Een protocol voor de uitvoerige evaluatie van bulbaire dysfunctie in Amyotrofische Lateraal Sclerose (ALS)
February 21st, 2011
Objectieve beoordeling van de fysiologische mechanismen die ondersteuning bieden voor spraak nodig zijn om de ziekte ontstaan en de progressie bij personen met ALS te monitoren en effecten van de behandeling te kwantificeren in klinische studies. In deze video, presenteren wij een uitgebreide, instrumentatie-gebaseerd protocol voor het kwantificeren van spraak motorische prestatie in klinische populaties.
Spraak.Een functie die wordt gecontroleerd door bulbaire motorneuronen is ongetwijfeld een van de meest complexe motorische handelingen die door mensen worden uitgevoerd. Spraak is een product van gecoördineerde bewegingen van de respiratoire, articulaire en articulatorische motorische subsystemen. De ademhalingsspieren zorgen voor kracht voor spraakgeneratie.
De larynxstructuren zijn de bron van fonatie of stem. De articulaire bron wordt gevormd tot verschillende spraakklanken door de acties van het articulatorische subsysteem, bestaande uit de tong, kaak en onderste en bovenste lip. Het articulaire subsysteem, bestaande uit de spieren van het zachte verhemelte en de farynx, wordt gebruikt om te voorkomen dat lucht door de neus ontsnapt en om orale en nasale spraakklanken te onderscheiden.
Een LS is een progressieve neurologische stoornis die de motorneuronen in de hersenen en het ruggenmerg aantast. Zodra de motorneuronen in de hersenstam betrokken zijn, zijn de verwoestende gevolgen van deze ziekte voor Sue Momenteel hebben we in de klinische neurologie geen objectief, betrouwbaar meetinstrument voor de verslechtering van bulbaire motorneuronen. Het leidt tot spraak- en slikproblemen.
Daarom is het essentieel voor ons om een beoordeling te hebben die we niet alleen kunnen volgen voor diagnostische doeleinden, maar ook om de patiënten doorheen onze kliniek te volgen. In deze video laten we u een reeks procedures zien die we in onze laboratoria gebruiken om de bulbaire functie bij patiënten met een LS te beoordelen. Momenteel gebruiken we dit protocol om de relatie tussen bulbaire verslechtering en verlies van orale communicatie te onderzoeken, wat een belangrijk klinisch doel is. De resultaten van dit onderzoek zullen essentiële kennis leveren die nodig is om belangrijke onderzoeks- en klinische doelen te bevorderen, waaronder het verbeteren van de diagnose en behandeling van een LS en het bepalen van de effectiviteit van nieuwe experimentele geneesmiddelen.
De demonstratie van deze procedures zal worden uitgevoerd door June Wong, een afgestudeerde student, en Lori Horst, een onderzoekscoördinator bij het Speech Production Laboratory aan de Universiteit van Nebraska Lincoln. Om het respiratoire subsysteem te evalueren, registreer orale druk, luchtstroom en spraakacoustica met behulp van het Atory aerodynamics systeem. Registreer eerst de vitale capaciteit, het maximale volume lucht dat wordt uitgeademd na maximale inademing, selecteer het PAS vitale capaciteitsprotocol voor de registratie. Verbind vervolgens een wegwerp gezichtsmasker op de Pneumo Tacho.
Geef nu de deelnemer de instructie om zo maximaal mogelijk in te ademen en maximaal uit te ademen in het masker met de PAS-software, geef het maximale expiratoire volume. Verzamel vervolgens de subglottische druk, de luchtdruk die beschikbaar is in de longen voor de productie van druk medeklinkers, selecteer het PAS voicing efficiency protocol. Breng de druksensorbuis door het gezichtsmasker.
Versluit de neusgaten met een neusklem. Om potentiële neusluchtstromingsvlucht te elimineren, houd het masker tegen het gezicht van de deelnemer. Pas de buis aan zodat deze zich op de middellijn van de tong bevindt, ongeveer twee centimeter in de mond.
Instrueer de deelnemer om ongeveer twee keer hun normale hoeveelheid in te ademen en zeven keer 'paw' uit te spreken tijdens één uitademing terwijl ze een consistente toonhoogte en luidheid behouden paw paw paw. Het tempo wordt gehandhaafd op 1,5 lettergrepen per seconde. Meet de piek orale druk gedurende vijf herhalingen van paw.
Ten slotte registreer spraak ademhaling Tijdens samenhangende spraak, selecteer het PAS loopende spraakprotocol. Verzamel het luchtstroomsignaal met behulp van een wegwerpmasker dat om het gezicht past, met nadruk op het gebruik van een normale, comfortabele spreeksnelheid en luidheid. Instrueer de deelnemer om een standaard paragraaf van 60 woorden te lezen, specifiek ontwikkeld voor nauwkeurige automatische pauzegrensdetectie.
Exporteer de luchtstroomsignaal in een op maat gemaakt spraakpauzeanalysesoftwareprogramma in Matlab. Identificeer in dit programma voorbeelden van de pauzes en het begin en einde van spraak door steldrempels in. Voor deze gebeurtenissen zal de SPA-software handmatig het percentage pauzetijd automatisch extraheren naast andere metingen.
Om het laryngeale subsysteem via spraak opnames te evalueren, gebruik hoogwaardige akoestische opnameapparatuur. Plaats de microfoon op ongeveer 15 centimeter afstand van de mond. Plaats nu een microfoon op de PAS-eenheid op dezelfde afstand van de mond.
Om SPL-gegevens te verzamelen, plaats een neusklem om het potentiële effect van de velofaryngeale ontoereikendheid op de kwaliteit van ation te elimineren. Voor maximale fonatie, instrueer de deelnemer om de maximale hoeveelheid lucht mogelijk in te ademen en vervolgens te ademen. Awe op een normale toonhoogte en luidheid zo lang mogelijk.
Oefen minstens één keer en benadruk het belang van maximale inspanning voorafgaand aan de opname. Gebruik de akoestische golfvorm om de maximale duur van de donatie in seconden te meten. Laad de gedigitaliseerde akoestische golfvorm in de multidimensionale stemprofielsoftware voor analyses en extract meetwaarden van gemiddelde F nul ruis naar harmonische verhouding en percentage jitter en shimmer.
Beoordeel onder andere het articulaire subsysteem met behulp van een exometer. Zorg ervoor dat het apparaat voorafgaand aan elke opname wordt gekalibreerd. Plaats het op het hoofd van de deelnemer met de bufferplaat, rustend boven de bovenlip en parallel aan de grond gepositioneerd.
Vraag de deelnemer om één nasale en één niet-nasale zin drie keer te herhalen bij een gebruikelijke spreeksnelheid en luidheid. Vijf, een papaver, een papaver. Identificeer een zin.
Bereken beschrijvende statistieken voor elke zin. Gebruik nater-software om een hoogwaardig optisch bewegingsregistratiesysteem te kalibreren om gezichtsbewegingen in 3D te registreren, bevestig reflecterende markeringen aan het hoofd en gezicht van de deelnemer op specifieke anatomische kenmerken. Plaats de microfoon voor spraak akoestische opnames op ongeveer 15 centimeter afstand van de mond.
Vraag de deelnemer om zinnen en frasen te lezen bij hun gebruikelijke spreeksnelheid en luidheid.
Overzicht
Deze video presenteert een protocol voor het beoordelen van de spraakmotorische prestaties bij personen met ALS, met focus op de fysiologische mechanismen die betrokken zijn bij spraakproductie. Het doel is om objectieve maatstaven te bieden voor het monitoren van de ziekteprogressie en behandelingseffecten.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Spraakmotorische controle
- Klinische beoordeling
Achtergrond
- Spreken is een complexe motorische handeling die wordt aangestuurd door bulbaire motorneuronen.
- ALS beïnvloedt motorneuronen, wat leidt tot spraak- en slikproblemen.
- Objectieve maatstaven voor bulbaire functie ontbreken momenteel in de klinische neurologie.
- Het beoordelen van de bulbaire functie is cruciaal voor de diagnose en behandeling van ALS.
Doel van het onderzoek
- Om een betrouwbaar beoordelingsprotocol te ontwikkelen voor de functie van bulbaire motorneuronen.
- Om de relatie tussen bulbaire verslechtering en communicatieverlies te onderzoeken.
- Om diagnose en behandelingsstrategieën voor ALS te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Het vastleggen van oraal druk, luchtstroom en spraakacoustica met behulp van gespecialiseerde apparatuur.
- Het beoordelen van respiratoire, laryngeale en articulatorische subsystemen door middel van verschillende protocollen.
- Het gebruik van akoestische golfvormanalyse voor stemopnames.
- Het gebruik van motion capture-systemen om gezichtsbewegingen tijdens spreken te analyseren.
Belangrijkste resultaten
- Het vaststellen van een uitgebreid protocol voor het beoordelen van spraakprestaties.
- Identificatie van belangrijke maatstaven voor het evalueren van de bulbaire functie.
- Inzichten in de impact van ALS op spraakproductie.
- Basis voor toekomstig onderzoek naar de effectiviteit van ALS-behandelingen.
Conclusies
- Het ontwikkelde protocol biedt essentiële hulpmiddelen voor de klinische beoordeling van ALS.
- Objectieve maatstaven kunnen het monitoren van de ziekteprogressie vergemakkelijken.
- Beter begrip van spraakmechanismen kan leiden tot betere behandelingsstrategieën.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Objective, subsystem-specific assessment of bulbar dysfunction in ALS addresses a critical gap in early diagnosis, disease monitoring, and outcome measurement for experimental therapeutics. Quantitative, instrumentation-based profiling enables predictive confidence in tracking disease progression and supports translational research continuity. This protocol strengthens portfolio decision-making by providing sensitive, reproducible endpoints for both discovery and preclinical phases.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic de-risking by isolating functional deficits across respiratory, phonatory, resonatory, and articulatory subsystems.
- Supports target validation through objective, quantitative measurement of bulbar impairment progression.
- Facilitates hypothesis testing regarding subsystem-specific vulnerability in ALS and related disorders.
Screening & Assay Development
- Provides validated, quantitative readouts for use as sensitive outcome measures in experimental drug trials.
- Standardizes assessment across multiple speech subsystems, improving reproducibility and assay comparability.
- Enables scalable, platform-ready protocols for evaluating therapeutic impact on speech motor function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant endpoints by capturing longitudinal changes in speech performance linked to ALS progression.
- Supports translational biomarker development through subsystem-specific, objective metrics.
- Facilitates risk-adjusted advancement decisions by providing early indicators of therapeutic efficacy or failure.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates from early discovery through preclinical validation, providing a continuum of quantitative endpoints for ALS and related neurodegenerative disorders.
- Discovery Biology: Enables hypothesis-driven interrogation of bulbar subsystem deterioration and its impact on communication loss.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for cross-study and cross-cohort comparison.
- Analytics: Generates standardized measures such as speaking rate, intelligibility, and subsystem-specific performance for robust statistical analysis.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by tracking disease-relevant changes over time.
- Enterprise Reuse: Adaptable for assessment of speech motor impairment in other neurological conditions, supporting broader R&D utility.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in ALS progression studies.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of bulbar function assessment.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and optimizes resource allocation by providing sensitive, objective endpoints.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of therapeutic candidates targeting bulbar dysfunction.
Implementation Considerations
- Requires specialized scientific expertise in speech motor assessment and neurodegenerative disease.
- Demands access to advanced instrumentation, including pressure-flow systems, acoustic analysis, and 3D motion tracking.
- Necessitates cross-team standardization of protocols and data analysis pipelines.
- Adaptation across different neurological models may require protocol customization and validation.
- Practical limitations include instrumentation cost and the need for trained personnel for data acquisition and interpretation.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:55
Introduction
2:19
Respiratory Subsystem
5:05
Phonatory Subsystem
6:23
Resonatory Subsystem
7:10
Articulatory Subsystem: Face
8:10
Articulatory Subsystem: Tongue
9:22
System-level Assessment
9:58
Comprehensive Analyses of Bulbar Dysfunction in ALS
10:05
Case Study: Healthy Talkers vs. a Talker with ALS
