Кора больших полушарий головного мозга человека содержит три важнейших для речевой функции сенсорных поля: (1) зрительное (в области шпорной борозды на медиальной поверхности затылочных долей правой и левой стороны, поле 17 по Бродману), (2) слуховое (в зоне поперечных извилин Гешля; оно составляет часть первой височной извилины каждой височной доли и глубоко проникает в латеральную сильвиеву борозду, поле 41 по Бродману), (3) сомато-сенсорное (в задней центральной извилине каждой стороны, поля 1-3 по Бродману). В передней центральной извилине правого и левого полушарий (поля 4 и 6 по Бродману) расположено первичное моторное поле, которое управляет мышцами лица, конечностей и туловища. Именно оно определяет произвольную двигательную активность человека, существенной частью которой является речь и письмо. Помимо первичных, существуют также вторичные сенсорные и моторные поля, расположенные в непосредственной близости к первичным зонам, а также важнейшая интегративная часть мозга - лобная доля, регулирующая программное обеспечение речи. Взаимодействие перечисленных корковых зон осуществляется как за счет транскортикальных ассоциативных связей, так и корково-таламических и соответствующих таламо-корковых связей. Распределение в правом и левом полушарии мозга такой высокоспециализированной функции человека как речь, глубоко асимметрично. Лингвистические способности человека определяются, преимущественно, левым полушарием. Три взаимосвязанные речевые зоны, расположенные в задней височной области, нижней центральной извилине и в дополнительной моторной коре левого полушария, действуют как единый речевой механизм.
После того, как акустическая информация, заключенная в слове, обрабатывается в слуховой системе и в других "неслуховых" образованиях мозга, например в зрительной коре, она поступает в первичную слуховую кору. Однако для понимания человеком смысла речи и выработки программы речевого ответа необходима дальнейшая обработка полученной информации. Она осуществляется в зоне Вернике, расположенной в височной области, в непосредственной близости к первичной слуховой коре. Именно здесь обеспечивается понимание смысла поступающего сигнала - слова. Для произнесения слова необходимо, чтобы активизировалось его представительство в зоне Брока, расположенной в третьей лобной извилине. Активация зоны Брока после понимания смысла речи, благодаря участию зоны Вернике, обеспечивается группой волокон, называемой дугообразным пучком. В зоне Брока сведения, поступившие из зоны Вернике, приводят к возникновению детальной программы артикуляции. Реализация этой программы осуществляется через активацию лицевой проекции моторной коры, управляющей речевой мускулатурой и связанной с зоной Брока короткими волокнами. Если воспринимается письменная речь, то сначала включается первичная зрительная кора. После этого информация о прочитанном слове поступает в угловую извилину, которая связывает зрительную форму данного слова с его акустическим аналогом в зоне Вернике. Дальнейший путь, приводящий к возникновению речевой реакции, такой же как и при чисто акустическом восприятии. Аналогичный путь восприятия письменной речи существует и у глухих людей.
При повреждении различных участков коры левого полушария и соединяющих эти участки нервных путей возникают нарушения речи - афазии. Формы и проявления афазий различны: это нарушение артикуляции речевых звуков, неспособность к построению осмысленной речи, даже если произнесение звуков не нарушено, это также неспособность понимать устную речь.
Корковые отделы левого полушария играют специфическую роль в восприятии, запоминании и воспроизведении речевого материала. Именно эти зоны необходимы для полноценного осуществления речевой функции как единого сенсорного, мыслительного и моторного процесса. Расположенные спереди зоны особенно важны для осуществления экспрессивной (выразительной) речи, расположенные сзади - для восприятия смысла речи.
Взаимодействие речевых корковых зон осуществляется не только по горизонтали с помощью корково-корковых связей и взаимодействий, но и по вертикали, через таламические ядра (неостриатум, палеостриатум и ограда).
Достаточно отметить, что неостриатум (хвостатое ядро и скорлупа) является местом конвергенции всех сенсорных систем, т. е. осуществляет интегративные и ассоциативные функции. Синтезируемый в черной субстанции дофамин поступает к синапсам хвостатого ядра и регулирует механизм взаимодействия между нео- и палеостриатумом (бледный шар). В случае нарушения взаимодействия (в том числе и опосредованного дофамином) наблюдаются двигательные нарушения, в том числе и нарушения координации речи как моторного процесса. Последнее связано с одной из функций хвостатого ядра, а именно, с регуляцией перехода от одного движения к другому и создания условий для реализации как изолированных движений, так и их последовательности.
Дисфункции палеостриатума - бледного шара - помимо общих гиподинамических нарушений приводят к монотонной, безинтонационной речи. При повреждении ограды левого полушария наблюдаются расстройства речи.
Регуляция речи, особенно голоса, осуществляется с участием лимбической системы мозга.
Речевая функция, таким образом, непосредственно связана с функциями различных подкорковых образований мозга.
Асимметрия полушарий мозга в связи с механизмами речи схематически проявляется следующим образом. Тональный слух идентичен для обоих полушарий. Участие левого полушария необходимо для обнаружения и опознания артикулированных звуков речи, а правого - для опознания/интонаций, транспортных и бытовых шумов, музыкальных мелодий. Восприятие и генерация звуков речи, а также более высокий уровень общей речевой активности, обеспечиваются левым полушарием, а улучшение выделения сигнала из шума - правым. Правое полушарие не способно реализовывать команду для продуцирования речи, но оно обеспечивает понимание устной речи и написанных слов. Понимание речи, осуществляемое правым полушарием, ограничено конкретными именами существительными, в меньшей степени отглагольными существительными, еще в меньшей степени - глаголами. Правое полушарие обеспечивает понимание эмоционального содержания интонаций, опознание по голосу, участвует в модуляции частот голоса.
Функциональные различия и локализация областей мозга, участвующих в различных речевых процессах, подтверждаются и современными способами картирования мозга (позитронно-эмиссионная томография, ядерно-магнитный резонанс).