Jouw stem telt: spraak gebruiken om de ziekte van Huntington te monitoren

De ziekteprogressie bij de ZvH wordt momenteel voornamelijk gemonitord via tests die door clinici worden gescoord, neuroimaging en metingen in het bloed of hersenvocht. Maar een groep onderzoekers uit Frankrijk heeft onlangs een geautomatiseerd apparaat ontwikkeld dat kan inschatten hoe de ZvH vordert, door de spraak van een persoon te analyseren terwijl deze een eenvoudige teltaak uitvoert.

Opvallend genoeg konden metingen van spraakproductie nauwkeurig de resultaten van klinische beoordelingen bij mensen met de ZvH voorspellen en succesvol veranderingen in de loop van de tijd volgen. Deze bevindingen tonen aan dat stemanalyse een veelbelovende, niet-invasieve en praktijkgerichte tool zou kunnen zijn voor het volgen van ziekteprogressie. Tools zoals deze zouden het op een dag mogelijk kunnen maken voor mensen met de ZvH om hun toestand te monitoren met een smartphone, waardoor de noodzaak voor frequente bezoeken aan de kliniek afneemt, de zorgkosten dalen en artsen meer gepersonaliseerde zorg kunnen bieden.

Ieders stem is uniek

Onze stem is een individueel kenmerk – geen twee mensen klinken precies hetzelfde. Sommige stemmen zijn zeer herkenbaar. Lezers uit een tijdperk vóór mobiele telefoons en nummerweergave zullen zich herinneren dat ze een vaste lijn opnamen en de stem van een vriend aan de andere kant herkenden. Jongere lezers herkennen misschien hun favoriete acteur achter een stripfiguur, of de zachte tonen van Taylor Swift op de radio. Veel factoren maken de stem van elk individu uniek. Denk hierbij aan de vorm van de stembanden, de grootte van de keel, mond, tong en neusholtes en hoe geluid weerkaatst in het hoofd en de nek van een individu. Hoe je spreekt wordt ook beïnvloed door je leeftijd, gezondheid, lokaal accent en persoonlijke manier van praten.

Waarom kunnen mensen praten, maar dieren niet?

Blij dat je het vraagt. De menselijke stem, zoals wij die kennen, is als een blaasinstrument dat afhankelijk is van drie hoofdzaken: geluid, resonantie en articulatie. Geluid komt van de stembanden. Je stembanden zijn twee flexibele, V-vormige banden van spierweefsel en slijmvliezen in het strottenhoofd, beter bekend als de “voice box”, die zich in het midden van je nek bevindt. Tijdens een normale ademhaling blijven je stembanden volledig open zodat er lucht in je longen kan stroomt. Maar als je spreekt, geven je hersenen een signaal aan de spieren van het strottenhoofd om de banden dicht te trekken, waardoor ze gaan trillen en zo de geluidsgolven van je stem creëren. Deze geluiden worden aangepast door resonatoren, de keel, mondholte en neusholtes, die de herkenbare stem van een persoon produceren. Ten slotte worden de tong, het zachte gehemelte en de lippen beschouwd als articulatoren die het stemgeluid vervormen en belangrijk zijn voor het articuleren van klinkers versus medeklinkers.

Zoogdieren, reptielen en zelfs amfibieën hebben een vergelijkbare anatomie van de stembanden als mensen. Deze dieren communiceren met elkaar via geluiden, zoals geblaf, gebrul of gekrijs, maar alleen mensen kunnen woorden spreken. Dit komt door directe neurale controle over het strottenhoofd, de tong en de lippen en gespecialiseerde corticale gebieden in de hersenen die bewuste controle over onze geluiden mogelijk maken, in plaats van instinctieve geluiden. Onderzoekers bestuderen deze neuronale verbindingen om te begrijpen hoe de hersenen spraak en taal aansturen, en hoe dit mis kan gaan bij ziekten.

Spraakcomplicaties bij de ZvH

Spreken vereist complexe motorische vaardigheden, cognitieve controle en planning op meerdere niveaus, dus het is waarschijnlijk niet verrassend dat spraakproblemen al decennia lang worden gedocumenteerd bij mensen met symptomatische ZvH. Vroege studies toonden aan dat individuen met de ZvH langzamer spraken, er langer over deden om woorden uit te spreken en grotere stiltes lieten vallen tussen en binnen woorden, vergeleken met gezonde controles. Specifieke veranderingen omvatten ook een hogere toonhoogte of schorheid van de stem en een verminderde coördinatie van de tong en lippen, waardoor het moeilijker wordt om woorden te articuleren. Interessant genoeg hebben sommige rapporten ook gesuggereerd dat spraakgebreken vooraf kunnen gaan aan het optreden van de eerste duidelijke bewegingssymptomen. Daarom wordt gedacht dat het volgen van veranderingen in de spraak een waardevolle marker kan zijn voor het begin en de progressie van de ziekte.

Je stem als biomarkerbiomarker Elke test van welke aard dan ook – inclusief bloedtesten, denktesten en hersenscans – die de progressie van een ziekte zoals de ZvH kan meten of voorspellen. Biomarkers kunnen klinische onderzoeken met nieuwe medicijnen sneller en betrouwbaarder maken.

Een “biomarkerbiomarker Elke test van welke aard dan ook – inclusief bloedtesten, denktesten en hersenscans – die de progressie van een ziekte zoals de ZvH kan meten of voorspellen. Biomarkers kunnen klinische onderzoeken met nieuwe medicijnen sneller en betrouwbaarder maken.”, of biologische marker, wordt formeel gedefinieerd als een kenmerk dat objectief wordt gekwantificeerd en geëvalueerd als een indicator van een normaal biologisch proces, een ziektetoestand of een reactie op een interventie. Simpel gezegd is het iets dat je tastbaar kunt meten en dat informatie geeft over wat er in het lichaam gebeurt als gevolg van een ziekte of in reactie op een behandeling. Biomarkers spelen een cruciale rol in meerdere aspecten van de zorg voor de ZvH en de ontwikkeling van medicijnen. Belangrijk is dat ze kunnen worden gebruikt om het begin van de ziekte te beoordelen, de ziekteprogressie te monitoren of te bepalen hoe goed een nieuwe therapie werkt. Momenteel zijn de meest voorkomende biomarkers voor de ZvH eiwitten die gemeten kunnen worden in het hersenvocht (zoals neurofilament light [NfLNfL biomarker van gezondheid van hersencellen] en het huntingtine-eiwithuntingtine-eiwit Eiwit dat geproduceerd wordt door het huntington-gen [HTTHTT Afkorting voor het gen dat de ziekte van Huntington veroorzaakt. Hetzelfde gen wordt ook wel ZvH-gen of IT-15 genoemd.]), of biomarkers via hersenscans (zoals magnetic resonance imaging [MRI]) die het hersenvolume bepalen.

Maar in plaats van invasieve ruggenprikken of dure neuroimaging, zou het niet geweldig zijn om een gemakkelijke, niet-invasieve manier te hebben om ziektesymptomen of de werking van een medicijn uit een klinische studie op regelmatige basis en mogelijk op afstand te volgen? Recente studies suggereren dat dit mogelijk is!

Klinische scores voorspellen met een korte spraaktest

Een standaardbezoek aan een neuroloog voor iemand met de ZvH omvat een breed scala aan beoordelingen van motorische, cognitieve en functionele prestaties. Op basis van deze klinische scores hebben clinici de samengestelde Unified Huntington’s Disease Rating Scale (cUHDRS) ontwikkeld, die kenmerken van motorische, cognitieve en functionele symptomen combineert in één eenheid. De cUHDRS is een algemeen geaccepteerde manier om de progressie van de ZvH te volgen en wordt vaak gebruikt als eindpunteindpunt Een specifiek resultaat of meetpunt dat onderzoekers gebruiken om de effectiviteit of veiligheid van een behandeling te beoordelen. Eindpunten worden voorafgaand aan de studie vastgelegd en kunnen primair zijn (het belangrijkste resultaat waarvoor de studie is opgezet, zoals verbetering van symptomen) of secundair (aanvullende uitkomsten van belang, zoals kwaliteit van leven of veranderingen in biomarkers). in klinische studies naar de ZvH. Maar zoals bij elke test om de ZvH te volgen, zijn er nadelen: deze beoordeling wordt vaak maar één keer per jaar gedaan, het is niet ontworpen om veranderingen heel gevoelig vast te leggen, en de resultaten kunnen verschillen afhankelijk van wie de test uitvoert. De ZvH is immers enorm complex.

In baanbrekende studies gepubliceerd in 2022, rekruteerde een team onder leiding van Anne-Catherine Bachoud-Lévi 181 ZvH-gendragers uit drie Franse prospectieve cohorten om eenvoudige spraakopnames te maken. Deze opnames bestonden uit het vooruit en vervolgens achteruit tellen van de getallen 1-20 in minder dan 45 seconden. Achteruit tellen is eigenlijk veel moeilijker en vergt meer werkgeheugen, focus en aandacht, dus dit was een belangrijke toevoeging aan de studie. De resultaten toonden aan dat bepaalde spraakkenmerken de belangrijkste klinische symptomen gemeten door de cUHDRS konden voorspellen. Verder lieten MRI-beelden zien dat verslechterende spraak leek samen te hangen met schade aan het striatum, het deel van de hersenen dat het meest wordt aangetast door de ZvH.

Wat de nieuwe studie aantoonde

Voortbouwend op deze eerdere studie ontwikkelde het team van Bachoud-Lévi onlangs een tool genaamd xHD-Vox (x voor eXplainable, HD voor Huntington disease en Vox voor stem) om spraakopnames te volgen en te analyseren. Ze automatiseerden eerst de spraakopnames met behulp van “Whisper”, een automatisch spraakherkenningssysteem – jawel, kunstmatige intelligentie (AI). Whisper is gemaakt door OpenAI, hetzelfde bedrijf dat ChatGPT heeft ontwikkeld.

Zoals elke op AI gebaseerde tool moest xHD-Vox worden geprogrammeerd en getraind met data en menselijke instructies. In dit geval hadden logopedisten geluisterd naar spraakopnames van mensen met de ZvH die vooruit en achteruit telden van 1-20, waarbij ze handmatig kenmerken van hun spraak en geluiden markeerden of labelden. Het team van Bachoud-Lévi gebruikte deze data om xHD-Vox te trainen in het identificeren en categoriseren van spraakkenmerken, en xHD-Vox haalde daar een set belangrijke kenmerken uit. Dit omvatte tekortkomingen in articulatie en geluid, veranderingen in het ritme en de snelheid van het tellen, evenals pauzes, de toevoeging van extra geluiden en fouten in de volgorde van de getallen. In feite leerden ze het computerapparaat dus om de spraakopnames van de patiënten te beoordelen en te evalueren, zonder dat daar een menselijke beoordelaar voor nodig was.

De auteurs toonden vervolgens aan dat de door de computer beoordeelde vocale kenmerken sterk gecorreleerd waren met de prestaties op klinische tests, in het bijzonder de gouden standaard cUHDRS, waardoor het in feite een digitale “biomarkerbiomarker Elke test van welke aard dan ook – inclusief bloedtesten, denktesten en hersenscans – die de progressie van een ziekte zoals de ZvH kan meten of voorspellen. Biomarkers kunnen klinische onderzoeken met nieuwe medicijnen sneller en betrouwbaarder maken.” werd. Dit was een cruciale stap, omdat het de auteurs meer vertrouwen gaf dat deze stemtest een nauwkeurige weerspiegeling was van de onderliggende ZvH-biologie.

In het volgende deel van de studie testten de onderzoekers hoe goed xHD-Vox de progressie van de ZvH over een periode van 2 jaar kon volgen. Ze ontdekten dat xHD-Vox de achteruitgang van ZvH-symptomen kon voorspellen op een manier die vergelijkbaar was met wat clinici konden voorspellen met behulp van klinische scores. Een zeer opwindend deel van deze studie is dat hun model kan worden geïmplementeerd in mobiele apps die op de smartphone van een persoon kunnen worden gebruikt voor het op afstand monitoren van hun eigen stem in de loop van de tijd.

Wat zijn de volgende stappen?

Het gebruik van kunstmatige intelligentie op deze manier is baanbrekend. xHD-Vox is echter nog niet helemaal klaar voor het grote werk. Voordat het in aanmerking komt voor wijdverspreid gebruik, zal het belangrijk zijn om xHD-Vox te testen bij extra groepen mensen met de ZvH en om praktijkgerichte spraakopnames te testen met mobiele telefoons. Met dit in gedachten hebben de onderzoekers al een Android-prototype van xHD-Vox ontwikkeld om het potentieel voor mobiel gebruik en monitoring op afstand te verkennen. Dit is niet iets wat je in je app store zult vinden, maar het wordt momenteel experimenteel getest.

Daarnaast moet dit apparaat in andere talen dan het Engels worden getest. Een echt effectieve biomarkerbiomarker Elke test van welke aard dan ook – inclusief bloedtesten, denktesten en hersenscans – die de progressie van een ziekte zoals de ZvH kan meten of voorspellen. Biomarkers kunnen klinische onderzoeken met nieuwe medicijnen sneller en betrouwbaarder maken. moet wereldwijd toegankelijk zijn. Er is tot nu toe slechts één meertalige spraakanalysestudie bij de ZvH uitgevoerd (Fahed et al) die zich richtte op leestaken, en deze studie toonde aan dat leeskenmerken taalafhankelijk waren. Omdat Whisper 96 talen ondersteunt, geloven de onderzoekers dat het aanpassen van xHD-Vox aan een nieuwe taal gemakkelijk en efficiënt zou zijn, omdat het gaat om het tellen van getallen in plaats van het lezen van woorden.

Niettemin vertegenwoordigt dit werk een belangrijke stap voorwaarts in de telegeneeskunde voor het monitoren van de ZvH, met het potentieel om ziekteprogressie te detecteren. Dit zou vooral belangrijk kunnen zijn in regio’s met beperkte medische toegang of in plattelandsgemeenschappen.

Samenvatting:

• Menselijke spraak hangt af van een nauwkeurige coördinatie tussen de hersenen, stembanden, tong en lippen.
• Wetenschappers bestuderen deze verbindingen om te begrijpen hoe de hersenen spraak produceren — en hoe dit proces verandert bij ziekten zoals de ZvH.
• Mensen met de ZvH kunnen langzamer praten, vaker pauzeren of moeite hebben met het coördineren van de geluiden die nodig zijn voor een duidelijke spraak.
• Onderzoekers ontwikkelden xHD-Vox, een door AI aangedreven tool die spraak analyseert tijdens een eenvoudige teltaak.
• Spraakkenmerken gemeten door xHD-Vox weerspiegelden klinische beoordelingen en volgden veranderingen in de ZvH gedurende twee jaar.
• Met verder onderzoek zou stemanalyse een eenvoudige, niet-invasieve manier kunnen bieden om de ZvH op afstand te monitoren.