Η ικανότητά μας να κατανοούμε και να παράγουμε γλώσσα περιγράφεται συνήθως ως μια στατική αφηρημένη γνώση για το πώς λειτουργεί η μητρική μας γλώσσα ως σύστημα: ποια στοιχεία την αποτελούν (από τους φθόγγους μέχρι τις λέξεις), πώς αυτά μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους και πώς είναι οργανωμένα στον νου μας. Όμως, η γλώσσα είναι δυναμικό φαινόμενο: σε συνθήκες γλωσσικής χρήσης και επικοινωνίας, ο εγκέφαλος καλείται να επεξεργαστεί τα γλωσσικά ερεθίσματα σε πραγματικό χρόνο. Οι εγκεφαλικές διεργασίες γενικότερα—επομένως και αυτές που συμμετέχουν στη γλωσσική επεξεργασία—ακολουθούν χρονικά η μια την άλλη με διαφορά μερικών δεκάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου και συμβαίνουν σε συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές. Με άλλα λόγια, η νευρογλωσσολογική έρευνα αναζητά πού και πότε συμβαίνει η γλωσσική επεξεργασία στον εγκέφαλο.

 

Το μοιραίο πάντρεμα της νευρογλωσσολογίας και των νευροεπιστημών

 

Για να αντλήσει εμπειρικά δεδομένα, η νευρογλωσσολογία αρχικά στηριζόταν αποκλειστικά σε «φυσικά πειράματα», δηλαδή σε περιπτώσεις αφασικών ασθενών. Η συσχέτιση μιας εγκεφαλικής βλάβης σε συγκεκριμένη περιοχή και των παρατηρούμενων γλωσσικών ελλειμμάτων του ασθενούς οδηγούσε τους επιστήμονες να συμπεράνουν ότι οι περιοχές αυτές συμμετέχουν στην επεξεργασία της γλώσσας.

 

Τις τελευταίες τρεις δεκαετίες τα πράγματα άλλαξαν ριζικά. Το πάντρεμα της νευρογλωσσολογίας με τις σύγχρονες μεθόδους των νευροεπιστημών τής επιτρέπει να πειραματίζεται με τον ζωντανό εγκέφαλο υγιών ατόμων, αλλά και ατόμων με γλωσσικές διαταραχές. Μετρώντας και αναλύοντας την εγκεφαλική δραστηριότητα με ασφαλείς και μη επεμβατικούς τρόπους (δηλαδή, χωρίς να ανοίγεται το κρανίο), ενώ ο ομιλητής εκτελεί γλωσσικές δοκιμασίες, οι νευρογλωσσολόγοι προσπαθούν να φτιάξουν προηγμένα μοντέλα που αναπαριστούν πού και πότε ενεργοποιείται ο εγκέφαλος όταν επεξεργάζεται γλωσσικά ερεθίσματα.

     

Σύντομη «γραμματική» της «γλώσσας» του εγκεφάλου

 

Μέσα από βιολογική εξέλιξη σχεδόν 7 εκατομμυρίων ετών, ο εγκέφαλος του Homo sapiens βρίσκεται σήμερα σε ένα στάδιο εξαιρετικής ανατομικής και λειτουργικής πολυπλοκότητας. Είναι μια πολυδύναμη υπολογιστική μηχανή με δυνατότητα επεξεργασίας μεγάλου όγκου πληροφοριών και πολύπλοκων συμβολικών συστημάτων, όπως είναι η γλώσσα. Πίσω όμως από το όριο του κρανίου, ο απροσπέλαστος ανθρώπινος εγκέφαλος μιλά τη δική του «γλώσσα»—αυτό που τα σύγχρονα τεχνολογικά μέσα μετρούν ως εγκεφαλική δραστηριότητα, η οποία γεννά τις αισθήσεις, την κίνηση, τη βούληση, τη σκέψη, τη γλώσσα.

 

Για να καταλάβουμε πώς μετράμε την εγκεφαλική δραστηριότητα, θα πρέπει πρώτα να εξοικειωθούμε με δύο βασικά στοιχεία της φυσιολογίας του εγκεφάλου. Πρώτο, περίπου 100 δισεκατομμύρια νευρικά κύτταρα (νευρώνες) συνθέτουν την εγκεφαλική μάζα μέσα στο κρανίο, οργανωμένα σε δύο ημισφαίρια που επικοινωνούν μεταξύ τους. Κάθε νευρώνας συνδέεται με άλλους (έως και 10.000) νευρώνες μέσω σημείων επαφής—των λεγόμενων συνάψεων. Έτσι, οι νευρώνες συνδέονται μεταξύ τους χτίζοντας μικρά (τοπικά) και μεγάλα νευρωνικά δίκτυα. Η διάταξη των νευρώνων σχηματίζει διαστρωματώσεις φαιάς και λευκής ουσίας με πολύ διαφορετικά ανατομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά: στη φαιά λαμβάνει χώρα η κύρια επεξεργασία των πληροφοριών, ενώ η λευκή είναι υπεύθυνη για τη μεταβίβαση των πληροφοριών μεταξύ των στρωμάτων φαιάς ουσίας και προς το σώμα μας.

 

Δεύτερο, η ροή πληροφοριών από τον ένα νευρώνα στον επόμενο αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο της λειτουργίας των νευρωνικών δικτύων. Επιτυγχάνεται με χημικές ουσίες, τους νευροδιαβιβαστές, οι οποίοι υποβοηθούν τη διάχυση ηλεκτρικά φορτισμένων ατόμων (δηλαδή ιόντων όπως νάτριο, χλώριο, κάλιο και ασβέστιο) διά μέσου των συνάψεων και κατά μήκος του νευρώνα, η οποία δημιουργεί δυναμικά ενέργειας πολύ χαμηλής τάσης (σε κλίμακα mV). Για όλη αυτή τη διαδικασία οι νευρώνες απαιτούν οξυγόνο, το οποίο απορροφούν από την αιμοσφαιρίνη που κυκλοφορεί στο τμήμα του αγγειακού συστήματος που εξυπηρετεί τον εγκέφαλο.

 

Οι δύο γνωστότερες μέθοδοι μέτρησης της εγκεφαλικής δραστηριότητας 

 

Αξιοποιώντας αυτές τις αιμοδυναμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες της εγκεφαλικής δραστηριότητας, οι τεχνολογίες νευροαπεικόνισης γνώρισαν ραγδαία ανάπτυξη τον 20ό αιώνα, με κορύφωση τις τελευταίες τρεις δεκαετίες. Σε ένα τυπικό νευρογλωσσολογικό πείραμα, βρέφη, παιδιά, ενήλικες από υγιείς πληθυσμούς ή πληθυσμούς με γλωσσικές διαταραχές καλούνται να προσλάβουν και να κατανοήσουν γλωσσικά ερεθίσματα ή να παραγάγουν λόγο, ενώ ταυτόχρονα καταγράφεται η εγκεφαλική τους δραστηριότητα. Τα ερεθίσματα αυτά είναι ειδικά σχεδιασμένα: θέτουν «παγίδες» στον εγκέφαλο—συνήθως είναι παραβιάσεις γλωσσικών κανόνων—για να προκαλέσουν αντίδραση των υπεύθυνων εγκεφαλικών περιοχών τη χρονική στιγμή που αυτές επεξεργάζονται τις παραβιάσεις. Για παράδειγμα, η πρόταση Ο σκύλος δαγκώνει ο άντρας είναι παραβίαση της πρότασης Ο σκύλος δαγκώνει τον άντρα και μπορεί να «εκμαιεύσει» εγκεφαλική δραστηριότητα σχετική με τη συντακτική επεξεργασία της πρότασης.

 

Η πιο γνωστή μέθοδος νευροαπεικόνισης είναι η μαγνητική τομογραφία (magnetic resonance imaging, MRI), η οποία «φωτογραφίζει» την ανατομική μορφή του εγκεφάλου. Η λειτουργική τροπικότητα του MRI, η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (functional MRI, fMRI), δεν καταγράφει άμεσα τη νευρωνική δραστηριότητα, αλλά τα επίπεδα κατανάλωσης του οξυγόνου που μεταφέρεται με το αίμα υποθέτοντας έμμεσα ότι εκεί που υπάρχει υψηλή κατανάλωση οξυγόνου, υπάρχει και ενεργοποίηση των νευρώνων. Η μέτρηση γίνεται με διαδοχικές σαρώσεις του εγκεφάλου, ενώ ο ομιλητής βρίσκεται ξαπλωμένος μέσα στον σαρωτή και εκτελεί γλωσσικές δοκιμασίες. Το μεγάλο πλεονέκτημα του fMRI είναι η υψηλή ακρίβειά του ως προς το πού συμβαίνει η ενεργοποίηση.

 

Αν όμως ο ερευνητής ενδιαφέρεται κυρίως για το πότε συμβαίνει μια ενεργοποίηση επιλέγει συνήθως την ηλεκτροεγκεφαλογραφία (electroencephalography, EEG). Τοποθετώντας από 64 μέχρι 256 αισθητήρες πάνω στο δέρμα του κεφαλιού μπορεί να μετρήσει άμεσα τη νευρωνική δραστηριότητα με μεγάλη χρονική ακρίβεια με τη μορφή ηλεκτρικών κυμάτων. Μέσω ανάλυσης των κυματομορφών επισημαίνονται σημαντικά χρονικά σημεία της γλωσσικής επεξεργασίας· για παράδειγμα, έχουμε μάθει ότι γύρω στα 400 χιλιοστά του δευτερολέπτου αφού ακούσουμε μια λέξη αναγνωρίζουμε πλήρως τη σημασία της. Επίσης, αναλύοντας τις συχνότητες των ηλεκτρικών κυμάτων, μπορούμε να αποκαλύψουμε νευρωνικά δίκτυα μεταξύ εγκεφαλικών περιοχών.

 

Μέθοδοι ερεθισμού του εγκεφάλου

 

Ο διεγχειρητικός ερεθισμός (intraoperative stimulation) είναι μια επεμβατική μέθοδος με εξαιρετική χρησιμότητα, ιδιαίτερα στο κομμάτι της παραγωγής λόγου. Κατά τη διάρκεια χειρουργικής επέμβασης με ανοιχτό κρανίο με σκοπό την αφαίρεση όγκου στον εγκέφαλο, οι νευροχειρούργοι είναι αναγκαίο να χαρτογραφήσουν την περιοχή γύρω από τον όγκο, για να εντοπίσουν περιοχές που ελέγχουν τη γλώσσα και τις κινητικές ικανότητες του ατόμου και να τις διατηρήσουν άθικτες κατά την εκτομή του όγκου. Ενώ ο ασθενής παραμένει ξύπνιος, καλείται να παραγάγει λόγο (π.χ. να μετρήσει, να πει το αλφάβητο, να κατονομάσει εικόνες, να απαντήσει σε απλές ερωτήσεις).

 

Ταυτόχρονα, ο νευροχειρούργος ερεθίζει συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές απελευθερώνοντας ηλεκτρικό ρεύμα πολύ χαμηλής έντασης (2.5–5 mA), το οποίο προκαλεί στιγμιαία εστιακή διακοπή της λειτουργίας των νευρώνων, με αποτέλεσμα ο ασθενής να γίνεται ακατάληπτος, να διακόπτει τον λόγο του ή να μην καταφέρνει να βρει τη σωστή λέξη. Παρατηρώντας τις επαναλαμβανόμενες αυτές γλωσσικές διαλείψεις, ο νευροχειρούργος χαρτογραφεί τα ακριβή σημεία του εγκεφάλου που είναι σημαντικά, παραδείγματος χάριν, για τον έλεγχο της άρθρωσης και την ανάκτηση λέξεων από τη μνήμη. Να σημειώσουμε ότι κατά τη διαδικασία του ερεθισμού ο ασθενής δεν αισθάνεται πόνο· ως γνωστόν, ο εγκέφαλος δεν διαθέτει υποδοχείς πόνου.

 

Παρόμοια μέθοδος, αλλά μη επεμβατική, είναι ο διακρανιακός μαγνητικός ερεθισμός (transcranial magnetic stimulation, TMS). Ο ερευνητής ερεθίζει εγκεφαλικές περιοχές με ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιώντας ένα ειδικό πηνίο ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής πάνω από το κρανίο. Έτσι, προκαλεί στιγμιαία ή παροδική (για μερικά λεπτά) διακοπή της λειτουργίας των νευρώνων, ενώ ο ομιλητής εκτελεί κάποια γλωσσική δοκιμασία, και παρατηρεί αν η διακοπή αυτή οδηγεί αιτιακά σε ελλειμματική ή βελτιωμένη γλωσσική επίδοση. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται ευρέως και στη θεραπεία γλωσσικών διαταραχών με ανατομικές βλάβες ή δυσμορφίες, όπως η αφασία και ο τραυλισμός.