Monitoring Parkinson Disease from speech articulation kinematics

Abstract

Monitorización de la enfermedad de Parkinson a partir de la cinemática de la articulación del habla. – La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno del sistema neuromotor que afecta a todo tipo de movimientos regulados por el sistema muscular humano, entre ellos los que controlan la producción del habla. La importancia del habla en la monitorización del progreso de la EP se ha estudiado ampliamente durante las últimas dos décadas. La mayoría de los estudios se han concentrado en describir y modelar el comportamiento de la fonación (disfonía) y de la articulación (disartria), en relación con el síndrome de la EP. El presente trabajo se centra en explorar la forma en la que la EP afecta al comportamiento dinámico de la biomecánica neuromotora relacionada con la disartria típica mostrada por este tipo de pacientes, a diferencia de las mediciones clásicamente utilizadas hasta el momento, que se basan en las posiciones extremas y centrales del triángulo vocálico. Se propone, para ello, una nueva medida basada en la distribución estadística de la cinemática del sistema mandibular y lingual, que presenta interesantes propiedades de cara al reconocimiento de patrones utilizado en la clasificación de los rasgos disártricos del paciente. Esta medida puede emplearse para establecer las distancias entre las distintas articulaciones en términos de la teoría de información. Los resultados del estudio presentado muestran que dichas distancias se hallan sustancialmente correlacionadas con ciertas pruebas utilizadas habitualmente por los neurólogos para evaluar el progreso de la EP. La distancia cinemática propuesta puede servir para elaborar nuevos protocolos de realización de pruebas para el seguimiento de la EP. ----------ABSTRACT---------- Parkinson Disease (PD) is a neuromotor illness affecting general movements of different muscles, those implied in speech production being among them. The relevance of speech in monitoring illness progression has been documented in these last two decades. Most of the studies have concentrated in dysarthria and dysphonia induced by the syndrome. The present work is devoted to explore how PD affects the dynamic behavior of the speech neuromotor biomechanics (neuromechanics) involved in deficient articulation (dysarthria), in contrast to classical measurements based on static features as extreme and central vowel triangle positions. A statistical distribution of the kinematic velocity of the lower jaw and tongue is introduced, which presents interesting properties regarding pattern recognition and classification. This function may be used to establish distances between different articulation profiles in terms of information theory. Results show that these distances are correlated with a set of tests currently used by neurologists in PD progress evaluation, and could be used in elaborating new speech testing protocols.