Protokół kompleksowej oceny dysfunkcji opuszkowej w stwardnieniu zanikowym bocznym (ALS)
February 21st, 2011
Obiektywne oceny fizjologicznych mechanizmów wspierających mowę są potrzebne do monitorowania początku i progresji choroby u osób z ALS oraz do ilościowego określenia efektów leczenia w badaniach klinicznych. W tym filmie przedstawiamy kompleksowy, oparty na oprzyrządowaniu protokół do ilościowego określania sprawności motorycznej mowy w populacjach klinicznych.
Mowa.Funkcja kontrolowana przez opuszkowe neurony ruchowe jest prawdopodobnie jednym z najbardziej złożonych aktów motorycznych wykonywanych przez ludzi. Mowa jest produktem skoordynowanych ruchów podsystemów oddechowych, atoryjnych i artykulacyjnych motorycznych. Mięśnie oddechowe zapewniają moc do generowania mowy.
Struktury krtani są źródłem fonacji lub głosu. Źródło pokarmowe jest kształtowane w różne dźwięki mowy przez działanie podukładu artykulacyjnego składającego się z języka, szczęki oraz dolnej i górnej wargi. Podsystem pokarmowy składający się z mięśni błony śluzowej i gardła służy do zapobiegania ucieczce powietrza przez nos i odróżniania dźwięków mowy ustnej od nosowej.
LS to postępujące zaburzenie neurologiczne wpływające na neurony ruchowe w mózgu i rdzeniu kręgowym. Gdy neurony ruchowe pnia mózgu są zaangażowane, niszczycielskie konsekwencje tej choroby u Sue Obecnie w neurologii klinicznej nie mamy obiektywnej, wiarygodnej miary pogorszenia stanu neuronu ruchowego opuszkowego. Prowadzi to do trudności z mową i połykaniem.
Dlatego tak ważne jest dla nas, aby mieć ocenę, którą możemy śledzić nie tylko w celach diagnostycznych, ale także w celu śledzenia pacjentów w całej naszej klinice. W tym filmie pokażemy Ci serię procedur, które stosujemy w naszych laboratoriach do oceny funkcji opuszkowej u pacjentów z LS. Obecnie używamy tego protokołu do zbadania związku między pogorszeniem układu opuszkowego a utratą komunikacji ustnej, co jest ważnym celem klinicznym. Wyniki tych badań dostarczą niezbędnej wiedzy potrzebnej do realizacji ważnych celów badawczych i klinicznych, w tym poprawy diagnostyki i leczenia A LS oraz określenia skuteczności nowych leków eksperymentalnych.
Procedury te zademonstrują June Wong, doktorantka i Lori Horst, koordynatorka badań w Laboratorium Produkcji Mowy na Uniwersytecie Nebraska w Lincoln. Aby ocenić podsystem oddechowy, zarejestrować ciśnienie w jamie ustnej, przepływ powietrza i akustykę mowy za pomocą systemu aerodynamiki Atory Najpierw zapisz pojemność życiową, maksymalną objętość powietrza, która jest wydychana po maksymalnym wdechu, wybierz protokół pojemności życiowej PAS dla zapisu. Następnie podłącz jednorazową maskę na twarz do Pneumo Tacho.
Teraz poinstruuj uczestnika, aby wdychał tak maksymalnie, jak to możliwe i wydychał maksymalnie do maski za pomocą oprogramowania PAS, wyprowadź maksymalną objętość wydechową. Następnie zbierz ciśnienie podkrtaniowe, ciśnienie powietrza dostępne w płucach do produkcji spółgłosek ciśnieniowych, wybierz protokół skuteczności brzmienia PAS. Przełóż rurkę czujnika ciśnienia przez maskę na twarz.
Zatkaj kanały nosowe za pomocą klipsa na nos. Aby wyeliminować potencjalną ucieczkę przepływu powietrza przez nos, przyłóż maskę do twarzy uczestnika. Wyreguluj rurkę tak, aby znajdowała się w linii środkowej języka, około dwóch centymetrów w głąb jamy ustnej.
Poinstruuj uczestnika, aby wdychał około dwa razy więcej niż normalnie i powiedział łapa siedem razy na jednym wydechu, utrzymując stałą wysokość i głośność: łapa, łapa, łapa. Szybkość jest utrzymywana na poziomie 1,5 sylab na sekundę. Zmierz szczytowe ciśnienie w jamie ustnej przez pięć powtórzeń łapy.
Na koniec nagraj oddychanie mowy Podczas połączonej mowy wybierz uruchomiony protokół mowy PAS. Zbierz sygnał przepływu powietrza za pomocą jednorazowej maski dopasowanej do twarzy, podkreślając normalne, wygodne tempo mówienia i głośność. Poinstruuj uczestnika, aby przeczytał standardowy akapit składający się z 60 słów, opracowany specjalnie z myślą o dokładnym automatycznym wykrywaniu granic pauzy.
Eksportuj ślady przepływu powietrza do niestandardowego oprogramowania do analizy pauz mowy w Matlab. W tym programie zidentyfikuj przykłady pauz oraz początków i przesunięć progów zestawu mowy. W przypadku tych zdarzeń ręcznie oprogramowanie SPA automatycznie wyodrębni procent czasu pauzy między innymi miarami.
W celu oceny podsystemu krtaniowego za pomocą nagrań głosowych należy użyć wysokiej jakości sprzętu do nagrywania akustycznego. Ustaw mikrofon w odległości około 15 centymetrów od ust. Teraz umieść mikrofon na jednostce PAS, w tej samej odległości od ust.
Aby zebrać dane SPL, umieść klips na nos, aby wyeliminować potencjalny wpływ nieadekwatności velo gardłowej na jakość acji. Aby uzyskać maksymalną fonację, poinstruuj uczestnika, aby wdychał maksymalną możliwą ilość powietrza, a następnie los. Zachwyć się normalną wysokością i głośnością tak długo, jak to możliwe.
Poćwicz przynajmniej raz i podkreśl znaczenie włożenia maksymalnego wysiłku przed nagraniem. Korzystając z kształtu fali akustycznej, zmierz maksymalny czas trwania darowizny w sekundach. Załaduj zdigitalizowany przebieg fali akustycznej do oprogramowania do wielowymiarowego profilu głosowego w celu analizy i wyodrębnienia pomiarów średniego stosunku szumu do harmonicznych F, zera oraz procentowego jittera i migotania.
Między innymi należy ocenić podsystem atoryczny za pomocą egzometru. Pamiętaj, aby skalibrować urządzenie przed każdym nagraniem. Umieść na głowie uczestnika z przegrodą, spoczywającą nad górną wargą i ustawioną równolegle do podłoża.
Poproś uczestnika, aby powtórzył trzy razy jedno zdanie nosowe i jedno zdanie nonosowe w zwykłym tempie mówienia i głośności. Pięć, mak, mak. Zidentyfikuj zdanie.
Obliczanie statystyk opisowych dla każdego zdania. Korzystając z oprogramowania nater, skalibruj optyczny system przechwytywania ruchu o wysokiej rozdzielczości, aby rejestrować ruchy twarzy w 3D, przymocuj odblaskowe znaczniki do głowy i twarzy uczestnika w określonych anatomicznych punktach orientacyjnych. Ustaw mikrofon do nagrań akustycznych mowy w odległości około 15 centymetrów od ust.
Poproś uczestnika, aby czytał zdania i zwroty w swoim zwykłym tempie mówienia i głośności. Żegnaj, Bobby. Mak Sprawdź ruchy markerów twarzy pod kątem błędów śledzenia i korekcji głowy na podstawie odejmowania zarówno translacyjnych, jak i rotacyjnych składowych ruchu głowy.
Załaduj dane do specjalnie przygotowanego oprogramowania analitycznego, aby wyznaczyć szczytową prędkość ruchu jako główny wskaźnik naszej funkcji artykulacyjnej dla szczęki i ust. Aby jednocześnie pozyskiwać dane o ruchu i akustyczne śledzenia języka, użyj fali elektromagnetycznego urządzenia śledzącego. Przymocuj czujnik sześciu D do grzbietu nosa, aby rejestrować ruchy głowy Przyklej jeden mały czujnik pięciu D do języka w linii środkowej, około dwóch centymetrów za końcem języka, aby uzyskać ruchy języka, które są niezależne od leżącej pod spodem szczęki.
Dopasuj uczestnika do gotowego pięciomilimetrowego bloku zgryzowego. Umieść blok zgryzowy między zębami trzonowymi po prawej stronie pyska i aby zapobiec połknięciu bloku zgryzowego, zabezpiecz blok zgryzowy sznurkiem. Teraz poproś uczestnika o przeczytanie zdań i zwrotów.
Rejestruj ruchy języka w stosunku do pozycji głowy po akwizycji. Przenieś dane do smash, aby obliczyć prędkość 3D, a także określić wskaźnik zmiany związanej z chorobą każdego artykulatora ze zrozumiałością zdania. Test mierzy, zrozumiałość mowy i szybkość mówienia.
Poproś uczestnika, aby przeczytał listę w zwyczajowym tempie mówienia i głośności. Wyszkolony sędzia, który nie jest zaznajomiony z uczestnikiem, transkrybuje zdania ortograficznie. Sędzia zaznacza również początek i przesunięcie kary.
Na koniec oprogramowanie do rozumienia zdań generuje wyniki zrozumiałości mowy i szybkości mówienia. Instrumentalna ocena każdego z tych podsystemów prowadzi do uzyskania kompleksowego profilu wydajności mowy opuszkowej. Dla danej osoby profil ten stanowi podstawę do zrozumienia upośledzenia mowy w odniesieniu do normalnej wydajności.
Zazwyczaj zdrowi mówcy są w 100% zrozumiali i czytają od 190 do 220 słów na minutę. W tym przypadku 72-letnia kobieta, u której zdiagnozowano zdecydowaną literę A LS, jest w 90% zrozumiała i ma bardzo wolne tempo mówienia wynoszące 94 słowa na minutę. W porównaniu z osobami zdrowymi z grupy kontrolnej dopasowanymi pod względem wieku i płci, jej podsystem oddechowy wydaje się funkcjonować stosunkowo normalnie.
Procentowy czas pauzy jest jedyną miarą, która wskazuje na wczesną zmianę oddechu. W przypadku mowy podsystem atoryjny wskazuje na niższą niż normalną wysokość głosu, większą zmienność z cyklu na cykl mierzoną fluktuacją i zwiększony stosunek harmonicznych do szumów. Wydajność atoryczna charakteryzuje się znacznym wzrostem nosa w zdaniu ustnym, prawdopodobnie z powodu osłabienia mięśni gardła.
Zmniejszenie kontrastu między dźwiękami ustnymi i nosowymi jest szczególnie duże. Artykulatory ustne wykazują nieznaczne zmniejszenie prędkości szczytowej ruchów żuchwy i dolnej wargi oraz bardzo duży spadek prędkości języka. W ocenie zmian w czasie dla podsystemu i pomiarów klinicznych dla dwóch hipotetycznych osób z LS, zmiana w czasie jest przedstawiana za pomocą znormalizowanych nachyleń obliczonych dla każdego pomiaru w serii czasów rejestracji.
Temat pierwszy ma profil charakterystyczny dla opuszka a LS, pokazujący zmiany w pomiarach opuszkowych, przy czym podsystem artykulacyjny wykazuje największe nachylenie spadku w czasie. Pacjent drugi ma profil charakterystyczny dla rdzenia rdzeniowego a LS, wykazujący względną stabilność w całym podsystemie i kliniczne pomiary opuszkowe. Protokół ten dostarczy nowej wiedzy na temat tego, jak LS wpływa na funkcje opuszkowe, w tym mowę.
Dane te pomogą w opracowaniu bardziej opłacalnych i klinicznie wykonalnych podejść do ilościowego określenia zajęcia opuszków. Ta obiektywna ocena opuszkowa może być wykorzystana w przyszłości do oceny szerokiego zakresu zaburzeń motorycznych mowy, w tym związanych z udarem, urazowym uszkodzeniem mózgu, stwardnieniem rozsianym i chorobą Parkinsona.
Przegląd
To wideo przedstawia protokół oceny wydajności motorycznej mowy u osób z SMA, koncentrując się na fizjologicznych mechanizmach zaangażowanych w produkcję mowy. Celem jest zapewnienie obiektywnych wskaźników do monitorowania postępu choroby i efektów leczenia.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauka
- Kontrola motoryczna mowy
- Oceny kliniczne
Tło
- Mowa jest złożonym aktem motorycznym kontrolowanym przez neurony motoryczne rdzeniowe.
- SMA dotyka neurony motoryczne, prowadząc do trudności z mową i połykaniem.
- Obiektywne miary funkcji rdzeniowych są obecnie brakujące w neurologii klinicznej.
- Ocenianie funkcji rdzeniowych jest kluczowe dla diagnozy i zarządzania SMA.
Cel badania
- Rozwój wiarygodnego protokołu oceny funkcji neuronów motorycznych rdzeniowych.
- Zbadanie związku między pogorszeniem funkcji rdzeniowych a utratą komunikacji.
- Poprawa strategii diagnostycznych i leczniczych dla SMA.
Stosowane metody
- Rejestrowanie ciśnienia jamy ustnej, przepływu powietrza i akustyki mowy przy użyciu specjalistycznego sprzętu.
- Ocenianie układów oddechowych, krtaniowych i artykulacyjnych poprzez różne protokoły.
- Zastosowanie analizy fali akustycznej dla nagrań głosu.
- Zastosowanie systemów przechwytywania ruchu do analizy ruchów twarzy podczas mowy.
Główne wyniki
- Ustanowione kompleksowe protokoły oceny wydajności mowy.
- Identyfikacja kluczowych wskaźników do oceny funkcji rdzeniowych.
- Wgląd w wpływ SMA na produkcję mowy.
- Fundament dla przyszłych badań nad skutecznością leczenia SMA.
Wnioski
- Opracowane protokoły dostarczają kluczowych narzędzi do oceny klinicznej SMA.
- Obiektywne miary mogą ułatwić monitorowanie postępu choroby.
- Lepsze zrozumienie mechanizmów mowy może prowadzić do lepszych strategii zarządzania.
Często zadawane pytania
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
