Ein Protokoll für eine umfassende Beurteilung der bulbären Dysfunction in Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Sprechen. Eine Funktion, die von bulbo-spinalen Motoneuronen gesteuert wird, ist vermutlich eine der komplexesten motorischen Handlungen, die vom Menschen ausgeführt werden. Die Sprache ist ein Produkt koordinierter Bewegungen der respiratorischen, phonatorischen und artikulatorischen motorischen Untersysteme. Die Atemmuskulatur liefert die Kraft für die Sprachproduktion.

Die Kehlkopfstrukturen sind die Quelle der Phonation oder Stimme. Die artikulatorische Quelle wird durch die Aktivität des artikulatorischen Subsystems, das aus Zunge, Kiefer sowie Unter- und Oberlippe besteht, in verschiedene Sprachlaute geformt. Das Subsystem, das aus den Muskeln des Velums und des Pharynx besteht, wird verwendet, um zu verhindern, dass Luft durch die Nase entweicht, und um orale von nasalen Sprachlauten zu unterscheiden.

Eine ALS ist eine progrediente neurologische Erkrankung, die die Motoneuronen im Gehirn und im Rückenmark betrifft. Sobald die motorischen Neuronen des Gehirnstamms betroffen sind, führt diese Erkrankung bei Sue zu verheerenden Folgen. Derzeit verfügt die klinische Neurologie über kein objektives, zuverlässiges Maß für den Verfall bulbarer Motoneuronen. Dies führt zu Sprech- und Schluckstörungen.

Daher ist es für uns unerlässlich, eine Beurteilungsmethode zu haben, der wir nicht nur zu diagnostischen Zwecken folgen können, sondern die uns auch ermöglicht, die Patienten während ihres gesamten Behandlungsverlaufs in unserer Klinik zu begleiten. In diesem Video zeigen wir Ihnen eine Reihe von Verfahren, die wir in unseren Laboren zur Beurteilung der Bulkarfunktion bei Patienten mit einer LS verwenden. Mithilfe dieses Protokolls untersuchen wir derzeit den Zusammenhang zwischen dem Verfall des Bulkarsystems und dem Verlust der mündlichen Kommunikation, was ein wichtiges klinisches Ziel darstellt. Die Ergebnisse dieser Forschung werden essentielles Wissen liefern, das benötigt wird, um bedeutende Forschungs- und klinische Ziele voranzutreiben, darunter die Verbesserung der Diagnose und Behandlung einer ALS sowie die Bestimmung der Wirksamkeit neuer experimenteller Arzneimittel.

Die Verfahren werden June Wong, eine Doktorandin, und Lori Horst, eine wissenschaftliche Koordinatorin am Speech Production Laboratory der University of Nebraska Lincoln, demonstrieren. Um das Atemsystem zu bewerten, nehmen Sie den oralen Druck, den Luftstrom und die Sprachakustik mit dem Atory-Aerodynamiksystem auf. Nehmen Sie zunächst die Vitalkapazität auf, also das maximale Luftvolumen, das nach einer maximalen Einatmung ausgeatmet wird, und wählen Sie dafür das PAS-Protokoll zur Vitalkapazitätsaufnahme. Anschließend verbinden Sie eine Einweg-Gesichtsmaske mit dem Pneumo Tacho.

Weisen Sie den Teilnehmer nun an, maximal einzuatmen und maximal in die Maske auszuatmen, und ermitteln Sie mit der PAS-Software das maximale Atemzugsvolumen. Erfassen Sie anschließend den subglottalen Druck, den in der Lunge verfügbaren Luftdruck zur Erzeugung von Druckkonsonanten, und wählen Sie das PAS-Stimm-Effizienz-Protokoll aus. Führen Sie das Drucksensorkabel durch die Gesichtsmaske.

Verschließen Sie die Nasenpassagen mit einer Nasenklemme. Um ein potenzielles Entweichen von Atemluft über die Nase auszuschließen, halten Sie die Maske fest gegen das Gesicht des Teilnehmers. Stellen Sie das Rohr so ein, dass es in der Mittellinie der Zunge liegt und etwa zwei Zentimeter in den Mund hineinragt.

Weisen Sie den Teilnehmer an, ungefähr doppelt so tief wie normal einzuatmen und beim Ausatmen siebenmal „paw“ zu sagen, wobei Tonhöhe und Lautstärke konstant gehalten werden sollen: paw paw paw. Die Geschwindigkeit beträgt 1,5 Silben pro Sekunde. Messen Sie den maximalen oralen Druck über fünf Wiederholungen von „paw“.

Notieren Sie schließlich die Sprechatmung während der fließenden Sprache, indem Sie das PAS-Laufsprach-Protokoll auswählen. Erfassen Sie das Luftstromsignal mithilfe einer Einwegmaske, die eng am Gesicht anliegt, und weisen Sie darauf hin, eine normale, angenehme Sprechgeschwindigkeit und -lautstärke zu verwenden. Weisen Sie den Teilnehmer an, einen standardisierten 60-Wörter-Absatz vorzulesen, der speziell für eine genaue automatische Erkennung von Pausengrenzen entwickelt wurde.

Exportieren Sie die Luftstromkurven in ein speziell entwickeltes Softwareprogramm zur Analyse von Sprechpausen in Matlab. Identifizieren Sie in diesem Programm Beispiele für Pausen sowie für Beginn und Ende der Sprachäußerungen, und legen Sie Schwellenwerte fest. Für diese Ereignisse manuell festgelegt, extrahiert die SPA-Software automatisch unter anderem die Pausenzeit in Prozent.

Um das laryngeale Subsystem anhand von Stimm­auf­zeich­nun­gen zu be­wer­ten, ver­wen­den Sie akus­ti­sche Auf­zeich­nungs­ge­räte in hoher Quali­tät. Plat­zie­ren Sie das Mik­ro­fon in einem Ab­stand von etwa 15 Zen­ti­me­tern zum Mund. Brin­gen Sie nun ein wei­te­res Mik­ro­fon am PAS-Gerät an, im glei­chen Ab­stand zum Mund.

Um SPL-Daten zu sammeln, setzen Sie eine Nasenklemme an, um den möglichen Einfluss einer velopharyngealen Insuffizienz auf die Artikulationsqualität auszuschließen. Weisen Sie die Versuchsperson an, für eine maximale Phonation so viel Luft wie möglich einzuatmen und anschließend bei normaler Tonhöhe und Lautstärke so lange wie möglich auszuatmen.

Üben Sie mindestens einmal und betonen Sie die Bedeutung, vor der Aufnahme maximale Anstrengung zu zeigen. Messen Sie mithilfe der akustischen Wellenform die maximale Spendedauer in Sekunden. Laden Sie die digitalisierte akustische Wellenform in die Software für das mehrdimensionale Stimmprofil zur Analyse ein und extrahieren Sie die Werte für das mittlere Verhältnis von Grundfrequenzrauschen zu Harmonischen sowie die Prozentwerte für Jitter und Shimmer.

Unter anderem bewerten Sie das Atemsystem mithilfe eines Exometers. Stellen Sie sicher, dass das Gerät vor jeder Aufnahme kalibriert ist. Platzieren Sie es mit der Baffle-Platte auf dem Kopf des Teilnehmers, wobei es über der Oberlippe ruht und parallel zum Boden ausgerichtet ist.

Bitten Sie den Teilnehmer, einen nasalen und einen nicht nasalen Satz dreimal mit gewöhnlicher Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke zu wiederholen. Fünf, ein Mohn, ein Mohn. Identifizieren Sie einen Satz.

Berechnen Sie beschreibende Statistiken für jeden Satz. Kalibrieren Sie mit der nater-Software ein hochauflösendes optisches Bewegungserfassungssystem, um Gesichtsbewegungen in 3D zu erfassen, und befestigen Sie reflektierende Marker am Kopf und Gesicht des Teilnehmers an bestimmten anatomischen Landmarken. Positionieren Sie das Mikrofon für akustische Sprachaufnahmen etwa 15 Zentimeter vom Mund entfernt.

Bitten Sie den Teilnehmer, Sätze und Phrasen mit seiner gewohnten Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke zu lesen. Tschüss, Bobby. Eine Mohnblume Prüfen Sie die Bewegungen der Gesichtsmarker auf Nachführfehler und korrigieren Sie den Kopf basierend auf der Subtraktion der translatorischen und rotatorischen Komponenten der Kopfbewegung.

Laden Sie die Daten in eine speziell entwickelte Analysesoftware namens smash, um die maximale Bewegungsgeschwindigkeit als primären Indikator für die artikulatorische Funktion von Kiefer und Lippen zu ermitteln. Um gleichzeitig Bewegungs- und akustische Daten der Zungenverfolgung zu erfassen, verwenden Sie ein elektromagnetisches Erfassungsgerät namens wave. Befestigen Sie einen Sechs-D-Sensor am Nasenrücken, um Kopfbewegungen aufzuzeichnen. Kleben Sie einen kleinen Fünf-D-Sensor mittig auf die Zunge, etwa zwei Zentimeter hinter der Zungenspitze, um Zungenbewegungen zu erhalten, die unabhängig von den zugrundeliegenden Kieferbewegungen sind.

Setzen Sie dem Probanden einen vorgefertigten Bissblock mit fünf Millimeter Dicke auf. Legen Sie den Bissblock zwischen die Backenzähne auf der rechten Seite des Mundes und sichern Sie ihn mit einer Schnur, um das Verschlucken des Bissblocks zu verhindern. Bitten Sie den Probanden nun, Sätze und Phrasen vorzulesen.

Zeichnen Sie die Zungenbewegungen relativ zur Kopfposition nach der Datenaufnahme auf. Übertragen Sie die Daten in smash, um die 3D-Geschwindigkeit zu berechnen, und ermitteln Sie außerdem einen Index für krankheitsbedingte Veränderungen jedes Artikulators in Bezug auf die Satzverständlichkeit. Prüfmaßnahme: Sprechverständlichkeit und Sprechgeschwindigkeit.

Bitten Sie die Versuchsperson, die Liste in ihrer gewohnten Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke vorzulesen. Ein geschulter Richter, der der Versuchsperson nicht bekannt ist, transkribiert die Sätze orthographisch. Der Richter markiert außerdem die Satzanfänge und -enden.

Schließlich erzeugt die Software zur Satzverständlichkeit Ergebnisse zur Sprachverständlichkeit und Sprechgeschwindigkeit. Die instrumentelle Beurteilung dieser einzelnen Teilfunktionen führt zu einem umfassenden Profil der bulbären Sprechleistung. Für einen Einzelnen bildet dieses Profil die Grundlage für das Verständnis der Sprechstörung im Vergleich zur normalen Leistung.

Typischerweise sind gesunde Sprecher zu 100 % verständlich und sprechen mit einer Geschwindigkeit von 190 bis 220 Wörtern pro Minute. In diesem Fall ist eine 72-jährige Frau, bei der eine eindeutige ALS diagnostiziert wurde, zu 90 % verständlich und hat eine sehr langsame Sprechgeschwindigkeit von 94 Wörtern pro Minute. Im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen, die hinsichtlich Alter und Geschlecht angepasst sind, scheint ihr Atemsystem relativ normal zu funktionieren.

Die prozentuale Pausenzeit ist das einzige Maß, das auf eine frühe Veränderung der Atmung hinweist. Bei der Sprache weist das atorische Subsystem auf eine niedrigere als normale Stimmhöhe, eine höhere zyklische Variabilität, gemessen als Jitter, sowie ein erhöhtes harmonisches zu Rausch-Verhältnis hin. Die atorische Leistungsfähigkeit zeichnet sich durch eine deutliche Zunahme der Nasalität im oralen Satz aus, vermutlich bedingt durch eine Schwäche der velopharyngealen Muskulatur.

Die Verringerung des Kontrasts zwischen oralen und nasalen Lauten ist bemerkenswert groß. Die oralen Artikulatoren zeigen eine leichte Abnahme der maximalen Geschwindigkeit der Kiefer- und Unterlippenbewegungen sowie einen sehr starken Rückgang der Zungengeschwindigkeit. Bei einer Bewertung der zeitlichen Veränderung für das Subsystem und klinische Messgrößen bei zwei hypothetischen Personen mit einer LS wird die Veränderung über die Zeit durch standardisierte Steigungen dargestellt, die für jede Messgröße über eine Reihe von Aufnahmezeitpunkten berechnet wurden.

Subjekt eins weist ein Profil auf, das charakteristisch für eine bulbare aLS ist und Veränderungen in den bulbaren Messgrößen zeigt, wobei das artikulatorische Teilsystem über die Zeit die stärkste Abnahme aufweist. Subjekt zwei weist ein Profil auf, das charakteristisch für eine spinale aLS ist und eine relative Stabilität über alle Teilsysteme und klinischen bulbaren Messgrößen hinweg zeigt. Dieses Protokoll wird neue Erkenntnisse darüber liefern, wie die aLS bulbare Funktionen, einschließlich der Sprache, beeinflusst.

Die Daten tragen dazu bei, kosteneffizientere und klinisch machbare Ansätze zur Quantifizierung des bulbären Befalls zu entwickeln. Diese objektive bulbäre Beurteilung könnte zukünftig zur Bewertung eines breiten Spektrums motorischer Sprechstörungen eingesetzt werden, einschließlich solcher im Zusammenhang mit Schlaganfall, traumatischer Hirnverletzung, multipler Sklerose und Morbus Parkinson.