Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector147510.17816/ACEN.1475ZFNHLWReviewsОбзорыReview ArticleFunctional mapping of the cerebral cortex in clinical practice. Modern technologies and development prospectsФункциональное картирование коры головного мозга в клинической практике. Современные технологии и перспективы развитияhttps://orcid.org/0000-0001-5026-0060SinkinMikhail V.СинкинМихаил Владимирович
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), leading researcher, Emergency neurosurgery department; Head, Department of medical neurotechnology, Institute of Neuroscience and Neurotechnology

д-р мед. наук, в. н. с. отд. неотложной нейрохирургии; зав. каф. медицинских нейротехнологий Института нейронаук и нейротехнологий

mvsinkin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9396-6063KremnevaElena I.КремневаЕлена Игоревна
Russian Federation

Dr. Sci. (Med.), senior researcher, Radiology department, Institute of Clinical and Preventive Neurology

д-р мед. наук, с. н. с. отд. лучевой диагностики Института клинической и профилактической неврологии

kremneva@neurology.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1841-1177PoydashevaAlexandra G.ПойдашеваАлександра Георгиевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), researcher, Noninvasive neuromodulation group, Institute of Neurorehabilitation and Rehabilitation Medicine

канд. мед. наук, н. с. группы неинвазивной нейромодуляции Института нейрореабилитации и восстановительных технологий

alexandra.poydasheva@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5938-9194SkalnayaAnastasia A.СкальнаяАнастасия Анатольевна
Russian Federation

neurologist, Neurosurgical department; junior researcher, Emergency neurosurgery department

врач-невролог; м. н. с. отд. неотложной нейрохирургии

mvsinkin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5106-0589SalomatinaTatiana A.СаломатинаТатьяна Александровна
Russian Federation

medical psychologist, Russian Research Neurosurgical Institute named after Professor A.L. Polenov

медицинский психолог Российского научно-исследовательского нейрохирургического института им. проф. А. Л. Поленова

mvsinkin@gmail.comSklifosovsky Research Institute of Emergency MedicineНаучно-исследовательский институт скорой помощи имени Н.В. СклифосовскогоPirogov Russian National Research Medical UniversityРоссийский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова (Пироговский университет)Russian Center of Neurology and NeurosciencesРоссийский центр неврологии и нейронаукPirogov National Medical and Surgical CenterНациональный медико-хирургический центр имени Н.И. ПироговаAlmazov National Medical Research CenterНациональный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова3006202620286992001202615042026Copyright ©; 2026, Sinkin M.V., Kremneva E.I., Poydasheva A.G., Skalnaya A.A., Salomatina T.A.Copyright ©; 2026, Синкин М.В., Кремнева Е.И., Пойдашева А.Г., Скальная А.А., Саломатина Т.А.2026Sinkin M.V., Kremneva E.I., Poydasheva A.G., Skalnaya A.A., Salomatina T.A.Синкин М.В., Кремнева Е.И., Пойдашева А.Г., Скальная А.А., Саломатина Т.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/1475

Introduction. Localization of cerebral cortex function is essential in neurology, neurosurgery, and neurorehabilitation, and is a subject of study for brain–computer interface developers. The history of functional mapping spans more than 100 years. During this time, both invasive and noninvasive techniques have been developed; however, debate regarding their accuracy and reproducibility continues.

The study aim is to provide a narrative review and critical evaluation of the various functional mapping technologies of the cerebral cortex used in neurosurgery and neurorehabilitation.

Results. The analysis included invasive and noninvasive methods of the functional mapping of the cerebral cortex (FMCC): intraoperative electrical stimulation using a manually controlled stimulation probe; extraoperative electrical stimulation using invasive electrodes; navigated transcranial magnetic stimulation; functional electrocorticography based on γ-activity modulation; and functional magnetic resonance imaging. The practice of selecting tasks for non-motor mapping of the cerebral cortex and the Wada test for lateralization of cognitive functions are discussed. The specific features and applications of each method are described, along with the reasons for their limited diagnostic yield. Directions for clinical research and technological development in the field of FMCC are proposed.

Conclusion. Electrical stimulation of the brain remains the clinical gold standard for invasive FMCC; however, this method has significant limitations. Advances in other techniques allow the application of FMCC to be extended to patients with diverse baseline clinical characteristics. Common directions for advancing FMCC include the development of stimulus materials based on current knowledge of cognitive functions and their mapping potential, taking into account the specific features of each technique. A promising direction for advancement in FMCC is not the search for a universal method, but rather the integration of technologies and the creation of multimodal, integrative solutions.

Введение. Персонализированная локализация функций коры головного мозга (КГМ) востребована в неврологии, нейрохирургии, нейрореабилитации и является предметом изучения разработчиков интерфейса мозг–компьютер. История функционального картирования насчитывает более 100 лет. За это время были разработаны как инвазивные, так и неинвазивные методики, однако дискуссия об их точности и воспроизводимости продолжается.

Целью работы является нарративная систематизация и критическая оценка информации о разных технологиях функционального картирования КГМ, используемых в нейрохирургии и нейрореабилитации.

Результаты. В анализ были включены инвазивные и неинвазивные методы функционального картирования КГМ: интраоперационная электростимуляция с помощью стимуляционного зонда с ручным управлением, экстраоперационная электростимуляция с использованием инвазивных электродов, навигационная транскраниальная магнитная стимуляция, функциональная электрокортикография на основании модуляции γ-активности и функциональная магнитно-резонансная томография. Отдельно обсуждена практика подбора заданий для немоторного картирования КГМ и проведения теста Вады для латерализации когнитивных функций. Сформулированы особенности и области применения каждого из методов, объясняющие причины их недостаточной информативности. Предложены направления клинических исследований и развития технологий в области функционального картирования КГМ.

Заключение. Электрическая стимуляция мозга остаётся клиническим золотым стандартом для инвазивного функционального картирования КГМ, однако метод имеет существенные ограничения. Разработка других методик позволяет расширить применение функционального картирования КГМ у пациентов с различными исходными клиническими данными. Общими направлениями развития области функционального картирования КГМ является разработка стимульного материала на основе современных данных о когнитивных функциях и возможностях их картирования с учётом особенностей каждой методики. Перспективным направлением в области функционального картирования КГМ является не поиск универсального метода, а объединение технологий и создание мультимодальных интегративных решений.

cerebral cortexfunctional mappingelectrical stimulationfunctional magnetic resonance imagingnavigated transcranial magnetic stimulationfunctional electrocorticographyWada testкора головного мозгафункциональное картированиеэлектростимуляцияфункциональная магнитно-резонансная томографиянавигационная транскраниальная магнитная стимуляцияфункциональная электрокортикографиятест ВадыАНО «Московский центр инновационных технологий в здравоохранении»Moscow Center for Innovative Technologies in Healthcare2402-3/23This work was supported by the Moscow Center for Innovative Technologies in Healthcare under Project No. 2402-3/23 “Development of a device for precision localization of functional areas of the cerebral cortex without the use of electrical stimulation”.Работа выполнена в рамках проекта № 2402-3/23 «Разработка устройства для прецизионной локализации функциональных зон коры головного мозга без использования электростимуляции», поддержанного АНО «Московский центр инновационных технологий в здравоохранении».Tyler KL, Malessa R. The Goltz–Ferrier debates and the triumph of cerebral localizationalist theory. Neurology. 2000;55(7):1015–1024. doi: 10.1212/wnl.55.7.1015Fritsch G, Hitzig E. Electric excitability of the cerebrum. Epilepsy Behav. 2009;15(2):123–130. doi: 10.1016/j.yebeh.2009.03.001Horsley V. Remarks on ten consecutive cases of operations upon the brain and cranial cavity to illustrate the details and safety of the method employed. Br Med J. 1887;1(1373):863–865. doi: 10.1136/bmj.1.1373.863Ladino LD, Rizvi S, Téllez-Zenteno JF. The Montreal procedure: the legacy of the great Wilder Penfield. Epilepsy Behav. 2018;83:151–161. doi: 10.1016/j.yebeh.2018.04.001Penfield W, Boldrey E. Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation. Brain. 1937;60(4):389–443. doi: 10.1093/brain/60.4.389Baig Mirza A, Vastani A, Suvarna R, et al. Preoperative and intraoperative neuromonitoring and mapping techniques impact oncological and functional outcomes in supratentorial function-eloquent brain tumours: a systematic review and meta-analysis. eClinicalMedicine. 2025;80:103055. doi: 10.1016/j.eclinm.2024.103055Roux F-E, Durand J-B, Djidjeli I, et al. Variability of intraoperative electrostimulation parameters in conscious individuals: language cortex. J Neurosurg. 2017;126(5):1641–1652. doi: 10.3171/2016.4.JNS152434Hervey-Jumper SL, Li J, Lau D, et al. Awake craniotomy to maximize glioma resection: methods and technical nuances over a 27-year period. J Neurosurg. 2015;123(2):325–339. doi: 10.3171/2014.10.JNS141520Pouratian N, Cannestra AF, Bookheimer SY, et al. Variability of intraoperative electrocortical stimulation mapping parameters across and within individuals. J Neurosurg. 2004;101(3):458–466. doi: 10.3171/jns.2004.101.3.0458Blume WT, Jones DC, Pathak P. Properties of after-discharges from cortical electrical stimulation in focal epilepsies. Clin Neurophysiol. 2004;115(4):982–989. doi: 10.1016/j.clinph.2003.11.023Tatum WO, McKay JH, ReFaey K, et al. Detection of after-discharges during intraoperative functional brain mapping in awake brain tumor surgery using a novel high-density circular grid. Clin Neurophysiol. 2020;131(4):828–835. doi: 10.1016/j.clinph.2019.12.416Reif PS, Strzelczyk A, Rosenow F. The history of invasive EEG evaluation in epilepsy patients. Seizure. 206;41:191–195. doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006Talairach J, Bancaud J, Bonis A, et al. Functional stereotaxic exploration of epilepsy. Confin Neurol. 1962;22(3–5):328–331. doi: 10.1159/000104378Young JJ, Coulehan K, Fields MC et al. Language mapping using electrocorticography versus stereoelectroencephalography: A case series. Epilepsy Behav. 2018;84:148–151. doi: 10.1016/j.yebeh.2018.04.032Grande KM, Ihnen SKZ, Arya R. Electrical stimulation mapping of brain function: a comparison of subdural electrodes and stereo-EEG. Front Hum Neurosci. 2020;14:611291. doi: 10.3389/fnhum.2020.611291Arya R, Baumer FM, Chauvel P, et al. American clinical neurophysiology society technical standards for electrical stimulation with intracranial electrodes for functional brain mapping and seizure induction. J Clin Neurophysiol. 2025;42(3):190–200. doi: 10.1097/WNP.0000000000001149Ojemann GA, Fried I, Lettich E. Electrocorticographic (ECoG) correlates of language. I. Desynchronization in temporal language cortex during object naming. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1989;73(5):453–463. doi: 10.1016/0013-4694(89)90095-3Crone NE, Hao L, Hart J, et al. Electrocorticographic gamma activity during word production in spoken and sign language. Neurology. 2001;57(11):2045–2053. doi: 10.1212/WNL.57.11.2045Volkova K, Lebedev MA, Kaplan A, Ossadtchi A. Decoding movement from electrocorticographic activity: a review. Front Neuroinform. 2019;13:74. doi: 10.3389/fninf.2019.00074Brunner P, Ritaccio AL, Lynch TM, et al. A practical procedure for real-time functional mapping of eloquent cortex using electrocorticographic signals in humans. Epilepsy Behav. 2009;15(3):278–286. doi: 10.1016/j.yebeh.2009.04.001Kanaya K, Mitsuhashi T, Kiuchi T, Kobayashi S. The efficacy of intraoperative passive language mapping for glioma surgery: a case report. Front Neurol. 2021;12:652401. doi: 10.3389/fneur.2021.652401Voskoboynikov A, Aliverdiev M, Nekrasova Y, et al. Towards stimulation-free automatic electrocorticographic speech mapping in neurosurgery patients. J Neural Eng. 2025;22(5):Article 056002. doi: 10.1088/1741-2552/adfc9cArya R, Horn PS, Crone NE. ECoG high-gamma modulation versus electrical stimulation for presurgical language mapping. Epilepsy Behav. 2018;79:26–33. doi: 10.1016/j.yebeh.2017.10.044Muthiah N, Reecher HM, Maroufi SF, et al. Seizure outcomes and complications associated with stereoelectroencephalography versus subdural electrodes for invasive monitoring in epilepsy surgery: a meta-analysis. Front Neurol. 2025;16:1619288. doi: 10.3389/fneur.2025.1619288Filippi M. fMRI techniques and protocols. Totowa; 2009.Кремнева Е.И., Змейкина Э.А., Морозова С.Н. и др. Функциональная магнитно-резонансная томография в неврологии. М.; 2016. Kremneva EI, Zmeykina EA, Morozova SN, et al. Functional magnetic resonance imaging in neurology. Moscow; 2016. (In Russ.)Biswal B, Yetkin FZ, Haughton VM, Hyde JS. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI. Magn Reson Med. 1995;34(4):537–541. doi: 10.1002/mrm.1910340409Leskinen S, Singha S, Mehta NH, et al. Applications of functional magnetic resonance imaging to the study of functional connectivity and activation in neurological disease: a scoping review of the literature. World Neurosurg. 2024;189:185–192. doi: 10.1016/j.wneu.2024.06.003Voets NL, Ashtari M, Beckmann CF, et al. Consensus recommendations for clinical functional MRI applied to language mapping. Aperture Neuro. 2025;5. doi: 10.52294/001c.128149Кремнева Е.И., Синицын Д.О., Добрынина Л.А. и др. Функциональная МРТ покоя в неврологии и психиатрии. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2022;122(2):5–14. Kremneva EI, Sinitsyn DO, Dobrynina LA, et al. Resting state functional MRI in neurology and psychiatry. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2022;122(2):5–14. doi: 10.17116/jnevro20221220215Smits M. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) in brain tumour patients. Eur Assoc NeuroOncol Mag. 2012;2(3):123–128.Luo Q, Misaki M, Mulyana B, et al. Improved autoregressive model for correction of noise serial correlation in fast fMRI. Magn Reson Med. 2020;84(3):1293–1305. doi: 10.1002/mrm.28203Ruohonen J, Karhu J. Navigated transcranial magnetic stimulation. Neurophysiol Clin. 2010;40(1):7–17. doi: 10.1016/j.neucli.2010.01.006Drakaki M, Mathiesen C, Siebner HR, et al. Database of 25 validated coil models for electric field simulations for TMS. Brain Stimul. 2022;15(3):697–706. doi: 10.1016/j.brs.2022.04.017Sondergaard RE, Martino D, Kiss ZHT, Condliffe EG. TMS motor mapping methodology and reliability: a structured review. Front Neurosci. 2021;19(15):709368. doi: 10.3389/fnins.2021.709368Frey D, Schilt S, Strack V, et al. Navigated transcranial magnetic stimulation improves the treatment outcome in patients with brain tumors in motor eloquent locations. Neuro Oncol. 2014;16(10):1365–1372. doi: 10.1093/neuonc/nou110Krieg SM, Picht T, Sollmann N, et al. Resection of motor eloquent metastases aided by preoperative nTMS-based motor maps-comparison of two observational cohorts. Front Oncol. 2016;6:261. doi: 10.3389/fonc.2016.00261Umana GE, Scalia G, Graziano F, et al. Navigated transcranial magnetic stimulation motor mapping usefulness in the surgical management of patients affected by brain tumors in eloquent areas: a systematic review and meta-analysis. Front Neurol. 2021;12:644198. doi: 10.3389/fneur.2021.644198Krieg SM, Lioumis P, Mäkelä JP, et al. Protocol for motor and language mapping by navigated TMS in patients and healthy volunteers; workshop report. Acta Neurochir (Wien). 2017;159(7):1187–1195. doi: 10.1007/s00701-017-3187-zSeynaeve L, Baby D, Van Hamme H, et al. Automated speech analysis to improve TMS-based language mapping: algorithm and proof of concept. Brain Stimul. 2020;13(1):267–269. doi: 10.1016/j.brs.2019.10.001Pitikainen AM, Mäkelä E, Lioumis P, et al. Accelerometer-based automatic voice onset detection in speech mapping with navigated repetitive transcranial magnetic stimulation. J Neurosci Methods. 2015;253:70–77. doi: 10.1016/j.jneumeth.2015.05.015Hauck T, Probst M, Zimmer C, et al. Language function shows comparable cortical patterns by functional MRI and repetitive nTMS in healthy volunteers. Brain Imaging Behav. 2019;13(4):1071–1092. doi: 10.1007/s11682-018-9921-1Greiner HM, Maue E, Horn PS, et al. Tolerability of transcranial magnetic stimulation language mapping in children. Epilepsy Res. 2023;194:107183. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2023.107183Weiss C, Nettekoven C, Rehme AK, et al. Mapping the hand, foot and face representations in the primary motor cortex — retest reliability of neuronavigated TMS versus functional MRI. Neuroimage. 2013;66:531–542. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.10.046Sinitsyn DO, Chernyavskiy AY, Poydasheva AG, et al. Optimization of the navigated TMS mapping algorithm for accurate estimation of cortical muscle representation characteristics. Brain Sci. 2019;9(4):88. doi: 10.3390/brainsci9040088Makarova M, Fedosov N, Nekrasova J, Ossadtchi A. Hardware-enabled low latency rhythmic brain state tracking for brain stimulation applications. Neuroimage. 2025;319:121437. doi: 10.1016/j.neuroimage.2025.121437Пойдашева А.Г., Бакулин И.С., Лагода Д.Ю. и др. ТМС-картирование моторной коры: обзор метода, исследовательское и клиническое значение. Нервно-мышечные болезни. 2022;12(4):10–19. Poydasheva AG, Bakulin IS, Lagoda DY, et al. TMS motor mapping: method overview, research and clinical application. Neuromuscular Diseases. 2022;12(4):10–19. doi: 10.17650/2222-8721-2022-12-4-10-19Алексеев И.М., Зуев А.А. Картирование музыкальных центров головного мозга во время краниотомии в сознании. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2023;87(2):92–97. Alekseev IM, Zuev AA. Mapping the musician brain during awake craniotomy. Burdenko’s Journal of Neurosurgery. 2023;87(2):92–97. doi: 10.17116/neiro20238702192Bohm P, McKay J, Lucas J, et al. Wada testing and fMRI in a polyglot evaluated for epilepsy surgery. Epileptic Disord. 2020;22(2):207–213. doi: 10.1684/epd.2020.1145Cepero-Escribano V, Cerda-Company X, León-Cabrera P, et al. Can the knight capture the queen? The role of supramarginal gyrus in chess rule-retrieval as evidenced by a novel combined awake brain mapping and fMRI protocol. Cortex. 2024;178:235–244. doi: 10.1016/j.cortex.2024.05.022Ekert JO, Sabsevitz DS, Martin del Campo I, et al. Awake brain mapping paradigms for nondominant hemisphere gliomas. Neurosurg Focus. 2024;56(2):E7. doi: 10.3171/2023.11.FOCUS23610Giussani C, Pirillo D, Roux FE. Mirror of the soul: a cortical stimulation study on recognition of facial emotions. J Neurosurg. 2010;112(3):520–527. doi: 10.3171/2009.5.JNS081522Baurès R, Fourteau M, Thébault S, et al. Time-to-contact perception in the brain. J Neurosci Res. 2021;99(2):455–466. doi: 10.1002/jnr.24740van Emde Boas W. Juhn A. Wada and the sodium amytal test in the first (and last?) 50 years. J Hist Neurosci. 1999;8(3):286–292. doi: 10.1076/jhin.8.3.286.1819Trenerry MR, Loring DW. Intracarotid amobarbital procedure. The Wada test. Neuroimaging Clin N Am. 1995;5(4):721–728.Русскин В.О., Кузнецова А.А., Соловьев В.Б. и др. Клинический случай проведения теста Вады у ребенка со структурной фармакорезистентной эпилепсией. Неврологический журнал им. Л.О. Бадаляна. 2023;4(3):158–164. Russkin VO, Kuznetsova AA, Solovyov VB, et al. A clinical case of the Wada test in a patient with structural pharmacoresistant epilepsy. L.O. Badalyan Neurological Journal. 2023;4(3):158–164. doi: 10.46563/2686-8997-2023-4-3-158-164Haag A, Knake S, Hamer HM, et al. The Wada test in Austrian, Dutch, German, and Swiss epilepsy centers from 2000 to 2005: a review of 1421 procedures. Epilepsy Behav. 2008;13(1):83–89. doi: 10.1016/j.yebeh.2008.02.012Qadri S, Dave H, Das R, Alick-Lindstrom S. Beyond the Wada: an updated approach to pre-surgical language and memory testing: An updated review of available evaluation techniques and recommended workflow to limit Wada test use to essential clinical cases. Epilepsy Res. 2021;174:106673. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2021.106673De Witte E, Satoer D, Robert E, et al. The Dutch Linguistic Intraoperative Protocol: a valid linguistic approach to awake brain surgery. Brain Lang. 2015;140:35–48. doi: 10.1016/j.bandl.2014.10.011Talacchi A, Santini B, Casartelli M, et al. Awake surgery between art and science. Part II: language and cognitive mapping. Funct Neurol. 2013;28(3):223–239. doi: 10.11138/FNeur/2013.28.3.223Sarubbo S, Tate M, De Benedictis A, et al. Mapping critical cortical hubs and white matter pathways by direct electrical stimulation: an original functional atlas of the human brain. Neuroimage. 2020;205:116237. doi: 10.1016/j.neuroimage.2019.116237Mazurek KA, Schieber MH. How is electrical stimulation of the brain experienced, and how can we tell? Selected considerations on sensorimotor function and speech. Cogn Neuropsychol. 2019;36(3–4):103–116. doi: 10.1080/02643294.2019.1609918