Modular organization is fundamental to cortical processing, but its presence is human association cortex is unknown. We characterized phoneme processing with 128-1024 channel micro-arrays at 50-200µm pitch on superior temporal gyrus of 7 patients. High gamma responses were highly correlated within ~1.7mm diameter modules, sharply delineated from adjacent modules with distinct time-courses and phoneme-selectivity. We suggest that receptive language cortex may be organized in discrete processing modules.

Modular organization at approximately 1 mm scale could be fundamental to cortical processing, but its presence in human association cortex is unknown. Using custom-built, high-density electrode arrays placed on the cortical surface of 7 patients undergoing awake craniotomy for tumor excision, we investigated receptive speech processing in the left (dominant) human posterior superior temporal gyrus. Responses to consonant-vowel syllables and noise-vocoded controls recorded with 1,024 channel micro-grids at 200 μm pitch demonstrated roughly circular domains approximately 1.7 mm in diameter, with sharp boundaries observed in 128 channel linear arrays at 50 μm pitch, possibly consistent with a columnar organization. Peak latencies to syllables in different modules were bimodally distributed centered at 252 and 386 ms. Adjacent modules were sharply delineated from each other by their distinct time courses and stimulus selectivity. We suggest that receptive language cortex may be organized in discrete processing modules.

Abstract Processing auditory human speech requires both detection (early and transient) and analysis (sustained). We analyzed high gamma (70-110Hz) activity of intracranial electroencephalography waveforms acquired during an auditory task that paired forward speech, reverse speech, and signal correlated noise. We identified widespread superior temporal sites with sustained activity responding only to forward and reverse speech regardless of paired order. More localized superior temporal auditory onset sites responded to all stimulus types when presented first in a pair and responded in recurrent fashion to the second paired stimulus in select conditions even in the absence of interstimulus silence; a novel finding. Auditory onset activity to a second paired sound recurred according to relative salience, with evidence of partial suppression during linguistic processing. We propose that temporal lobe auditory onset sites facilitate a salience detector function with hysteresis of 200ms and are influenced by cortico-cortical feedback loops involving linguistic processing and articulation.