สมองส่วนเปลือกและการเชื่อมโยงโครงข่ายประสาทภาษาและคำพูด

สมองส่วนเปลือก (cerebral cortex) และเส้นทางเชื่อมต่อของสมองส่วนนี้ประกอบกันเป็นโครงข่ายประสาทที่วางแผน สร้าง รับรู้ และทำความเข้าใจคำพูดและภาษา แบบจำลองดั้งเดิมที่เน้นบริเวณภาษาที่แยกจากกันในสมองส่วนหน้าและสมองส่วนขมับได้ถูกแทนที่ด้วยแบบจำลองโครงข่ายขนาดใหญ่ ซึ่งกระแสประสาทส่วนบน (dorsal stream) และส่วนล่าง (ventral stream) ของสมองส่วนเปลือก ที่เชื่อมโยงกันด้วยใยประสาทสีขาว (white-matter tracts) ทำหน้าที่สนับสนุนการประมวลผลจากเสียงไปสู่การออกเสียง และจากเสียงไปสู่ความหมาย

Definition

บริเวณสมองส่วนเปลือกและเส้นทางใยประสาทสีขาวที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งประกอบเป็นโครงข่ายประสาทแบบกระจายที่สนับสนุนการสร้าง การรับรู้ และความเข้าใจคำพูดและภาษา

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมบริเวณสมองส่วนเปลือกและใยประสาทเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้องกับคำพูดและภาษา กรอบแนวคิด Broca-Wernicke แบบดั้งเดิม และแบบจำลองกระแสประสาทคู่ (dual-stream) และโครงข่ายประสาทร่วมสมัย เนื้อหานี้เป็นกายวิภาคศาสตร์ระบบประสาทและสรีรวิทยาประสาทอ้างอิงที่เป็นพื้นฐานความเข้าใจด้านการสื่อสาร ไม่ใช่แนวทางสำหรับการวินิจฉัยหรือจัดการภาวะเสียการสื่อความ (aphasia) หรือความผิดปกติของการสื่อสารทางระบบประสาทอื่น ๆ

Core questions

• บริเวณสมองส่วนเปลือกและเส้นทางใดบ้างที่เกี่ยวข้องกับคำพูดและภาษา?
• กระแสประสาทส่วนบนและส่วนล่างแบ่งการทำงานของคำพูดและภาษาอย่างไร?
• แบบจำลองภาษาในสมองมีการเปลี่ยนแปลงจากศูนย์กลางที่จำเพาะไปสู่โครงข่ายแบบกระจายได้อย่างไร?

Key concepts

• บริเวณโบรคา (Broca's area) และบริเวณเวอร์นิเก (Wernicke's area)
• กระแสประสาทประมวลผลส่วนบนและส่วนล่าง (Dorsal and ventral processing streams)
• ใยประสาทโค้ง (Arcuate fasciculus) และใยประสาทสีขาวที่เกี่ยวข้องกับภาษา
• การทำงานของภาษาแบบข้างเดียวของสมอง (Hemispheric lateralisation of language)
• การจับคู่จากเสียงสู่ความหมาย และจากเสียงสู่การออกเสียง (Sound-to-meaning and sound-to-articulation mapping)
• การควบคุมคำพูดด้วยการตอบสนองในสมองส่วนเปลือก (Feedback control of speech in cortex)

Key theories

แบบจำลองกระแสประสาทคู่ของการประมวลผลคำพูด (Dual-stream model of speech processing)

การประมวลผลคำพูดในสมองส่วนเปลือกมีการจัดระเบียบเป็นกระแสประสาทส่วนล่างที่ทำงานแบบสองซีกสมองเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งทำหน้าที่จับคู่เสียงพูดเข้ากับความหมาย และกระแสประสาทส่วนบนที่เด่นในซีกซ้าย ซึ่งทำหน้าที่จับคู่เสียงพูดเข้ากับการแสดงออกทางกลไกการออกเสียง โดยบูรณาการการรับรู้เข้ากับการสร้างคำพูด

แบบจำลองโครงข่าย (เชิงกายวิภาคแบบเชื่อมโยง) ของภาษา (Network (connectionist-anatomical) model of language)

ต่อยอดจากกรอบแนวคิด Broca-Wernicke แบบดั้งเดิม ภาษาถูกจำลองเป็นชุดของบริเวณสมองส่วนเปลือกที่ทำงานร่วมกัน ซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยใยประสาทสีขาวส่วนบนและส่วนล่าง ดังนั้นการทำงานจึงขึ้นอยู่กับโครงข่ายและการเชื่อมต่อของโครงข่ายนั้น มากกว่าที่จะขึ้นอยู่กับศูนย์กลางที่แยกจากกัน

Mechanisms

ในแนวคิดร่วมสมัย คำพูดที่เข้ามาจะถูกวิเคราะห์ในสมองส่วนขมับส่วนบน (superior temporal cortex) จากนั้นจะถูกส่งต่อไปตามกระแสประสาทสองสาย: กระแสประสาทส่วนล่าง (ventral stream) ไปยังบริเวณสมองส่วนขมับส่วนกลางและส่วนล่าง ซึ่งทำหน้าที่จับคู่เสียงเข้ากับความหมาย และกระแสประสาทส่วนบน (dorsal stream) ผ่านบริเวณสมองส่วนข้าง (parietal) และสมองส่วนหน้าส่วนหลัง (posterior frontal regions) ซึ่งทำหน้าที่จับคู่เสียงเข้ากับการแสดงออกทางกลไกการออกเสียงเพื่อสนับสนุนการสร้างคำพูดและความจำใช้งานทางวาจา (verbal working memory) บริเวณเหล่านี้เชื่อมโยงกันด้วยใยประสาทสีขาว รวมถึงใยประสาทโค้ง (arcuate fasciculus) และเส้นทางส่วนบนและส่วนล่างอื่น ๆ ซึ่งการศึกษาโดยการกระตุ้นระหว่างการผ่าตัดและการสร้างภาพใยประสาท (tractography) แสดงให้เห็นว่าความสมบูรณ์ของใยประสาทเหล่านี้มีความสำคัญต่อภาษา ในระหว่างการพูด บริเวณสมองส่วนหน้าและส่วนขมับจะทำงานร่วมกันเพื่อวางแผนการออกเสียงและเพื่อตรวจสอบการตอบสนองทางเสียงและทางกายสัมผัส (somatosensory feedback) ดังที่ปรากฏในแบบจำลองเชิงคำนวณที่อิงจากการสร้างภาพประสาท โดยทั่วไปภาษาจะมีการทำงานแบบข้างเดียว (lateralised) ซึ่งมักจะอยู่ในสมองซีกซ้าย

Clinical relevance

กายวิภาคศาสตร์ระบบประสาทนี้เป็นกรอบอ้างอิงสำหรับทำความเข้าใจว่าคำพูดและภาษาถูกจัดระเบียบในสมองอย่างไร และโดยนัยแล้ว การบาดเจ็บของสมองที่เกิดขึ้นภายหลังสามารถส่งผลกระทบต่อการสื่อสารได้อย่างไร หัวข้อนี้อธิบายโครงสร้างและการทำงานปกติ ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือจัดการความผิดปกติของการสื่อสารทางระบบประสาทในแต่ละบุคคล

Evidence & guidelines

หลักฐานในหัวข้อนี้มาจากการศึกษาผู้ป่วยที่มีรอยโรค (lesion studies) การกระตุ้นไฟฟ้าในระหว่างการผ่าตัด (intraoperative electrical stimulation) การสร้างภาพประสาท (neuroimaging) และการสร้างภาพใยประสาท (tractography) มากกว่าจากการทดลองทางคลินิก การศึกษาการทำแผนที่ด้วยการกระตุ้น (stimulation-mapping studies) ได้ช่วยกำหนดการเชื่อมต่อของสมองส่วนเปลือกและส่วนใต้เปลือก (subcortical connectivity) ในการประมวลผลความหมายและเสียง (semantic and phonological processing) ซึ่งเป็นการปรับปรุงแบบจำลองภาษาที่เน้นเฉพาะสมองส่วนเปลือก

History

งานวิจัยทางคลินิก-พยาธิวิทยาในศตวรรษที่ 19 ได้ระบุตำแหน่งของการสร้างคำพูดไว้ที่สมองส่วนหน้าส่วนล่าง (inferior frontal cortex) และการทำความเข้าใจไว้ที่สมองส่วนขมับส่วนหลัง (posterior temporal cortex) ซึ่งเป็นกรอบแนวคิดที่ Geschwind ได้สังเคราะห์ขึ้นในภายหลังเป็นแนวคิดแบบเชื่อมโยง (connectionist account) การสร้างภาพประสาทและการสร้างภาพใยประสาทตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 20 เป็นต้นมาได้ปรับเปลี่ยนมุมมองของภาษาให้เป็นโครงข่ายแบบกระจายทั้งส่วนบนและส่วนล่าง ในขณะที่ยังคงรักษาแนวคิดที่ว่าเส้นทางเชื่อมต่อมีความสำคัญไม่แพ้บริเวณที่เชื่อมโยงกัน

Key figures

• Norman Geschwind
• Gregory Hickok
• David Poeppel
• Angela Friederici
• Hugues Duffau

Seminal works

• geschwind-1970
• hickok-poeppel-2007
• friederici-2011

Frequently asked questions

คำพูดและภาษาถูกควบคุมโดยสมองเพียงสองบริเวณเท่านั้นหรือไม่?

แบบจำลองดั้งเดิมเน้นบริเวณโบรคาและบริเวณเวอร์นิเก แต่หลักฐานปัจจุบันอธิบายว่าคำพูดและภาษาเป็นโครงข่ายแบบกระจายของบริเวณสมองส่วนเปลือกที่เชื่อมต่อกันด้วยใยประสาทสีขาว ซึ่งจัดระเบียบเป็นกระแสประสาทประมวลผลส่วนบนและส่วนล่าง

แบบจำลองกระแสประสาทคู่ของคำพูดคืออะไร?

แบบจำลองนี้เสนอว่าสมองประมวลผลคำพูดตามสองเส้นทาง: กระแสประสาทส่วนล่างที่จับคู่เสียงเข้ากับความหมาย และกระแสประสาทส่วนบนที่จับคู่เสียงเข้ากับการแสดงออกทางกลไกการออกเสียง ซึ่งเชื่อมโยงการรับรู้เข้ากับการสร้างคำพูด