络的前沿技术。基于课题组前期在脑功能成像及语言区肿瘤唤醒手术的成熟经验，本课题综合上述技术开展了一系列基础与应用研究。.本课题针对国人大样本脑语言区唤醒手术病例，（1）总结并制定了一套满足科研需要及临床实践的临床脑影像扫描规范参数和任务范式，并研发了一套具有自主知识产权的《唤醒麻醉术中脑功能定位的刺激系统》，目前已进入医疗器械临床试验阶段；（2）构建基于金标准的汉语语言中枢分布图，该成果在国际上首次绘制汉语语言分布概率图，并且首次通过金标准验证汉语和英语语言中枢的分布差异。该语言图谱的建立有助于指导大脑汉语语言区的精准手术，也为汉语神经语言学的理论研究提供了直接证据；（3）构筑脑语言网络的功能连接，验证其结构基础。分别采用静息态功能连接、静息态独立成分分析法和任务态功能磁共振进行汉语语言中枢的定位，从多种角度构筑脑语言网络，并采用术中皮质电刺激验证其可靠性，结果证实独立成分分析法优于功能连接，功能连接优于任务态功能磁共振，为脑语言功能定位提出了新的无创的定位手段，实现语言区定位的技术创新；采用弓状束/上纵束纤维重建技术构建汉语语言通路，并通过唤醒麻醉下术中皮质电刺激验证其可靠性。本研究不仅建立了一套可靠的脑语言功能定位及保护策略，还提出了一系列语言功能定位新方法及新理论，对当代脑科学与国人汉语语言功能定位提供了新的证据。