For many years, bilateral representation of speech centers, partial dominance, and the switching of the dominant hand from left to right in early childhood were traditionally considered among the causes of stuttering. The interpretation of stuttering through cerebral dominance is characteristic of the period from the 1930s to the 1940s. Studies of the CNS of people who stutter have shown that they have impaired cerebral dominance and exhibit partial speech dominance (Orton S.T. 1927; Travis L.E., 1931). Travis L.E. (1931) suggested that stuttering is the result of asynchronous excitation of nerve impulses in the bilateral muscles of the jaw. In 1934, he presented electromyographic data recorded from the left and right speech muscles of 24 stuttering and non-stuttering individuals. He reported that action potentials of normal subjects were practically identical, whereas action potentials of stuttering subjects were strikingly different. It was concluded that the speech of stutterers is interrupted due to the non-simultaneous arrival of action potentials in the speech muscles, resulting from asynchronous hemispheric work. While some early data were interpreted as confirming the fact of insufficient cerebral dominance in stutterers (Freestone N.W., 1942), others argued that stutterers demonstrate right-hemisphere speech dominance. For example, Douglass L.C. (1943) and Knott J.R. & Tjossen T.D. (1943) indicated that stutterers, as a group, have a smaller percentage of alpha waves in the right occipital region compared to the left occipital region during silence (whereas non-stutterers show the opposite).
One important study that led to a reassessment of the role of cerebral dominance was the publication by Williams D.E. in 1955. He found no significant differences in the time or amplitude of action potentials recorded from the two jaw muscles. The differences that were found concerned excessive muscle tension and different patterns of jaw muscle actions accompanying stuttering. Thus, the electromyographic differences were seen as a consequence of stuttering, not its cause. A study of cortical blood circulation in stutterers was conducted by Wood et al. (1980). It was found that during stuttering in right-handers, the speed of cerebral blood flow increases in the right Broca's area compared to the left, and correspondingly, an increase in cerebral blood flow in the left Wernicke's area compared to the right was observed during stuttering. Interestingly, when subjects spoke fluently without stuttering, greater blood flow was observed in the left hemisphere, but not in the right. Temporal blood flow asymmetry is accompanied by a decrease in the amplitude of auditory evoked potentials (Hari, 1983; Pool et al., 1989). At the same time, in adults who stutter, there is a global decrease in regional cerebral blood flow and altered metabolism in cortical areas classically related to speech (Watson et al., 1994). Significant blood flow asymmetry (less on the left than on the right) has been shown in the superior temporal, middle temporal, and anterior cingulate areas. Moreover, the mentioned authors found no systematic relationship between blood flow asymmetry and stuttering frequency.
The authors suggested that linguistic and speech deficits are linked. Speech deficit is associated with asymmetry in areas traditionally related to speech production - the superior, middle temporal, and inferior frontal gyri. Studies of blood flow have been correlated with EEG evidence of reduced beta-wave amplitude. The connection between stuttering and cortical disturbances in the left inferior frontal gyrus aligns with classical anatomo-clinical concepts of speech motor control. Motor initiation is localized in the mesofrontal cortex in the cingulate, or supplementary motor area (Goldberg G., 1985), whereas the area for speech motor programming is localized in the left inferior frontal (perisylvian) region (Goldberg G., 1985).
Many independent researchers have studied the morphological asymmetry of speech areas of the brain. The planum temporale, which extends from Heschl's gyrus to the superior temporal gyrus behind the Sylvian fissure, is larger in the left hemisphere of normal right-handed subjects, by a factor of 3 to 7. In 65% of cases, its size is larger on the left hemisphere and only in 11% of cases - on the right. This area is defined as associative auditory cortex (Geschwind N. & Levitsky W., 1968). The left occipital horn of the lateral ventricle is larger and wider than the right, i.e., possibly there is more white matter in the posterior portion of the right hemisphere than in the left (McRae D.L., Branch C.L. & Milner B., 1968). The left hemisphere, with its larger planum temporale, may be better suited for processing short auditory signals (less than 100 ms), analyzing complex components of auditory stimuli, and for temporal coordination of information (Tallal P. & Newcomb F., 1978; Thatcher R.W., 1980; Zaidel E., 1979). The right hemisphere, with greater tissue mass in the posterior occipital lobe, is better adapted for processing visual information, scanning auditory and visual surrounding space, and analyzing stable, constant information associated with higher visual representations (Day J., 1977, 1979; Tallal P. & Piercy M., 1974). Work initiated by Ojemann G. A., Fedio D. & Van Buren J.M. (1968) and Fedio D. & Van Buren J.M. (1975) showed that the left and right pulvinar (thalamic nuclei) are primarily involved in information processes. Moreover, the right pulvinar is involved in the analysis of visual stimuli, and the left - in verbal-auditory stimuli.
These studies confirm that speech is not solely lateralized in the left hemisphere. Specific processes and mental operations related to the verbal-acoustic parameters of linguistic stimuli are lateralized. Activation of one or the other brain hemisphere is related both to the nature of the stimulus and to the subject's approach to the task. For example, Willis S. G., Weatlez G. H. & Mitchell O. R. (1979) showed that spatial stimuli during analytical problem-solving are processed by the left hemisphere, whereas Gates A. & Bradshaw J. (1977) found that experienced musicians analyze music mainly with the left hemisphere, unlike non-musicians.
Zaidel (1979) argues that speech is the most lateralized linguistic function, typically for the left hemisphere, whereas language comprehension is less lateralized, represented to varying degrees in both hemispheres. Since each hemisphere uses a different strategy for information processing, it is not surprising that each hemisphere is more or less activated when solving different tasks and processing different stimuli. For example, the left hemisphere is more efficient in processing phonetic information, whereas the right hemisphere handles semantic information more successfully.
At the Montreal Neurological Institute, patients with epilepsy scheduled for brain surgery first underwent the Wada test (Wada J. & Rusmussen T., 1960). A sodium amytal solution was injected first into one carotid artery, then into the other. The substance circulates through the brain on the side of the injection, and any function served by that hemisphere is interrupted for a few minutes. This method is useful for determining speech and language hemispheric dominance. The data obtained indicate that only in 15% of left-handers are speech centers located in the right hemisphere. In 70% of left-handers, speech functions were performed by the left hemisphere, and in 15%, speech centers were represented bilaterally.
Currently, many researchers and practitioners support Travis's theory (1930-1978) and believe that the organic model of stuttering focuses on incomplete or abnormal cerebral dominance (Costa & Kroll, 2000). Based on the above, compared to the general population, there should be a greater number of converted right-handers and individuals with mixed dominance (where dominant hand, foot, and eye do not match) among stutterers. To test this hypothesis, we examined 50 stuttering children of both sexes aged 6 to 15 years. The lower age limit was set according to literature data and neurological observations, which indicate that children under four years of age do not have strict lateralization of functions. For example, according to Basser (1962) and other authors, young children show minor speech impairments following damage to either hemisphere. We studied medical histories, interviewed parents, and examined the patients. Tests were used to determine the dominant hand, foot, and eye of each subject. It turned out that all subjects were right-handed; 3 had a dominant left foot and left eye, and 4 had a dominant left eye. According to their parents, 8 children used both their left and right hands equally but became right-handed by the age of 5. In no case was there forced retraining from left to right hand. In 46 subjects, stuttering began after the dominant hand was determined. Comparison of the obtained data with the literature does not allow us to identify stutterers as a group having specific lateralization characteristics compared to the general population.
A widely branched network participates in speech production, including, in addition to cortical areas, the thalamus, basal ganglia, insula, and adjacent motor areas (McClean et al., 1990). MRI studies have found that the speech process in healthy right-handed subjects involves not only Broca's and Wernicke's areas, primary auditory and visual cortex, and frontal areas of the left hemisphere, but also the corresponding areas of the right hemisphere (Gernsbacher & Kashak, 2003). For example, the left and right superior temporal areas are involved to varying degrees in processing pragmatic and lexico-semantic information in utterances (Kuperberg et al., 2000). Levelt et al. (1998) recorded magnetoencephalograms during picture naming by healthy right-handers. This model of psycholinguistic activity included stages of visual perception, searching for appropriate lexical concepts, selecting key words from the mental lexicon, phonological encoding, phonematic encoding, and articulatory initiation. The process started on the left in the visual cortex, then, through the parietal and temporal lobes, activated the frontal cortex. Activation of the left posterior temporal area - Wernicke's area - began at 200 ms and peaked at 350 ms, whereas in the right parietal area, activation peaked at 230 ms after picture presentation, preceding and overlapping the response of the left temporal area. Thus, recent research indicates that the involvement of right-hemisphere structures in speech production is the norm, not a pathology specific to stutterers.
Our data allow us to state that mixed, partial dominance or differences in the lateralization of linguistic functions are not involved in the pathogenesis of stuttering.
References
Долгие годы традиционно одной из причин заикания считались билатеральное представительство речевых центров и парциальная доминантность, а также переделка ведущей руки с левой на правую в раннем детстве. Трактовка заикания через церебральную доминантность характерна для периода 1930-1940-х годов. Исследования ЦНС заикающихся показали, что у них нарушена церебральная доминантность и существует парциальная речевая доминантность (Orton S.T. 1927; Travis L.E.,1931). Travis L.E.,1931 предположил, что заикание - результат асинхронного возбуждения нервных импульсов билатеральных мышц челюсти. В 1934 году он представил электромиографические данные, снятые с левых и правых речевых мышц 24 заикающихся и незаикающихся. Он сообщил, что потенциалы действия нормальных испытуемых были практически идентичны, тогда как потенциалы действия заикающихся поразительно отличались. Был сделан вывод о том, что речь заикающихся прерывается из-за неодновременного прибывания потенциалов действия в речевые мышцы вследствие несинхронности работы полушарий. Тогда как некоторые ранние данные были интерпретированы , как подтверждающие факт недостаточной мозговой доминантности у заикающихся (Freestone N.W., 1942), другие утверждали, что заикающиеся демонстрируют правополушарную доминантность речи. Например, Douglass L.C. (1943) Knott J.R.& Tjossen T.D. (1943) указывают, что заикающиеся, как группа, имеют меньший процент альфа-волн в правой затылочной области по сравнению с левой затылочной областью во время молчания ( тогда, как незаикающиеся показывают обратное).
Одним из важных исследований, послуживших для переосмысления роли церебральной доминантности, была публикация Williams D.E. в 1955 году. Он не нашел значительных различий во времени или амплитуде потенциалов действия, снимаемых с двух челюстных мышц. Различия, которые были обнаружены, касались чрезмерного мышечного напряжения и различного паттерна действий мышц челюсти, сопровождающих заикание. Таким образом, элктромиографические различия были рассмотрены как следствие заикания, а не его причина. Одно из исследований коркового кровообращения заикающихся было проведено Wood с соавторами (1980). Было обнаружено, что во время заикания у правшей повышается скорость церебрального кровотока в правой зоне Brocа по сравнению с левой, соответственно было обнаружено увеличение церебрального кровотока левой зоны Вернике по сравнению с правой во время заикания. Интересно, что когда испытуемые говорили гладко, без заикания, больший кровоток наблюдался в левом полушарии, но не в правом. Асимметричность темпорального кровотока сопровождается снижением амплитуды слуховых вызванных потенциалов (Hari, 1983; Pool и др., 1989). В то же время у заикающихся взрослых наблюдается глобальное снижение регионального мозгового кровотока и изменение метаболизма в корковых областях, классически относящихся к речевым (Watson и др., 1994). Показана значительная асимметрия тока крови (слева меньше, чем справа) в верхневисочной, средневисочной и передних cingulate областях. Причем упомянутые авторы не нашли систематических связей между асимметричностью тока крови и частотой заикания.
Авторы предположили, что лингвистический и речевой дефицит связаны. Речевой дефицит сопряжен с асимметрией в областях, традиционно связанных с продуцированием речи - верхней, средней темпоральной и нижней фронтальной извилинах. В работах исследования тока крови соотносились с ЭЭГ- доказательствами снижения амплитуды бета-волн. Связь между заиканием и корковыми нарушениями в левой нижней фронтальной извилине соотносится с классическими анатомо-клиническими представлениями о речевом моторном контроле. Моторная инициация локализована в мезофронтальной коре в cingulate, или дополнительной моторной зоне (Goldberg G., 1985), тогда как область моторного программирования речи локализована в левой нижней фронтальной области (perisylvian) (Goldberg G., 1985).
Многие независимые исследователи изучали морфологическую асимметрию речевых областей мозга. Planum temporale, которая тянется за извилиной Гешля к верхней височной извилине за Сильвиевой бороздой, больше в левом полушарии нормальных праворуких субъектов в 3-7 раз. В 65% случаев размеры ее больше на стороне левого полушария и только в 11% случаев - на стороне правого. Эта область определяется как ассоциативная слуховая кора (Geschwind N. & Levitsky W., 1968). Левый затылочный рог латерального желудочка больше и шире, чем справа, т.е., возможно, в задней части ("posterior portion") правого полушария больше белого вещества, чем в левом (McRae D.L., Branch C.L.& Milner B., 1968). Левое полушарие с большим planum temporale может быть лучше приспособлено для обработки коротких слуховых сигналов (меньше 100 мсек), анализа комплексных частей слуховых стимулов и для временного согласования информации ( Tallal P.& Newcomb F., 1978; Thutcher R.W., 1980; Zaidel E., 1979). Правое полушарие, с большей тканевой массой в задней затылочной доле, больше приспособлено к обработке зрительной информации, сканированию звукового и зрительного окружающего пространства и анализа устойчивой стабильной информации, связанной с высшими зрительными представлениями (Day J., 1977, 1979; Tallal P.& piercy M., 1974). Работа, начатая Ojemann G. A., Fedio D.& Van Buren J.M. (1968) и Fedio D.& Van Buren J.M. (1975), показала, что левая и правая pulvinar (таламические ядра) вовлечены главным образом в информационные процессы. Причем правая половина pulvinar вовлечена в анализ зрительных стимулов, а левая - вербально- слуховых стимулов.
Эти исследования подтверждают, что речь не латерализована исключительно в левом полушарии. Латерализованы определенные процессы и ментальные операции, которые относятся к вербально-акустическим параметрам лингвистических стимулов. Активация того или иного полушария мозга связана как с природой стимула, так и с подходом субъекта к поставленной задаче. Например, Willis S. G., Weatlez G. H.& Mitchell O. R. (1979) показали, что пространственные стимулы в процессе решения аналитической задачи обрабатываются левым полушарием, в то же время Gates A.& Bradshaw J. (1977) обнаружили, что опытные музыканты анализируют музыку в основном левым полушарием в отличие от немузыкантов.
Zaidel (1979) утверждает, что речь является самой латерализованной лингвистической функцией, обычно для левого полушария, тогда как понимание языка менее латерализовано, представленное в различной степени в обоих полушариях. Так как каждое полушарие использует различную стратегию для обработки информации, неудивительно, что каждое полушарие более или менее активировано при решении различных задач и обработке разных стимулов. Например, левое полушарие более эффективно в обработке фонетической информации, тогда как правое полушарие более успешно справляется с семантической информацией.
В Монреальском неврологическом институте больным эпилепсией, которым предстояла операция на мозге, предварительно проводилась проба по методу Wada (Wada J. & Rusmussen T., 1960). Раствор амитала натрия вводился сначала в одну, а затем в другую сонную артерию. Вещество циркулирует по мозгу на стороне инъекции и любая функция, обслуживающаяся данным полушарием, прерывается на несколько минут. Этот метод полезен для определения речевой и языковой доминантности полушарий. Полученные данные свидетельствуют о том, что только у 15% левшей центры речи находятся в правом полушарии. У 70% леворуких речевые функции выполнялись левым полушарием, у 15% центры речи представлены билатерально.
В настоящее время многие исследователи и практики поддерживают теорию Travis (1930-1978) и считают, что органическая модель заикания фокусируется на неполной или абнормальной церебральной доминантности (Costa & Kroll, 2000). Исходя из вышеуказанного, по сравнению с общей популяцией, среди заикающихся должно быть представлено большее количество переученных правшей и субъектов со смешанной доминантностью, когда не совпадают ведущие рука, нога и глаз. Чтобы проверить это предположение, мы провели обследование 50 заикающихся детей обоего пола от 6 до 15 лет. Нижняя граница возраста была установлена в соответствии с литературными данными и неврологическими наблюдениями, согласно которым до четырехлетнего возраста у детей нет строгой латерализации функций. Так, по данным Basser (1962) и других авторов, дети в раннем возрасте демонстрируют небольшие нарушения речи после повреждения того или иного полушария. Мы изучили истории болезни, провели беседы с родителями и обследовали больных. При помощи тестов были определены доминирующие рука, нога и глаз каждого испытуемого. Оказалось, что все испытуемые являлись правшами, у 3 доминировали левая нога и левый глаз, у 4 левый глаз был ведущим. По словам родителей, 8 детей пользовались левой рукой, как и правой, но к 5 годам стали праворукими. Ни в одном случае не было насильственного переучивания с левой руки на правую. У 46 испытуемых заикание началось после того, когда доминирующая рука была определена. Сопоставление полученных данных с литературными не позволяет выделить заикающихся, как группу, имеющую особенности латерализации по сравнению с общей популяцией.
В обеспечении речи участвует широко разветвленная сеть, включающая, помимо корковых областей, таламус, базальные ганглии, островок и прилежащую моторную зону (McClean и др., 1990). Исследования методом МРТ обнаружили, что в процесс речи здоровых испытуемых правшей вовлечены не только зоны Broca и Wernicke, первичная слуховая, зрительная кора и фронтальные зоны левого полушария, но и соответствующие им области правого полушария (Gernsbacher & Kashak, 2003). Например, в обработку прагматической и лексико-семантической информации в высказывании левая и правая верхневисочные области вовлечены в различной степени (Kuperberg и др., 2000). Levelt и др. (1998) регистрировали магнитоэнцефалограмму во время называния картин здоровыми правшами. Эта модель психолингвистической деятельности включала стадии визуальной перцепции, поиска подходящих лексических понятий, выбор ключевых слов из ментального лексикона, фонологическое кодирование, фонематическое кодирование и артикуляционную инициацию. Процесс начинался слева со зрительной коры, затем, через теменную и височную, активировалась фронтальная кора. Активация левой задней височной области - зоны Wernicke - начиналась через 200 мсек и достигала пика через 350 мсек, тогда как в правой теменной области активация достигала пика через 230 мсек после предъявления картины, что предваряло и перекрывало ответ левой височной области. Таким образом, исследования последних лет свидетельствуют о том, что вовлечение структур правого полушария в продукцию речи является нормой, а не специфичной для заикающихся патологией.
Наши данные позволяют утверждать, что смешанная, парциальная доминантность или различия в латерализации лингвистических функций не включены в патогенез заикания.
Литература.