筋萎縮性側索硬化症における延髄機能障害の包括的評価（ALS）のためのプロトコル

発話。球麻痺運動ニューロンによって制御される機能は、人間が行う運動の中で最も複雑な動作の一つであると言えます。発話は、呼吸系、喉頭系、および構音系の運動サブシステムの協調的な動きによって生じます。呼吸筋は、発話生成のための駆動力を提供します。

喉頭構造は、発声または音声の発生源となります。この声源は、舌、顎、下唇および上唇からなる調音下系による作用によって、さまざまな音声へと形成されます。軟口蓋と咽頭の筋肉からなる弁下系は、鼻からの空気の漏出を防ぎ、口腔音と鼻腔音を区別するために機能します。

ALSは、脳および脊髄内の運動ニューロンに影響を及ぼす進行性の神経疾患です。脳幹の運動ニューロンが侵されると、この疾患は壊滅的な結果をもたらします。現在の臨床神経学において、球麻痺運動ニューロンの悪化を客観的かつ信頼性高く測定する方法はありません。これは、言語障害や嚥下困難を引き起こします。

したがって、診断目的だけでなく、クリニックでの患者さんの経過観察を行うためにも、追跡可能な評価法を持つことが不可欠です。このビデオでは、ALS患者さんの球機能（bulbar function）を評価するために、当研究室で採用している一連の手順について解説します。現在、私たちはこのプロトコルを用いて、球システムの悪化と口頭コミュニケーション能力の喪失との関係を調査しており、これは重要な臨床的目標となっています。この研究成果は、ALSの診断と管理の改善や、新しい試験薬の有効性の判定など、重要な研究および臨床目標を前進させるために必要な不可欠な知見を提供することになります。

これらの手順を実演するのは、大学院生のJune Wong氏と、ネブラスカ大学リンカーン校音声生成研究室のリサーチコーディネーターであるLori Horst氏です。呼吸器系を評価するために、Atory aerodynamicsシステムを用いて口腔内圧、気流、および音声音響を記録します。まず、最大吸気後に呼出される最大空気量である肺活量を記録します。記録にはPAS肺活量プロトコルを選択してください。次に、ディスポーザブルフェイスマスクをPneumo Tachoに接続します。

次に、被験者にPASソフトウェアを用いて、最大限の吸気およびマスクへの最大限の呼気を行うよう指示し、最大呼気量を導出します。続いて、圧力子音の産出に利用可能な肺内の空気圧である声門下圧を収集するため、PASの音声効率プロトコルを選択します。圧力センシングチューブをフェイスマスクに通します。

ノーズクリップで鼻腔を遮断します。鼻からの空気漏れを防ぐため、マスクを被験者の顔に密着させて保持します。チューブを調整し、舌の中央、口の中に約2cm入る位置に配置します。

参加者に、通常の約2倍の量を吸気させ、一定のピッチと音量を維持しながら、1回の呼気で「paw」と7回発声するように指示します（paw paw paw）。発話速度は1秒あたり1.5音節に維持します。「paw」を5回繰り返した際の最大口腔圧を測定します。

最後に、発話時の呼吸を記録します。連続発話の間、PASの走行発話プロトコルを選択してください。顔にフィットさせた使い捨てマスクを用いて気流信号を収集し、その際、通常かつ快適な発話速度と音量で話すよう強調して伝えます。参加者には、自動ポーズ境界検出の精度を高めるために特別に作成された、標準的な60単語の文章を読み上げるよう指示してください。

気流トレースを、MATLABで作成したカスタムの音声休止分析ソフトウェアにエクスポートします。このプログラムを用いて、設定した閾値に基づき、休止、および音声の開始点（オンセット）と終了点（オフセット）の例を特定します。これらのイベントを手動で指定すると、SPAソフトウェアが休止時間の割合などの指標を自動的に抽出します。

音声録音を通じて喉頭サブシステムを評価するには、高品質な音響録音機器を使用してください。マイクを口から約15 centimeters離して配置します。次に、PASユニット上のマイクを、口から同様の距離に配置してください。

SPLデータを収集するために、鼻クリップを装着して、口蓋帆咽頭不全が発声の質に及ぼす潜在的な影響を排除します。最大発声時間を測定するため、参加者に最大限の空気を吸い込み、その後、通常のピッチと大きさで、できるだけ長く発声するように指示します。

録音前に少なくとも1回練習を行い、最大限の努力を払うことの重要性を強調してください。音響波形を用いて、最大発声時間を秒単位で測定します。デジタル化した音響波形を多次元音声プロファイルソフトウェアに読み込んで解析し、平均F0のノイズ対調波比（NHR）、およびジッター率とシマー率の数値を抽出します。

その他の測定項目に加え、エキソメーターを用いて呼吸サブシステムを評価します。各記録の前に、必ず装置の校正を行ってください。バッフルプレートを装着し、上唇の上に配置して地面と平行になるように被験者の頭部に装着します。

参加者に、鼻音を含む文章と含まない文章をそれぞれ1つずつ、習慣的な話速および声量で3回繰り返し発音するように求めます。「Five, a poppy, a poppy」。文章を指定します。

各文章の記述統計量を算出します。naterソフトウェアを用いて、顔の動きを3Dで記録するために高解像度光学モーションキャプチャシステムをキャリブレーションし、参加者の頭部と顔の特定の解剖学的指標に反射マーカーを貼付します。音声録音用のマイクは、口から約15 centimeters離れた位置に配置します。

参加者に、習慣的な話速と音量で文章やフレーズを読んでもらいます。「バイバイ、ボビー」、「ポピー」など。フェイシャルマーカーの動きを確認してトラッキングエラーがないかチェックし、頭部の移動成分と回転成分の両方を差し引くことで頭部位置を補正します。

カスタム分析ソフトウェアsmashにデータをロードし、下顎および唇の構音機能の主要指標としてピーク移動速度を算出します。舌トラッキングの移動データと音響データを同時に取得するには、電磁トラッキングデバイスwaveを使用します。頭部の動きを記録するために、鼻根部に6Dセンサーを取り付けます。下顎の動きに依存しない舌の動きを得るために、舌先から後方に約2cmの正中線上に、小さな5Dセンサーを1つ接着します。

既製の5 mmバイトブロックを被験者に装着させます。バイトブロックを口内の右側の大臼歯間に配置し、誤嚥を防ぐために紐で固定します。次に、被験者に文章やフレーズを読ませます。

獲得後、頭部の位置に対する舌の動きを記録します。データをsmashに転送して3D速度を算出し、さらに各調音器官の疾患に関連した変化と文章明瞭度の指標を決定します。検査測定として、音声明瞭度と発話速度を測定します。

参加者に、日常的な発話速度と声の大きさでリストを読み上げるよう指示します。参加者が面識のない訓練を受けた判定者が、文を正書法に基づいて文字起こしします。また、判定者は文の開始点と終了点を記録します。

最後に、文章明瞭度ソフトウェアによって、音声明瞭度と発話速度の結果が算出されます。これらのサブシステムをそれぞれ器具で評価することで、球麻痺による発話機能の包括的なプロファイルが得られます。個々の症例において、このプロファイルは正常な機能と比較した発話障害を理解するための基礎となります。

通常、健康な話者の明瞭度は100%であり、読書速度は分速190から220語です。本症例では、確定診断を受けたALSの72歳女性の明瞭度は90%であり、話速は分速94語と非常に遅くなっています。年齢および性別を一致させた健康な対照群と比較して、彼女の呼吸サブシステムは比較的正常に機能していると考えられます。

ポーズ時間の割合は、呼吸の早期変化を示す唯一の指標です。発話に関しては、声帯サブシステムにおいて、通常よりも低い声調、ジッターによって測定されるサイクル間のばらつきの増大、および調波対雑音比（HNR）の増加が認められます。声帯の機能は、恐らく軟口蓋・咽頭筋の筋力低下に起因する、口腔内発話における顕著な鼻腔への漏れ（鼻性）によって特徴づけられます。

口腔音と鼻腔音のコントラストの低下は著しく大きくなっています。口腔調音器では、顎と下唇の運動のピーク速度にわずかな低下が見られ、舌の速度には非常に大きな低下が認められます。LSを持つ2名の仮想個人のサブシステムおよび臨床的指標の経時的変化の評価において、経時的な変化は、一連の録音時期にわたって各指標について算出された標準化傾きによって描写されています。

被験者1は球麻痺型a LSに特徴的なプロファイルを示しており、球麻痺の各指標において変化が見られ、特に構音サブシステムにおいて時間経過に伴う最も大きな低下勾配を示しています。被験者2は脊髄型a LSに特徴的なプロファイルを示しており、サブシステムおよび臨床的な球麻痺指標において相対的な安定性を示しています。本プロトコルは、a LSが発話を伴う球麻痺機能にどのような影響を及ぼすかについて、新たな知見を提供するものです。

これらのデータは、球麻痺の関与を定量化するための、より費用対効果が高く、臨床的に実現可能なアプローチの開発に寄与します。この客観的な球麻痺評価は、将来的に、脳卒中、外傷性脳損傷、多発性硬化症、およびパーキンソン病に関連するものを含む、広範な構音障害の評価に使用される可能性があります。