正文
有损伤，因此推断此脑区对说话至关重要。虽然此研究存在争议，但是却无法否认其非凡的意义，因为它第一次提出实证来支持大脑中存在功能分区的理论。
如果某个脑区负责产生语言，那是否意味着还有其他脑区负责理解语言，以及情感、记忆等特定的认知功能？后续Karl Wernicke等人的研究发现在颞叶中确实存在一个脑区，损伤后人会失去理解语言的能力。我们知道听和说在功能上是紧密联系在一起，进一步研究也发现Wernicke脑区和Broca脑区之间有着非常紧密的神经连接。这些早期的基于大脑损伤的研究构筑了语言神经系统的传统模型
（classical model）
。
图3：语言系统的传统模型和现代模型。Chang et al. 2015 J Neurosurg.[
1]
进入20世纪后，一些新兴的技术方法被广泛地应用于语言神经机制的研究。这些方法可以非侵入式地记录大脑在产生或者理解语言时的神经活动，分为两大类，有各自的优缺点。首先就是基于神经电信号的脑电图
（EEG）
和脑磁图
（MEG）
等方法，拥有较高的时间分辨率，可以区分语言信息处理的不同阶段，但是空间分辨率较低，难以把信号源定位到特定的脑区。与此相反，基于血氧代谢信号的正电子断层造影（
PET
）和功能核磁成像
（fMRI）
等方法空间分辨率提高，可以区分不同脑区的神经活动，但是时间分辨率较低，难以区分信息处理的不同阶段。
通过这两类方法的结合，传统模型被进一步修正和扩充为双信息流的现代模型
（dual stream model）
。以理解语言输入为例，首先由Wernicke脑区中的颞上回
（STG）
和颞上沟
（STS）
处理基本的声学信息，然后信息进一步沿着腹侧和背侧两个方向并行处理。在腹侧，信息流向颞叶前部和中部，声音中蕴含的语义和概念被识别。在背侧，多个脑区包括传统模型中的Broca脑区、运动前皮层和顶叶-颞叶交界，负责感知与运动的整合
（sensorimotor integration）
，将声学信息与发声器官的具体运动模式进行关联，以实现学习发声的功能。
需要指出的是，无论是传统模型还是现代模型，都是对某个脑区和语言某方面功能的粗略描述。由于脑电图或功能核磁成像等非侵入式方法所记录的每个数据点，可能都是几百万个神经元的活动的总和，每个脑区中的神经元具体是如何处理语言信息的并不为人所知。Eddie和他的课题组在这个重要的问题上取得了突破性的进展。
基础研究的突破，往往始于选取了合适的技术路径。前文提到，对于脑电图等非侵入式方法，虽然适用面很广，但是时间和空间分辨率不可兼得。解决这一问题有一个简单直接的思路，就是把电极直接放到语言脑区皮层之上或者之中记录神经活动，没有了头皮和颅骨的阻隔，信号质量可以得到质的飞跃。然而，这样的方法具有侵入性，只有在疾病条件下，在对治疗有益、反复验证安全性、征得患者允许的必要情况下，才可以使用。同时，只有神经外科医生才具有实施手术的资质。
也就是说，要使用侵入式方法深入研究语言的神经机制，需要具备医学和科学的双重背景。美国的医学/科学双博士
（MD/PhD）
项目为培养这样的交叉人才提供了制度基础，而Eddie正是通过加州大学旧金山分校的这一项目获得了完备的科学研究技能和神经外科手术资质。在伯克利完成博士后训练之后，他回到旧金山分校开展独立研究，同时对癫痫、脑瘤等患者进行手术治疗。在手术之前的检查中，通常需要使用电极记录等方法对病灶进行精确定位，同时也需要对语言等高级认知功能进行定位，以期最大限度地在术后得以保留，这为深入研究语言的大脑机制提供了宝贵的机遇。
在此基础上，Eddie进一步技术创新，开始将皮层脑电图
（ECoG）
应用到语言神经科学的研究。与普通脑电图（
EEG
）不同，皮层脑电图是在开颅手术后，将电极阵列直接置于大脑皮层之上，因此记录到的神经信号质量很高。一个阵列包含几百个独立的电极，可以高密度地覆盖好几个相邻的脑区，解决了时间和空间分辨率不可兼得的难题。此外，已有研究表明皮层脑电图信号中的高频部分
（50-150Hz）
与电极附近神经元的动作电位直接相关，因此有更好的可解读度。
图4：皮层脑电图ECoG示意图。Tang et al. 2017 Science[
2]
使用这一方法，Eddie的课题组在大脑如何产生和理解语言的机制上取得了一系列突破性的进展。限于篇幅，笔者仅举例介绍其在发音控制机理上的发现，因为这些研究直接催生了本文开篇所描述的语言脑机接口的突破。
在我们说话的过程中，喉咙、舌头、下颌和嘴唇等多个发音器官需要精密地协调配合。早在1930年代，Wilder Penfield等人使用电极刺激的方法发现腹侧体感运动皮层vSMC
（ventral sensorimotor cortex）
控制发声器官的运动。然而，他们发现单点的刺激并不能产生有意义的发声，说明vSMC并不是以音素为单位，而是有其他的功能组织结构。
