布洛卡区负责言语生成功能受肺功能调节

doi:10.4103/NRR.NRR-D-25-00685

摘要/Abstract

摘要：

人们已知布洛卡区（特别是左下额回的盖部与三角部）对人类言语生成至关重要。然而该区域为何参与言语活动仍未可知。言语生成不仅涉及概念构思与运动规划，还需依靠呼吸系统提供发声所需的气流。因此，布洛卡区在言语中的作用可能受肺部功能及相关脑区调控。为验证此假设，试验招募慢性阻塞性肺病（COPD）患者，在功能性磁共振成像（fMRI）与定量磁共振成像（qMRI）扫描过程中要求其进行言语任务。结果观察到，COPD患者在执行言语任务时，左侧下额叶皮质及其他区域的皮质反应发生改变，与呼吸相关的皮质区域出现异常激活。此外，通过qMRI生成长程弛豫时间（T1）图谱作为脑微结构变化指标（包括树突成熟与髓鞘化），发现患者布洛卡区T1值显著高于对照组，表明该区域髓鞘化程度降低且微结构完整性受损。关键数据表明：呼吸困难程度越严重，布洛卡区微结构发育越不完善且激活强度越弱。此研究首次证实肺部功能可塑造布洛卡区作为言语中枢的特性，为肺功能障碍影响皮层语言区功能与结构特性提供了新证据。这些发现凸显了肺脑轴在言语生成中的机制作用，并为改善言语表现的干预措施提供了潜在靶点。

https://orcid.org/0000-0001-6983-1767 (Li-Hai Tan);

https://orcid.org/0000-0002-6739-4265 (Shijun Qiu)

关键词: 布洛卡区l言语生成l肺功能l功能磁共振成像l定量磁共振成像l慢性阻塞性肺病l肺脑轴l呼吸困难l微结构改变lT1

Abstract: For more than 150 years, Broca’s area—specifically, the pars opercularis and pars triangularis in the left inferior frontal gyrus—has been recognized as crucial for human speech production. However, it remains unknown why this region is recruited for speaking. Speech production involves not only conceptualization and motor planning but also respiration to provide the necessary airflow for creating sounds. Thus, the role of Broca’s area in speech may be shaped by the functionality and related brain regions of the lungs. To test this hypothesis, we recruited patients with chronic obstructive pulmonary disease and asked them to read words aloud while their brains were scanned using functional magnetic resonance imaging, with quantitative magnetic resonance imaging acquired separately. The chronic obstructive pulmonary disease patients exhibited altered cortical responses in the left inferior prefrontal cortex and other regions during speech tasks, and also had abnormal activation in cortical sites associated with breathing. In addition, using quantitative magnetic resonance imaging to generate longitudinal relaxation time (T1) maps as an index of brain microstructural changes, including dendritic maturation and myelination, we observed significantly longer longitudinal relaxation times in Broca’s area in the chronic obstructive pulmonary disease group than in the control group, suggesting reduced myelination and impaired microstructural integrity. Crucially, our data indicated that more severe dyspnea was associated with less well-developed microstructure in Broca’s area and weaker activation of this region. The present study indicates for the first time that the lungs may function to shape Broca’s area as the speaking center, providing novel evidence that pulmonary dysfunction can influence both the functional and structural properties of cortical language regions. These findings highlight the mechanistic role of the lung–brain axis in speech production and suggest potential targets for interventions to enhance speech performance.

Key words: Broca’s areal chronic obstructive pulmonary diseasel dyspneal functional magnetic resonance imagingl lung-brain axisl speech productionl lung functionsl microstructural changesl quantitative magnetic resonance imaging

. 布洛卡区负责言语生成功能受肺功能调节[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2026, 21(9): 4352-4357.

Siyu Cao, Wenwen Zhuang, Yuqian Hu, Shijun Qiu, Li-Hai Tan. Broca’s area, responsible for speech production, is regulated by lung function[J]. Neural Regeneration Research, 2026, 21(9): 4352-4357.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

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延伸阅读

NRR：中国北京大学第三医院曹思愚团队提出负责言语产生的布罗卡区受肺功能调节

既往研究多聚焦于“肺-脑轴”在神经炎症、免疫调控及微生物组等方面的作用机制，但尚未研究直接探讨肺功能如何影响人类言语产生的神经基础。北京大学第三医院曹思愚医生联合暨南大学谭力海教授团队和广州中医药大学附属第一医院邱士军教授团队，利用功能磁共振成像（fMRI）和定量磁共振成像（qMRI），发现慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者在布洛卡区及相关区域存在功能和髓鞘发育异常，在学术界首次提供了肺功能塑造人脑语言中枢的重要证据。该研究发表于《中国神经再生研究（英文）》杂志。

研究背景

1. 布洛卡区位于额下回，是人类言语产生最核心的脑区。它不仅参与概念化与运动规划，还与呼吸协调密切相关，而呼吸是言语产生的前提。

2. 近年来的研究提出，肺与大脑之间存在神经、免疫和炎症通路构成的双向交流系统，肺部疾病可能影响大脑功能和结构。

3. 慢性阻塞性肺疾病是一种以气流受限为特征的常见慢性呼吸系统疾病，可导致呼吸困难、缺氧，进而可能影响大脑功能与神经可塑性。

4. 功能和定量磁共振成像技术可评估大脑的活动和髓鞘水平的结构变化，包括髓鞘化和树突发育情况，为研究肺功能与人脑布洛卡区的关系提供了重要工具。

研究方法

1. 招募慢性阻塞性肺疾病患者和健康对照组，在执行言语产生任务时进行fMRI扫描。

2. 使用统计分析方法分析两组被试在布洛卡区和呼吸相关脑区的激活差异。

3. 基于文献定义的与肺功能相关脑区峰值点绘制感兴趣区，再次检验两组被试的激活差异。

4. 使用qMRI获取纵向弛豫时间（T₁）图谱，分析布洛卡区微结构特征。

5. 探讨脑区激活值以及T₁与呼吸困难严重程度的相关性。

结果表明，COPD患者在布洛卡区及言语相关脑区表现处更弱的激活反应，在布洛卡区的T₁值显著升高，表明髓鞘化水平降低、微结构完整性受损。至关重要的是，数据表明，呼吸困难的严重程度与布罗卡区微结构发育不完善及其激活程度较低有关。

总结

研究结果表明，人类言语产生中心的布罗卡区的发育受肺功能调控。在慢性阻塞性肺病(COPD)患者中，呼吸困难严重程度与布罗卡区激活度降低和微结构完整性改变相关。这些发现提供了肺-脑轴影响言语生成的神经基础的直接证据。至关重要的是，肺功能障碍可能会损害与言语相关的皮质区域的神经可塑性和再生过程，这表明呼吸系统健康与语言功能之间存在机制上的联系。我们的研究还揭示了潜在的治疗途径，针对神经再生或呼吸支持的干预措施可以缓解皮质功能障碍并改善慢性肺病患者的言语结果。

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