基底神经节在言语时间结构编码中的作用：来自STN和GPi局部场电位的研究

本研究针对基底神经节(BG)在言语时间结构处理中的作用这一科学问题，通过记录帕金森病(PD)患者的丘脑底核(STN)和抽动秽语综合征/肌张力障碍患者的苍白球内侧部(GPi)的局部场电位(LFP)，首次揭示了BG核团通过β波段(12-30 Hz)振荡追踪双语音流中词汇起始时间信息的重要机制。研究采用深度脑刺激(DBS)电极记录技术，结合时间响应函数(TRF)建模方法，发现58%的STN和44%的GPi触点能显著追踪词汇起始时间结构，为BG参与目标导向性言语处理提供了直接电生理证据。

　　

言语感知是人类最复杂的认知功能之一，其核心在于对动态时间结构的精确解析。尽管皮层在言语时间编码中的作用已被广泛研究，但基底神经节(BG)这一深藏大脑内部的古老结构在言语处理中的角色仍笼罩着神秘面纱。临床观察显示，帕金森病(PD)等BG功能障碍患者常伴有言语流畅性和时间感知障碍，暗示BG可能参与言语时间编码。然而，由于技术限制，以往研究多依赖非侵入性方法，难以捕捉BG核团毫秒级的神经活动。这一领域存在三个关键科学问题：BG是否参与言语时间结构编码？其神经表征具有怎样的电生理特征？不同BG核团(STN与GPi)在双语音流处理中是否存在功能差异？

为解决这些问题，德国奥尔登堡大学等机构的研究团队开展了一项创新性研究。他们利用临床罕见的科研机遇——通过植入BG核团的深度脑刺激(DBS)电极直接记录局部场电位(LFP)，首次揭示了人类STN和GPi在自然言语处理中的时间编码机制。研究发现，BG核团通过β波段(12-30 Hz)振荡的幅度调制来追踪词汇起始时间信息，且这种编码能力不受疾病类型(PD、抽动秽语综合征或肌张力障碍)影响。该成果发表于《Brain Structure and Function》，为理解言语处理的皮层下机制提供了全新视角。

研究采用多项关键技术：1)利用DBS电极记录STN(8例PD患者)和GPi(3例抽动秽语综合征+3例肌张力障碍患者)的LFP信号；2)设计双语音流范式(男女声各一)，要求被试注意指定说话者并报告关键词；3)提取β波段(12-30 Hz)振荡的希尔伯特包络进行时频分析；4)采用时间响应函数(TRF)建模量化神经活动与词汇起始时间的线性关系；5)通过100次bootstrap重采样和5折交叉验证确保统计可靠性。

材料与方法

研究纳入14例患者(STN组8例PD，GPi组6例)，记录其执行双语音流任务时的LFP信号。语音材料采用德语版Coordinate Response Measure语料库，包含目标词(作家名)引导的颜色-数字组合句。通过双极导联记录和时频转换(12-30 Hz频段)，分析神经活动与语音时间结构的对应关系。

时间频率分析

结果显示，所有被试的STN和GPi在语音呈现期间均出现显著的β波段功率变化。代表性触点显示，β波段响应可贯穿整个语句(约3.18秒)或仅出现于部分时段，表明BG对言语时间信息的编码具有动态特性。

词汇起始追踪分析

TRF建模发现，58%的STN触点和44%的GPi触点能显著预测词汇起始时间(Pearson相关性检验p<0.05)。图3展示的典型案例显示，实际神经响应预测分布(红色)显著优于随机重排数据的参考分布(蓝色)，证实BG神经活动确实携带语音时间结构信息。

语音流分离分析

进一步分析表明，BG神经活动可同时表征注意和非注意语音流的特征，未表现出稳定的说话者偏好，提示BG可能作为通用的时间信息"路由器"而非选择性过滤器。

研究结论部分指出，该工作首次证实人类BG核团通过β波段振荡参与言语时间结构编码，这一发现具有三重意义：1)拓展了对言语处理神经环路的认识，将传统"皮层中心"模型延伸至皮层-BG-丘脑环路；2)为BG功能障碍患者的言语障碍提供潜在解释；3)启发新型脑机接口设计，如利用STN/GPi信号解码言语意图。特别值得注意的是，尽管研究人群存在运动障碍，其言语感知能力保持相对完整(平均正确率81%)，暗示BG的时间编码功能可能独立于其运动功能。

讨论部分强调，BGβ波段活动可能通过两种机制支持言语处理：一是作为"时间窗口"的闸门控制器，优化皮层对关键语音片段的处理；二是通过预测性时间编码，提前准备对即将到来的语音信息的处理。这些发现与近期研究形成呼应，如Avantaggiato等(2023)报道STNβ活动与言语清晰度相关，Hovsepyan等(2023)提出β振荡在言语预测误差调控中的作用。未来研究需结合皮层-皮层下同步记录，阐明BG与听觉皮层的动态互动机制。