CN107735021B - 在没有受试者参与的情况下快速映射语言功能和运动功能 - Google Patents

Abstract

所提供的是一种用于映射言语处理中涉及的神经区域的方法，包括：在人体受试者的皮质表面施加多个记录电极，向受试者呈现多个听觉刺激，其中所述多个刺激中的一些刺激是言语声音，并且所述多个刺激中的其他刺激是非言语声音，记录在呈现所述多个听觉刺激的过程中的脑活动，以及识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音之后相比，所述一个或多个脑区域的脑活动在呈现了言语声音之后发生了更大变化，其中所述人体受试者在所述呈现和记录过程中不说话。此外还公开了一种用于映射言语生成中涉及的神经区域的方法，其中受试者在呈现言语刺激以及记录神经活动的过程中不说话。

Description

在没有受试者参与的情况下快速映射语言功能和运动功能

相关申请的交叉引用

本申请要求依照35U.S.C.§119而享有2015年5月2日提交的美国临时申请62/156,237以及2015年5月4日提交的美国临时申请62/156,422的优先权，其中所述申请在这里被全部引入以作为参考。

政府权利声明

本发明是依照NIH授予的EB000856和EB018783以及ARMY/ARO授予的W911NF1410440而在政府的支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明尤其涉及在没有受试者参与的情况下快速映射语言功能和运动功能。

背景技术

映射人的大脑中负责处理语言、感官、运动或其他功能的区域的处理可以通过测量脑波以及要求受试者参与各种任务(例如与语言或运动功能相关的任务)来完成。通过呈现感官刺激(例如触觉或听觉)所引发的神经活动同样代表了在处理此类刺激和/或产生与之相对的行为响应的过程中涉及的脑区域。然而，当前可用于此类映射的方法会受到各种限制的阻碍，例如需要受试者在映射过程中做出响应。举例来说，皮层电刺激是一种广泛使用的脑映射措施，其通常是通过评估不同脑区域的电刺激对受试者行为所产生的影响来运作的，其中刺激的效果表明受到刺激的区域在此类行为中发挥了作用。然而，对于某些行为和受试者来说，ECS是不被作为脑映射技术使用的，例如在受试者无法或者不擅长做出处于基准的指定行为的情况下(例如言语和失语症受试者，或是瘫痪受试者的肌肉骨骼响应)。此外，ECS还会招致包括无意中诱发癫痫在内的风险。

考虑到解剖结构和功能对于不同个人而言存在很高的变化性，因此，用于围手术期规划(例如与手术切除脑肿瘤或是致痫性神经组织相关)的功能性语言或感官运动映射是极其重要的。举例来说，基本的语言皮层在结构上可以占据从1平方厘米到6平方厘米以上的面积。在功能上，被认为对处理和解释所接收的语言刺激而言非常重要的韦尼克氏区存在着很大的差异，因为其只在36％的人中是最高的公共接收性语言(receptivelanguage)节点。同样，只有79％的人具有传统意义上的被认为负责发起和控制语言表述的布洛卡氏区。布洛卡氏区(表达性语言)由额下回的三角部和岛盖部组成，而韦尼克氏区(接收性语言)则包括后上颞回部的区域。这两个区域通过弓状束相连接，并且有可能涉及其他白质纤维束。由此，为了避免手术切除负责这些功能的脑组织对语言或感官运动功能的意外干扰，有必要为个体受试者精确映射负责控制这些功能的皮层中的一个或多个区域，以便在手术切除或其他过程中避开这些区域。由此需要一种改进的方法来映射负责特定功能(例如语言或感官运动功能)的神经区域。

发明内容

本发明尤其涉及一种用于映射言语处理中涉及的神经区域的方法，包括：在人体受试者的皮质表面施加多个记录电极，向受试者呈现多个听觉刺激，其中所述多个刺激中的一些刺激是言语声音，并且所述多个刺激中的其他刺激是非言语声音，记录在呈现所述多个听觉刺激的过程中的脑活动，以及识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音之后相比，所述一个或多个脑区域的脑活动在呈现了言语声音之后发生了更大变化，其中所述人体受试者在所述呈现和记录过程中不说话。

在另一个方面中，本发明尤其涉及一种用于映射言语产生过程中涉及的神经区域的方法，包括：将多个记录电极施加于人体受试者的皮质表面，向受试者呈现多个听觉刺激，其中所述多个刺激中的一些刺激是言语声音，并且所述多个听觉刺激中的其他刺激是非言语声音，记录在呈现所述多个听觉刺激的过程中的脑活动，以及识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音之后相比，所述一个或多个脑区域的脑活动在呈现了言语声音之后发生更大变化，其中所述人体受试者在所述呈现和记录过程中不说话。

附图说明

为了例证本发明的各个方面，在附图中描绘了本发明的某些实施例。然而，本发明并不限于附图所描绘的实施例的确切布置和手段。此外，正如所提供的那样，附图中包含的相同的参考数字旨在标识相似或相同的要素。从后续结合附图所做的详细描述中可以清楚了解本发明的前述及其他目标、特征和优点，其中：

图1是语言处理所涉及的主要皮层区域以及其间的主要通路的示意图。

图2A是显示了在清醒时被记录了神经活动的受试者的记录电极布置的拓扑结构(topographical)映射。

图2B是显示了在清醒时被记录了神经活动的受试者的记录电极布置的拓扑结构映射。

图2C、图2D、图2E和图2F是示出了来自处于清醒和麻醉状态的受试者的不同电极的接收性语言映射结果的图表。

图3A是显示了在清醒时执行用于语言映射的ECS以及在麻醉时执行用于语言映射的皮层脑电描记法(ECoG)的受试者中的电极布置的拓扑结构映射。

图3B是示出了来自电极且显示了被麻醉受试者对言语声音的响应性的ECoG记录结果的图表。

图4A、图4B和图4C是示出了ECS和ECoG电极布置以及来自三个不同患者的语言区域映射结果的图示和图表。

图5显示了用于展示受试者体内存在肿瘤的磁共振(MR)图像(左)以及用于展示布洛卡氏区与所述肿瘤的邻近度的功能磁共振成像(fMRI)(右)。

图6A和图6B分别显示了具有64个电极的8x8厘米的网格及其在受试者皮层上的硬膜下布置。

图6C和图6D分别显示了具有64个电极的2.5×2.5厘米的网格及其在受试者皮层上的硬膜下布置。

图7A显示了在具有肿瘤(其位置由蓝色阴影表示)的受试者中的标准硬膜下的网格覆盖的电极触点。

图7B是显示了布洛卡氏区以及听觉/韦尼克氏区、中央前回、辅助运动/运动前区皮质和前额皮质中的增加的BOLD活动(用黄色和橙色显示)的功能MRI。

图7C是显示了标准的手术外(extraoperative)硬膜下网格的电极触点，以及来自基于手术外ECoG的功能语言区域因所映射的结果(用绿色显示)，其中所述结果显示了布洛卡氏区、中央前回、辅助运动/运动前区皮质和前额皮质中的增加的BOLD活动。

图7D显示了来自基于手术中(intraoperative)ECoG的功能语言映射的结果。

图8是示出了负责受试者食指的感官功能的脑区域的基于ECoG的脑映射的结果的图示。

具体实施方式

以下将会参考附图所示的非限制性实施例来对本发明的方面及其某些特征、优点和细节进行更全面的说明。与众所周知的材料、制造工具、处理技术等等有关的描述将被省略，以免不必要地在细节方面与本发明相混淆。然而应该理解，虽然该具体实施方式和具体示例指示了本发明的实施例，但其仅仅是作为例证而不是限制给出的。本领域技术人员从本公开中可以清楚了解处于基础发明构思的实质和/或范围以内的各种替换、修改、补充和/或布置。

本发明尤其涉及用于映射负责各种功能的脑区域的方法、设备和系统，作为示例，所述功能可以是接收性语言功能(也就是接收、感知、解释和/或理解口头交流(例如口头语言))、表达性语言或语言生成(例如口头上创建和/或产生有声语言)、以及感官运动处理(例如感测和感知触觉刺激并且促使身体的一个或一些部位运动)。当前有多种方法可用于检测脑区域中响应于各种形态呈现的活动和/或对刺激(包括命令或指令)的认知或行为方面的响应性。这其中最为敏感和准确的是需要将记录电极放在大脑表面上的EcoG。在这里，EcoG以及关于在大脑上放置电极的描述同时包含了直接将电极放在大脑表面上(也就是说，在电极与大脑表面之间没有硬脑膜)的电极的硬膜下放置以及电极的硬膜外放置(也就是说将电极放置在硬脑膜上，由此在电极与大脑表面之间存在硬脑膜)。脑波跨越了完整的频谱，这其中包括从大约0.5-4Hz(德尔塔波)到大约4-8Hz(塞塔波)、到大约8-12Hz(阿尔法波)、到大约12-40Hz(贝塔波)到大约40Hz以上(伽马波)。

与fMRI或ECS相反，ECoG不需要对大脑进行电刺激，其允许实时测量神经活动，可以在不需要fMRI机器的情况下在手术室使用，并且不存在刺激诱发癫痫的风险。记录电极阵列可被放置在通常已知或是被认为会在特定功能、也就是在所诱发的受试者执行功能的过程中(所述功能是接收刺激、语言解释、认知能力或是行为或语言生成中涉及的功能)发挥作用的区域。通过观察电极检测到的脑波以及确定不同电极在与功能诱发相对应的时间范围期间(例如在暴露于言语声音或触觉刺激的时段期间)检测到的活动变化，可以识别出负责此类功能的特定的大脑位置，以及以很高的空间分辨率来将这些位置与不涉及的区域区分开来。

然而就某些功能而言，在某些环境中(例如特定的受试者以及特定的功能)通常会很难使用EcoG或其他映射技术来映射大脑。一个这样的示例是外科手术期间的语言映射。举例来说，有时会需要通过外科手术来从大脑中去除肿瘤或致癫痫区域。优选地，在切除肿瘤或其他患病或诱病组织的时候，外科医生应该尽可能避免损伤负责特定功能(例如语言或感官运动功能)的脑区域，以免这些功能暂时或永久地受到手术损害。然而，考虑到某些功能定位的个体间异质性，如果单纯基于视觉检查大脑表面上可见标记，那么将很难或者无法确定功能的精确神经定位，在不执行脑映射的情况下，要想知道指定受试者中的哪些特定区域负责这些功能是非常困难或者不可能的。

依照这里公开的改进的实施例，可以执行快速映射受试者大脑中的语言功能和运动功能的处理。更具体地说，快速映射是可以被动执行的，因为所述映射不需要受试者的主动参与。由此，本发明的系统和方法提供了一种用于在脑外科手术之前和/或期间实施受试者的脑映射、以便识别出与语言功能或运动功能相关联的脑区域的手段。此类信息可以在不需要受试者主动对刺激做出响应来触发语言或运动功能响应的情况下实施。该信息对于实施脑外科手术(例如脑肿瘤切除术或癫痫性组织切除术)的外科医生来说是非常重要的，因为语言和运动功能是外科医生想要在手术之后保持完好的两个最重要的功能。如此一来，本发明提供了用于辅助脑手术的系统和方法。这里使用的“运动功能”还包括“感官功能”。在这里进一步描述了本发明的其它方面。

在本发明的一个方面中，所提供的是关于麻醉受试者(也就是受到麻醉影响的受试者，例如在手术中被麻醉，在神经映射时段中被麻醉)的改进的映射处理。然而，本发明同样适用于因为麻醉导致的无意识之外的原因而没有做出响应的受试者的神经映射处理，其中所述受试者是神志清楚的，但是不能提供口头或其他感官运动响应，或者所述受试者是清醒且能够做出响应的，但是因为特定的原因，引发此类响应对于指定应用而言并不理想。在一个方面中，本发明提供了一种用于快速映射受试者的语言功能的方法，所述方法包括这里公开和/或设想的步骤。

在关于该方法的一个实施例中，映射处理可以在没有受试者的主动参与的情况下执行。在另一个实施例中，映射处理可以在对受试者实施脑外科手术过程之前和/或期间执行。在更进一步的实施例中，映射处理可以向实施脑外科手术过程的外科医生或医师告知与语言功能相关的受试者的脑区域。在另一个实施例中，映射处理可以包括使用施加于受试者脑部的电极。在另一个实施例中，映射处理可以包括使用施加于受试者脑部的电极以及用于提供与语言功能相关的输出的计算机。在更进一步的方面中，所提供的是一种用于快速映射受试者的语言功能的系统，所述系统包括这里公开和/或设想的方面、设备和/或装置。

在一个实施例中，所提供的是这样一种系统，其中所述系统的方面、设备和/或设备能在没有受试者的主动参与的情况下执行映射处理。在另一个实施例中，所提供的是这样一个系统，其中所述系统的方面、设备和/或装置能在对受试者实施脑外科手术过程之前和/或期间执行映射处理。在更进一步的实施例中，系统的方面、设备和/或装置能使所述映射处理向实施脑外科手术过程的外科医生或医师告知与语言功能相关的受试者的脑区域。在另一个实施例中，系统的方面、设备和/或装置包括施加于受试者脑部的电极。在另一个实施例中，系统的方面、设备和/或装置包括施加于受试者脑部的电极以及用于提供与语言功能相关的输出的计算机。

在另一个方面中，所提供的是一种用于快速映射受试者的运动功能的方法，所述方法包括这里公开和/或设想的步骤。在一个实施例中，映射处理可以在没有受试者主动参与的情况下执行。在另一个实施例中，映射处理可以在对受试者实施脑外科手术之前和/或期间进行。在进一步的实施例中，映射处理会向实施脑外科手术过程的外科医生或医师告知与运动功能相关的受试者的脑区域。在一个实施例中，映射处理包括使用施加于受试者脑部的电极。在进一步的实施例中，映射处理包括使用施加于受试者脑部的电极以及用于提供与用运动功能相关的输出的计算机。

在另一方面中，所提供的是一种用于快速映射受试者的运动功能的系统。在一个实施例中，系统的方面、设备和/或装置能在没有受试者主动参与的情况下执行映射处理。在另一个实施例中，系统的方面、设备和/或装置能在对受试者实施脑外科手术过程之前和/或期间执行映射处理。在进一步的实施例中，方面、设备和/或装置能使映射处理向实施脑外科手术过程的外科医生或医师告知与运动功能相关的受试者的脑区域。在另一个实施例中，系统的方面、设备和/或装置包括施加于受试者的脑部的电极。在另一个实施例中，系统的方面、设备和/或装置包括施加于受试者脑部的电极以及用于提供与运动功能相关的输出的计算机。

所提供的是一种用于在不需要受试者参与的情况下识别负责语言和/或感官运动功能的神经区域的方法。正如这里公开的那样，一种方法允许识别负责接收性语言功能(例如在韦尼克氏区内部)、表达性语言功能(例如在布洛卡氏区内部)的神经区域和/或负责特定身体区域的感官和/或运动皮层的不同部位。令人惊讶的是，与传统技术和文献相比，所提供的是一种用于在不需要受试者参与的情况下映射所述受试者中的接收性和表达性语言功能的方法，这其中包括所述受试者没有意识的情况(例如在对受试者执行此类功能的脑映射时所述受试者受到外科手术麻醉影响的情况下)。此类方法是实时的，其允许快速的映射处理，并且可以在执行其他外科手术过程(例如切除手术)的相同外科手术过程中在相同的手术室中执行，以及可以在受试者被麻醉之后在不需要因为映射处理而使其脱离麻醉的情况下执行。

图1显示了语言处理中涉及的若干个脑区域，其中包括早期听觉皮层和接收性语言功能。这其中的一些区域通常会在暴露于听觉刺激的时候显示出神经活动变化，例如早期听觉皮层。与非言语声音相比，其他区域(例如接收性语言功能涉及的区域)(例如韦尼克氏区)则会优先响应于言语和类似于言语的声音。接收性语言区域会在呈现言语刺激的整个过程中显示出活动变化。其他区域(例如表达性言语)(例如布洛卡氏区)则有可能在言语生成过程中特别活跃。正如这里所公开的那样，在呈现言语或类似于言语的声音的过程中的某些时间点，与呈现不类似于言语的声音，即使受试者没有响应于接收到言语刺激而产生言语，表达性区域仍旧会优选响应于言语或类似于言语的声音的呈现而显示出活动变化。此外，此类响应在麻醉受试者中是可检测的，由此能够在外科手术期间在不需要叫醒患者的情况下执行实时的脑映射。

在一个方面中，记录电极被放置在暴露的皮层上，这其中包括通常被预测成是早期听觉皮层、接收性语言和/或表达性语言功能的区域，并且将会呈现听觉刺激。一些听觉刺激是由言语声音组成的，而另一些听觉刺激声音则是拥有言语的声学特性但是并未由单词组成的混杂言语(也就是混杂言语)。此类听觉刺激被呈现给受试者，并且会对脑波(例如宽带伽马波)进行记录。患者不需要针对言语或其他听觉刺激产生言语或者做出其他行为响应。在呈现言语刺激的过程中，电极会检测到神经活动变化，其中在对非言语或混杂言语声音的响应中，则此类变化是无法看到的、或者会呈现而明显减少，该变化表示被所述电极记录了脑活动的脑区域涉及言语处理，尤其是在将电极置于已知将会实施接收性和表达性语言功能的通常区域的情况下。

电极检测到的脑波脉冲可以经过滤波器，由计算机或处理器以数字方式进行再现，并且依照已知的方法而被转换成可被医生或其他医疗保健提供者或是其他具有脑映射领域技能且接受过训练的人员感知的刺激。此类个人可以观察此类系统再现的神经活动，以便识别出由电极记录的响应于言语刺激而表现出活动变化(包括针对言语和非言语刺激的差异化响应性)的区域。如果电极的追踪记录展示出这种差异化响应性，那么该电极代表了可以对言语功能进行神经处理的区域。

处理器或计算机也可以用于控制和/或记录刺激开始时间以及刺激停止时间，并且可以提供关于刺激呈现的开始、结束和持续时间的指示，以及所呈现的刺激的类型(言语或非言语)，同时以可感知的方式再现神经活动。这样一来，技术人员能够比较指定区域中是否发生神经活动变化以及发生了多少神经变化，以及所述神经变化响应于何种类型的刺激，响应于言语还是非言语刺激的存在。举例来说，在没有呈现刺激的时候可以呈现一条关于电极检测到的活动的视觉迹线，在呈现非言语听觉刺激(作为示例，可选的是混杂言语)的时候可以呈现另一条视觉迹线，以及在存在言语刺激的时候呈现另一条视觉迹线，所有这三条迹线是相互重叠的，在开始呈现听觉刺激的时候(或是终止的时候，或是开始或终止之后的有益于或有利于映射特定功能的任何特定时间点或采样时段)是同步的(对于与非言语和言语相关的迹线而言)。此类方法将会允许执行用于比较某一个区域如何响应于不同刺激的比较处理。

计算机或处理器可以进一步存储用于筛选电极检测到的响应的指令。例如，处理器可以包含用于将经过过滤的数字化迹线与表示激活的活动变化阈值等级相比较，其中所述迹线以绝对方式指示激活，或者在与听觉刺激的开始或结束相对的有利时间点或时段被采样时指示激活。此类处理器还可以筛选电极所检测的针对言语和非言语刺激的响应性的差异。这样一来，根据本公开的系统可以支持自动检测被言语刺激的呈现所激活的脑区域(也就是显示出高于基准的活动变化，其中所述基准超出了预先确定的用于表征响应区域的最小阈值)，该脑区域可特别涉及言语处理(也就是显示出响应于言语输出而不是非言语输出的此类变化，或者显示出针对此类声音的响应性差异超出了用于指示差异化响应性的特定阈值)，和/或在呈现言语声音的整个过程或者仅仅在特定的间隔或时段(例如在言语声音呈现开始之后或停止之后的预先指定的窗口中)中显示出以上的任何一项。

多个电极可被置于受试者的脑部并同时记录。举例来说，多个电极的阵列可被置于一个或多个脑区域并同时记录。在外科手术过程中，时间有可能会极度有限，并且快速的信息处理对于手术成功以及患者的健康和恢复而言是非常重要的。使用多个电极的阵列会以指数方式增加信息量以及可以在指定时间范围中采样的脑区域的数量，并且会加快识别负责特定功能的脑区域。此外，通过对来自多个电极的波迹进行同时的计算机处理，能够实现快速分析，依照伴随指定过程的时间压力，该快速分析在缺少此类处理器的情况下是不可能实现的以及在没有此类处理器的情况下是不可行的。举例来说，处理器可以自动筛选来自64个电极的阵列或是多个此类阵列的输入，并且可以表示较小的数量以引起熟练医师的注意，由此不需要仔细审查每一个电极记录的迹线。

一些语言处理区域会在时长为1秒、2秒或数秒的言语刺激呈现过程中始终做出响应。举例来说，无论呈现言语刺激的有多长，接收性言语区域(例如韦尼克氏区)都会做出响应。负责言语处理的其他区域(例如表达性言语区域(例如布洛卡氏区))则仅仅会在呈现言语刺激的有限时间部分显示出变化的响应性。作为一个非限制性示例，放在布洛卡氏区的电极可以在言语刺激开始之后的250毫秒与740毫秒之间检测到活动变化，即使言语刺激在该时段之后还会继续呈现。或者，此类变化可以在以下时段中被检测：刺激开始之后的100毫秒与1000毫秒之间，刺激开始之后的10毫秒到250毫秒之间，刺激开始之后的750毫秒与1000毫秒之间，刺激开始之后的300毫秒或800毫秒之间，或是言语刺激呈现开始之后的100毫秒与1000毫秒之间，或是不与呈现言语刺激的时段共存的其他某些时间界定时段。前述的所有内容都可以表征在整个刺激呈现和响应记录时段中位于被麻醉的受试者脑部的电极的响应性。此类响应性变化可以是宽带伽马活动，但是塞塔、德尔塔、阿尔法或贝塔活动同样会被观察到，并且指示了针对刺激的变化的响应性。

依照本公开，任何电极大小和电极间间隔或是电极阵列大小或形状都是可以使用的。电极可以具有用于测量神经活动的暴露表面，其中所述暴露表面的大小可以是大约1毫米或更小、介于大约1毫米与大约2.5毫米之间、介于大约2.5毫米与5毫米之间、或者更大。这些电极可以相互间隔大约5厘米或更小、2.5厘米或更小、1厘米或更小、500毫米或更小、100毫米或更小、10毫米或更小、5毫米或更小、或是3毫米或更小。

示例

在一个示例中，患者在清醒和被麻醉时被动聆听了32个单词和32个非单词，并且借助EcoG测量了其神经活动。每一种条件最少会被呈现四遍(至少128个单词以及128个非单词)。听觉刺激包括32个单词以及32个不可理解的非单词，也就是持续时间、强度、时间调制和功率谱与单词相匹配但却不可理解的声音。参见Canolty等人发表于(2007)Frontiersin Neuroscience,1:14的文章。所有这两种类型的刺激都会激活初级听觉皮层。一个块包括一条20秒的基线，其后跟随的是随机交织的64个刺激。每一个块都具有大约2分钟的持续时间。声音是在手术准备期间借助放在患者耳部的耳机呈现的。在患者仍旧清醒的时候呈现了两个块，并且这两个块被用于控制韦尼克氏区的覆盖范围。然后，在用丙泊酚镇静了患者之后将会呈现最少四个块。关于韦尼克氏区的一般预测区域是用已知方法定位的，这其中包括本领域众所周知的可视化大脑表面上的标志。通过使用众所周知的协议，与韦尼克氏区相对应的位置将被刺激，以便在布洛卡氏区引发皮质-皮质间诱发电位(CCEP)。相关内容参见Matsumoto等人发表于(2004)Brain,127:2316-30的文章。每一个位置都会被确定至少50个CCEP，这些CCEP是在不到一分钟的时间里以大小为2Hz的刺激频率而为每一个位置确定的。

韦尼克氏区的映射是在将一名癫痫患者全身麻醉的情况下验证的，其中所述患者的右脑半球正在经历两阶段的癫痫手术过程中的第二个阶段。用于执行刺激和记录的电极网格覆盖的是听觉和运动皮层，而不是布洛卡氏区(在患者清醒时，通过在动词产生任务期间缺失额下皮质响应来确认)。在患者清醒时获取了两个块，并且在处于异丙酚麻醉状态的时候获取了六个块。所记录的EcoG信号会在高伽马范围(70-170Hz)中被带通滤波，并且会在试验中取平均值。在图2A中显示了用于在清醒时执行映射的电极位置，在图2B中显示了在处于麻醉时执行映射的电极位置。在图2C-2F中分别呈现了关于四个不同位置的结果(通道41、79、44和45)。波迹的时间进程显示了针对单词(在患者清醒时为蓝色，在被麻醉时为黑色)和非单词(在患者清醒时为红色，在被麻醉时为品红色)的平均高伽马响应。时间0指示刺激开始。位置44位于初级听觉皮层之中，并且在患者清醒时会对单词和非单词作出同样的响应(图2E)。位置45位于低于初级听觉皮层的位置，并且推测是在韦尼克氏区。其对单词的响应是其对非单词的响应的两倍(图2F)。在麻醉期间，尽管存在响应延迟并且其幅度减小了2倍，但是单词与非单词之间的脱离关系是守恒的(图2F)。

在图3A(电极放置)和3B(在患者被麻醉时的平均高伽马响应的波迹，其中针对单词的响应的波迹是用蓝色显示的，针对非单词的是用红色显示的)中显示了在进行上述协议之后针对另一患者的结果。处于通道24(图3B)的ECoG信号可清楚地响应在时间0呈现的听觉刺激(单词或非单词)，并且会以不同的方式对单词(蓝色迹线)和非单词(红色迹线)做出响应。

在另一个示例中，所获得的是来自三名附加受试者(A-C)的结果。所有这三名受试者都是Albany Medical Center(奥尔巴尼，纽约)的患者。受试者A在呈现新发癫痫之后被诊断为在左额叶中具有低级别胶质瘤。受试者B和C患有难治性癫痫。所有受试者均被临时放置了硬膜下电极网格，以便在手术切除之前定位癫痫病灶和运动型语言中枢(eloquentcortex)。电极网格已被批准供人们使用(Ad-Tech Medical Corp.,Racine,WI；以及PMTCorp.,Chanhassen,MN)，并且覆盖了左脑半球的额叶、颞叶和顶叶中的不同区域。所有的三个受试者都具有额叶语言区域覆盖，并且三人中的两人(受试者B和C)还具有颞叶语言区域覆盖。由铂铱盘(直径为4毫米，外露2.3-3毫米)组成的电极被嵌入硅树脂中，并且间隔6-10毫米。在受试者A-C中植入的电极的总数分别是61、98和134个。在硬膜下网格植入处理之后，每一个受试者都有术后的前后方向和侧位的X光照片，并且会进行计算机断层摄影(CT)扫描，以便核实网格位置。先前，在受试者A中已经用fMRI以及在受试者B和C中已经用WADA测试评估了术前语言侧化(LL)。基于这些评估，在所有这三个受试者中，语言都被侧化到左脑半球。

一旦受试者在术后恢复，则在床边使用通用的BCI2000软件在床边记录ECoG信号，其中所述通用BCI2000软件会控制八个16通道g.USBamp生物信号采集设备(g.tec，Graz，Austria)。为了确保临床数据收集的完整性，连接器将电极电缆分成两个独立的组。其中一组连接到临床监视系统，另一组连接到g.USBamp采集设备。ECoG信号会被放大，以1200Hz的频率被数字化，并由BCI2000进行保存。远离致癫痫病灶和关注区的电极触点则被用于参考和接地(ground)。

通过向Freesurfer软件(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/)提交术前高分辨率磁共振成像(MRI)扫描，将会为每一个受试者创建3D皮质脑模型。通过使用SPM软件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)，可以将MRI扫描与术后CT图像登记在一起，并且可以使用定制的MATLAB脚本(The MathWorks Inc.,Natick,MA)来识别每一个网格电极的立体坐标。最后，通过使用NeuralAct软件来将每一个受试者的皮质表面以及ECoG网格位置可视化。

受试者被要求聆听用男性语音叙述的作为Boston Aphasia Battery的一部分的四个短故事(刺激持续时间是17.15-35.70秒；刺激间间隔(ISI)是10秒)。该刺激以44.1kHz的频率被数字化成波形音频文件格式，并且通过使用入耳式监听耳机(12到23.5kHz音频带宽，20dB的环境噪声隔离度)而以双路立体声的方式呈现给每一个受试者。对于每一个受试者，音量都被调整到舒适的等级。受试者没有执行任何明显的任务(例如重复单词，响应于其听到的单词来产生动词等等)。

ECoG激活是通过检测宽带伽玛(70-170Hz)频带中与任务相关的变化而被识别的。该频带中的活动已经显示出与电极正下方的神经元群体的平均放电率相关联。大量研究表明，宽带伽马活动确实会在与任务相关的皮层区域(包括传统上被认为在言语感知过程中处于活动状态的位置)增多。

为了识别对听觉刺激做出响应的位置，首先将会排除不包含清楚的ECoG信号的通道(例如地面/参考通道、连接中断的通道、或是被环境伪影或发作期间活动破坏的通道)。对于受试者A-C来说，在总共61、98和134个通道中分别会留有59、79和132个通道，并且这些通道将被提交，以便进行后续分析。在这些分析中，信号会以0.1Hz的频率被高通滤波，以便去除漂移，并且这些信号将会重新参考公共平均参考(CAR)剪辑(montage)。这些结果会在宽带伽马频带中使用16阶的巴特沃斯滤波器来进行带通滤波。然后，通过计算希尔伯特变换的分析信号平方，以及随后在4Hz执行低通滤波并且下采样到120Hz，可以获得这些信号的功率。最后，通过从所产生的宽带伽马功率估计中减去在基准时段(听觉刺激开始前的-6到-0.5秒)计算的信号均值，以及通过将他们除以在基准时段期间的信号的标准偏差，可以标准化所述估计。

然后，听觉刺激开始之后(也就是响应期)的ECoG宽带伽马活动与基准时段期间存在差异的位置将被确定。若干项研究显示，在接收性听觉区域，宽带伽马活动会可靠地追踪听觉刺激或言语刺激强度包络的时间进程。少量孤立的报告佐证了听觉言语刺激开始之后的额下皮层中的离散短暂的宽带伽马激活，其中所述听觉刺激是在接收性听觉区域激活之后发生的。基于这些报告，响应时段被限定成是听觉刺激开始之后的250-750毫秒。然后，对于每一个位置，与听觉刺激相关联的EcoG宽带伽马功率变化的幅度会通过计算确定系数(Pearson r2值)而被确定。最后，每一个r2值的统计意义(也就是EcoG宽带伽马采样在响应与基准时段之间存在振幅差异的概率)会通过使用置换测试来确定。在该测试中，EcoG宽带伽马功率时间进程会被切割成500毫秒的块(由此保持信号自相关)，由此产生的块将被随机置换，并且最终计算出相应的随机r2值。置换步骤被重复1000次，由此会在每一个位置产生1000个随机r2值的分布。r2值被认为在所述分布的第95个百分位会非常显著(p＝0.05，关于每一个受试者中的电极总数的邦弗朗尼校正)。该过程的结果是一组位置，其中在所述位置，EcoG宽带伽马活动在基准与响应时段之间存在显著差异，并且由此对言语刺激进行响应。在所产生的位置之中，可识别位于额下皮层内部的位置。这其中包含了Talairach坐标处于x-28到-55，y-8到+34以及z0到28以内的所有电极，并且这一点与先前的观察相符合。

出于临床目的，关于表达性言语的标准电皮质刺激映射是在手术外执行的。受试者会参与常用于此目的的两个简单任务：图片命名任务，其中在该任务期间，受试者被要求口头命名按顺序呈现的简单物体画面，以及动词生成任务，其中在该任务期间，受试者必须口头产生与通过听觉呈现的简单名词相关联的动词。不同的电极配对将被刺激，以便确定指定配对是否导致表达性语言功能受到破坏，例如言语抑制或犹豫。刺激强度通常从2mA开始，并且会以2mA的递增步幅增加，直至神经科医师观察到临床效果、直至放电之后、或者直至达到10mA阈值。

在图4A、4B和4C中分别呈现了关于受试者A、B和C的结果。图4A-4C突出显示了通过分析与言语刺激的呈现相对应的EcoG信号而被标识的位置(实心圆圈)，以及使用ECS映射产生了表达性语言功能抑制的位置(黄色圆圈)。通过ECoG映射标识的位置包括颞上回和/或外侧裂区(所有受试者)中的预期位置(通过涂成灰色的圆圈突出显示)，以及运动前区和/或辅助运动区中的预期位置(图4A和4C)。与先前的观察相一致，上中央前回之上或是与之接近的响应位置同样会被识别(图4C)。令人惊讶的是，基于EcoG的映射会识别出受试者A、B和C的额下皮层(额下回三角部和/或额下回岛盖部)中的表达性语言位置(用涂成蓝色的圆圈突出显示)(分别参加图4A-4C)。图4C还呈现了患者C中的ECoG宽带伽玛活动的例示时间进程。

ECS映射标识了1-2个会因为刺激而在每一个受试者中产生表达性语言抑制的位置(图4A-4C，黄色圆圈)。这些位置同样位于额下回三角部和额下回岛盖部之中或是其周围。ECS阳性位置(positive site)与使用EcoG标识的位置相重叠，或者被定位成不超过一个触点。

在另一个实例中，记录是由在发生机动车事故之后出现并且同时正在经历首次癫痫的33岁男性产生的。作为其初步评估的一部分，患者接受了计算机断层摄影(CT)扫描，该评估提示左额叶低密度。磁共振(MR)成像揭示了一个非增强的左额叶肿块(图5，左侧)，并且MR波谱特征证明存在低到中等等级的肿瘤。鉴于肿瘤与解剖位置邻近于假设的布洛卡氏区，患者经历了fMRI和扩散张量成像(DTI)。fMRI证实肿瘤至布洛卡氏区(3-5毫米以内)与动词产生和对象命名任务存在密切的关系(p<0.05，整体差错校正)(图5)。

患者在开始服用左乙拉西坦(Keppra)之后没有出现任何更进一步的癫痫症状，并且保持神经完好无损，没有任何局灶性缺损或失语症。为了全面评估表达性语言皮层以获得最优的术后结果，患者选择进行使用了硬膜下网格和CES的两阶段的脑映射过程。在手术前，患者使用韦克斯勒成人智力量表WAIS-IV进行了神经心理测试，以便进行基准评估。患者通过一项协议给予了知情同意，其中该项协议经过了Albany Medical College以及USArmy Medical and Material Command的审查和批准。

针对第一阶段的手术，患者被植入了8x8厘米的硅硬膜下网格，其中该网格内置了64个直径为4毫米(2.3毫米外露)且电极间距离为1厘米的铂铱电极[PMT，Chanhassen，MN](图6A和6B)。触点1、2和9将被移除，以便沿着皮质表面绘制更好的轮廓线。触点57最为靠前，触点64处于最上方，触点8处于最后面(图7A)。在颅骨上放置了具有四个触点的电极条带，以便提供用于临床监视系统的接地。患者很好地忍过了第一阶段，并且连接到了Nihon-Kohden Neurofax视频EEG监视系统[东京，日本]，其中该系统会连续记录ECoG信号以及伴随的临床行为。为了确保临床数据采集的完整性，无源分离连接器会同时向八个光隔离且同步的16通道g.USBamp放大器/数字化器单元(g.tec，Graz，Austria)提供ECoG信号，其中所述信号以1200Hz的频率采样。关于ECoG信号的临床检查在触点23识别出了频繁的左额叶棘峰(spike)和棘波(spike and wave)放电。

在术后第2天，患者在使用ECoG和ECS程序的癫痫监视单元(EMU)中接受了手术外功能性皮质映射。对于ECoG映射来说，每一个触点位置的宽带伽马信号都会被测量，并且会在休息和任务期间之间进行比较，以便确定这些任务之间的统计学差异。相关内容参见Brunner等人发表于(2009)Epilepsy&Behavior,15:278-286的文章。患者首先安静地休息了六分钟，以便建立基准的ECoG活动模型。然后，患者根据视觉提示的指示执行了若干项重复的运动和语言任务：1)解开魔方；2)耸肩；3)伸出舌头；4)噘嘴；5)聆听一段故事；6)产生动词；7)想象生成动词。这个ECoG范例在几分钟内将电极触点11和12(图7A)识别为表达性语言节点。

对于ECS过程，所使用的是内置了刺激隔离和恒定电流电路[GrassTechnologies,Warwick,RI]的数字Grass S12X刺激器，以便使用脉冲持续时间为0.3秒、可变频率介于20-50Hz之间、电流范围从1到15mA以及训练持续时间为5秒的脉冲来刺激电极配对。双极和单极形态会通过增大的电流来评估，直至放电之后或是引发功能响应，或者直至最大电流量达到15mA。频率为20Hz且大小为10mA的触点11和12的刺激会导致完全的言语抑制，由此指示口才(eloquence)。这些节点在整个过程中在四个单独的场合得到确认。口腔运动功能同样会被识别。在映射过程中，刺激触点23和41引起脑电图癫痫(electrographic seizure)发作；患者接受2毫克的IV劳拉西泮、1000毫克的IV左乙拉西坦以及500毫克的磷苯妥英的治疗。更进一步的映射因为刺激所引发的癫痫以及后续的发作期而延迟了大约90分钟。

针对第二阶段的手术，在最初植入硬膜下网格之后经过了五天，患者返回手术室以进行第二阶段。一旦重新打开先前的开颅骨瓣并且在良好止血的情况下暴露皮层表面，则用高密度的64触点硅网格(PMT Corp.,Chanhassen,MN)来替换标准的硬膜下网格，其中所述网格测量2.5x2.5厘米的区域，其内置了直径为2毫米(外露1毫米)且电极间距离为3毫米的铂铱电极(图6C和6D)。为了进一步细化表达性语言功能的边界，这个高密度网格仅仅覆盖了先前通过手术外ECoG和ECS映射识别的语言皮层。患者被取消麻醉，以进行清醒状态下的被动映射。在数分钟以内，使用动词生成和单词重复的手术中ECoG映射会识别出于初始的标准硬膜下网格的触点11和12相对应的位置上的最显著的ECoG变化。这些位置将被列出以进行保存。患者很好地忍受了这个过程，并且在手术的剩余时间被从麻醉状态诱导回来。

在手术后，患者经历了良好的恢复过程，并且存在非常轻微的短暂混淆问题。永久性病理揭示出了在设置扩散纤维性星形细胞瘤WHO II的过程中的局灶性间变WHO III。

在图7A-7D中概述了来自fMRI、ECS以及手术外和手术中ECoG的映射结果。对于fMRI数据采集来说，手术前扫描是在具有回波平面成像(EPI)序列(80次扫描，采集体素大小为3毫米各向同性，重复时间(TR)为3秒，回波时间为30毫秒，翻转角度为90度，视场(FOV)为237毫米)的Philips Ingenia 3T扫描仪上获取的。功能MRI数据是用统计参数映射软件(SPM8，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)预处理和分析的。图像会通过使用标准化的互信息而被与解剖扫描相重新校准和配准(co-register)。统计分析是基于单个受试者执行的，并且由此没有施加平滑化处理。通用的线性模型是用用于单词生成的一个回归量估计的(用于单词生成块的15秒的box car会与标准的血液动力响应函数相卷积)，数据会由一个128秒的高通滤波器进行校正，以便滤除低频漂移，此外还会用一阶自回归模型来校正序列相关性。功能性MRI结果以与先前公开的方式相似的方式呈现在皮层表面上(图7B)，由此绘制表面以下8毫米的任何激活。功能性MRI活动是用阈值t(150)>5.51，pFWEcorrected<0.05来绘制的。

通过将术前的高分辨率MRI扫描提交给Freesurfer(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu)，可以创建三维的患者专用皮层表面脑模型。标准硬膜下网格的立体坐标是用SPM8软件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)以及定制的MATLAB脚本(The MathWorks Inc.,Natick,MA)识别的，其中该脚本会将MRI扫描与术后CT扫描相配准。高密度的硬膜下网格触点会通过使用头皮基准标记、术中神经导航系统(BrainLab AG,Feldkirchen,德国)以及新颖的定制软件而与标准的硬膜下网格的触点相配准。然后，电极位置将被投影到三维脑模型以及定制的NeuralAct软件(图7C)，以便再现相应ECoG活动的活动映射。

ECS和手术外ECoG使用标准化的网格坐标系来描绘相同的关键语言节点(图7C)。相同的位置是用手术中高分辨ECoG确认的(图7D)。这些结果显示了基于ECoG的被动映射在手术外和手术中环境中的价值。

在另一个示例中，依照如上所述的记录方法，实施了用于映射负责感官功能的脑区域的测试。图8示出了与负责受试者食指的感官功能的脑区域相关的基于ECoG的脑映射的结果。如图8所示，每一个点都代表一个电极。每一个电极的直径都与休息和感官刺激之间的伽马(也就是大于70Hz)范围以内的ECoG幅度变化成比例。在患者清醒时(图8的上方)使用该程序确定的位置与患者处于麻醉状态时(图8的下方)是相似的。在麻醉期间影响幅度(参见彩条)明显较小。这些结果表明在围手术设置期间使用EcoG来映射麻醉或无意识患者中负责感官运动功能的脑区域的重要性。

这里使用的术语只用于描述特定实施例，而不是对本发明进行限制。除非上下文中以其他方式明确指示，否则这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”同样应该包含复数形式。应该理解的是，术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”(及其任何相关变体)都是开放性连接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”一个或多个步骤或元素的方法、步骤或设备将会拥有这其中的一个或多个步骤或元素，但是并不局限于仅仅拥有这其中的一个或多个步骤或元素。以下的权利要求中的相应结构、材料、行动以及所有装置或步骤外加功能部件的等价物(如果有的话)旨在包含用于与其他请求保护的部件相结合来执行特别请求保护的功能的任何结构、材料或行为。这里的公开是例证性的而不是穷举性的，或者其并未将本发明局限于所公开的形式。对本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，众多的修改和变化都是显而易见的。所描述的实施例以最佳的方式说明了本发明的一个或多个方面的原理以及实际应用，并且能使本领域的其他普通技术人员理解本发明的一个或多个方面可用于具有与所设想的特定用途相适合的各种修改的不同实施例。

Claims (51)

1.一种用于映射言语处理中涉及的神经区域的系统，包括：

多个记录电极，用于施加于人体受试者皮质表面；

用于向所述受试者呈现多个听觉刺激的工具，其中所述多个刺激包括言语声音及非言语声音；

用于在呈现所述多个听觉刺激期间记录脑活动的工具；以及

用于识别一个或多个脑区域的工具，其中所述一个或多个脑区域的脑活动在呈现言语声音之后发生的变化比在呈现非言语声音之后的变化更大；

其中所述人体受试者在所述呈现和所述记录期间不说话。

2.根据权利要求1所述的系统，其中在使用所述系统期间所述人体受试者在所述呈现和所述记录期间不能说话。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述人体受试者在所述呈现和记录期间是无意识的。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述人体受试者在所述呈现和所述记录期间被麻醉。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：多个记录电极，用于施加于人体受试者的额叶皮质表面。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：多个记录电极，用于施加于人体受试者的颞叶皮层表面。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括小于2.5毫米的暴露表面直径。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括1毫米的暴露表面直径。

9.根据权利要求1所述的系统，所述多个记录电极具有1厘米或更小的电极间距离。

10.根据权利要求9所述的系统，所述电极间距离为3毫米或更小。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激之后的100-1000毫秒之间变化。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激呈现之后的250-750毫秒之间变化。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的活动变化是在比呈现言语声音的持续时间短的持续时间发生的。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的活动变化是在呈现言语刺激期间少于1000毫秒的时间发生的，其中所述言语刺激呈现了1000毫秒以上。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的活动变化基本上是在呈现言语刺激的整个持续时间发生的。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述用于记录脑活动的工具被配置成记录宽带伽马波。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述用于记录脑活动的工具被配置成记录振荡活动，其中所述振荡活动是塞塔、阿尔法或贝塔活动中的一个或多个。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述用于记录脑活动的工具被配置成记录诱发的潜在活动。

19.根据权利要求1所述的系统，其中用于识别一个或多个脑区域的工具被配置成将脑活动的模拟记录转换为脑活动的数字记录。

20.根据权利要求16所述的系统，其中所述用于识别一个或多个脑区域的工具被配置成识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音之后相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的宽带伽玛功率变化相对更大。

21.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括1厘米的暴露表面直径。

22.根据权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激之后的250-750毫秒之间变化。

23.根据权利要求4所述的系统，其中所述用于识别一个或多个脑区域的工具被配置成将脑活动的模拟记录转换为脑活动的数字记录，其中与呈现非言语声音相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的宽带伽马功率变化更大。

24.根据权利要求19所述的系统，进一步包括：硬件处理器，用于控制所述多个听觉刺激的开始时间，以及在呈现听觉刺激之后，测量所述一个或多个脑区域的脑活动变化。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述用于识别一个或多个脑区域的工具被配置成识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的宽带伽玛功率变化更大。

26.一种用于映射言语处理涉及的神经区域的系统，包括：

多个记录电极，用于施加于被麻醉的人体受试者的皮质表面，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括1厘米的暴露表面直径以及1厘米或更小的电极间距离；

用于向所述受试者呈现多个听觉刺激的工具，其中所述多个刺激中的一些刺激是言语声音，并且所述多个听觉刺激中的其他刺激是非言语声音；

用于在所述呈现所述多个听觉刺激期间记录宽带伽马波的工具；以及

用于将脑活动的模拟记录转换为脑活动的数字记录，以及识别一个或多个脑区域的工具，其中与在开始呈现非言语声音之后100-1000毫秒之间相比，所述一个或多个脑区域的脑活动在开始呈现言语声音之后的100-1000毫秒的变化更大；以及

硬件处理器，用于控制所述多个听觉刺激的开始时间，以及在呈现听觉刺激之后测量所述一个或多个脑区域的脑活动变化。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括1毫米的暴露表面直径。

28.根据权利要求26所述的系统，其中所述多个记录电极具有3毫米或更小的电极间距离。

29.根据权利要求26所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激之后的250-750毫秒之间变化。

30.一种用于映射言语生成所涉及的神经区域的系统，包括：

多个记录电极，用于施加于人体受试者的皮质表面；

用于向所述受试者呈现多个听觉刺激的工具，其中所述多个刺激中的一些刺激是言语声音，并且所述多个听觉刺激的其他刺激是非言语声音；

用于在所述呈现所述多个听觉刺激期间记录脑活动的工具；以及

用于识别一个或多个脑区域的工具，其中与呈现非言语声音相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的脑活动变化更大；

其中所述人体受试者在所述呈现和所述记录期间不说话。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述人体受试者在所述呈现和所述记录期间不能说话。

32.根据权利要求31所述的系统，其中所述人体受试者在所述呈现和记录期间是无意识的。

33.根据权利要求32所述的系统，其中所述人体受试者在所述呈现和所述记录期间是被麻醉的。

34.根据权利要求30所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括小于2.5毫米的暴露表面直径。

35.根据权利要求34所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括1毫米的暴露表面直径。

36.根据权利要求30所述的系统，其中所述多个记录电极具有1厘米或更小的电极间距离。

37.根据权利要求36所述的系统，其中所述多个记录电极具有3毫米或更小的电极间距离。

38.根据权利要求30所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激之后的100-1000毫秒之间变化。

39.根据权利要求38所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激之后的250-750毫秒之间变化。

40.根据权利要求30所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的活动变化是在比呈现言语声音的持续时间更短的持续时间发生的。

41.根据权利要求40所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的活动变化是在言语刺激呈现期间短于1000毫秒的时间发生的，其中所述言语刺激被呈现了1000毫秒以上。

42.根据权利要求30所述的系统，其中所述用于记录脑活动的工具被配置成记录宽带伽马波。

43.根据权利要求30所述的系统，其中所述用于记录脑活动的工具被配置成记录振荡活动，以及所述振荡活动是塞塔、阿尔法或贝塔活动中的一个或多个。

44.根据权利要求30所述的系统，其中所述用于记录脑活动的工具被配置成记录诱发的潜在活动。

45.根据权利要求30所述的系统，其中所述用于识别的工具被配置成将脑活动的模拟记录转换成脑活动的数字记录。

46.根据权利要求42所述的系统，其中所述用于识别的工具被配置成识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的宽带伽玛功率变化更大。

47.根据权利要求33所述的系统，其中所述多个记录电极中的一个或多个包括1厘米的暴露表面直径。

48.根据权利要求33所述的系统，其中所述一个或多个脑区域的所述脑活动在开始呈现听觉刺激呈现之后的250-750毫秒之间变化。

49.根据权利要求33所述的系统，其中所述用于识别的工具被配置成将脑活动的模拟记录转换为脑活动的数字记录，以及识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音之后相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的宽带伽马功率变化更大。

50.根据权利要求45所述的系统，进一步包括硬件处理器，用于控制所述多个听觉刺激的开始时间，以及在呈现听觉刺激之后测量所述一个或多个脑区域的脑活动变化。

51.根据权利要求50所述的系统，其中所述用于识别的工具被配置成识别一个或多个脑区域，其中与呈现非言语声音相比，在呈现言语声音之后，所述一个或多个脑区域的宽带伽马功率变化更大。

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