統(tǒng)一帕金森病評(píng)定量表評(píng)估無(wú)言語(yǔ)障礙帕金森病患者的語(yǔ)音聲學(xué)特征△

范萍 顧文濤 劉衛(wèi)國(guó)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一種常見于中老年人的中樞神經(jīng)退行性疾病，其病理標(biāo)志是基底節(jié)黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元的變性死亡，導(dǎo)致投射到紋狀體的多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)大量減少，從而引發(fā)行動(dòng)遲緩、靜止性震顫和言語(yǔ)障礙等癥狀。既往研究證實(shí)，PD患者在臨床確診之前數(shù)年，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)某些預(yù)示疾病但容易被忽視的征兆，包括嗅覺功能減退、便秘[1,2]，以及構(gòu)音障礙[3,4]等。在這些征兆中，言語(yǔ)特征的變化在PD早期不容易被感知，雖然典型的PD患者語(yǔ)音聽起來(lái)語(yǔ)調(diào)單一、響度單一、語(yǔ)速變化大、元輔音發(fā)音不準(zhǔn)確、嗓音異常、言語(yǔ)可懂度較低[5～7]，然而也有不少早期PD患者的語(yǔ)音聽起來(lái)正常，統(tǒng)一帕金森病評(píng)定量表(unified Parkinson’s disease rating scale，UPDRS)的言語(yǔ)(表達(dá))項(xiàng)得分為0(即正常);其中樞神經(jīng)系統(tǒng)的退行性變化是否影響言語(yǔ)功能值得探討。

研究發(fā)現(xiàn)，語(yǔ)音的基頻和元音共振峰特征是區(qū)分PD患者和健康成人語(yǔ)音的有效聲學(xué)指標(biāo)[8]?？疾煸舭l(fā)音，往往由單元音/a/、/i/、/u/的共振峰計(jì)算出元音發(fā)音指數(shù)(vowel articulation index，VAI)。VAI不易受發(fā)音人性別、生理特征的影響，被廣泛用于言語(yǔ)障礙研究[9～11]。故本研究以UPDRS評(píng)估無(wú)言語(yǔ)障礙的PD患者為研究對(duì)象，基于普通話朗讀語(yǔ)料，采用聲學(xué)分析方法，提取語(yǔ)音的基頻和元音分析其言語(yǔ)功能，以深入了解PD神經(jīng)退行性病變對(duì)患者語(yǔ)音特征的影響，為精準(zhǔn)評(píng)估PD患者的言語(yǔ)功能提供參考。

1 資料與方法

1.1研究對(duì)象 PD組為15例帕金森病患者(男7例，女8例)，年齡52～80歲，平均63.53±10.67歲；所有PD患者都是原發(fā)性帕金森病患者，符合中國(guó)帕金森病的診斷標(biāo)準(zhǔn)(2016版)[12]，且均為早期帕金森病，改良Hoehn Yahr分期[1]為1～2.5期(其中1期6例，1.5期5例，2期2例，2.5期2例)；統(tǒng)一帕金森病評(píng)定量表(UPDRS)第18小項(xiàng)言語(yǔ)(表達(dá))得分為0分(即正常)，即聽起來(lái)言語(yǔ)表達(dá)上沒有障礙；簡(jiǎn)短精神狀態(tài)量表(MMSE)得分大于24，即沒有認(rèn)知障礙；均沒有接受過任何言語(yǔ)治療。對(duì)照組為36例健康成年人(男19例，女17例)，年齡53～74歲，平均63.03±5.21歲，均無(wú)發(fā)音器官、神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病。兩組日常均說普通話，經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，兩組年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(df=49,t=0.222,P=0.825)。

1.2UPDRS評(píng)估 由神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生采用UPDRS量表對(duì)PD患者的言語(yǔ)表達(dá)進(jìn)行評(píng)估，在評(píng)估量表中的第18項(xiàng)言語(yǔ)(表達(dá))中，詢問患者在患病后的言語(yǔ)表達(dá)是否出現(xiàn)問題，如：音量降低、說話不清楚等；隨后根據(jù)患者的回答和回答問題時(shí)的言語(yǔ)表現(xiàn)作出評(píng)估，當(dāng)患者自述言語(yǔ)表達(dá)沒有障礙以及評(píng)估者聽覺判斷患者說話無(wú)異常時(shí)，評(píng)定為0分(即正常)。

1.3語(yǔ)音聲學(xué)分析方法 采用的文本材料是語(yǔ)音研究常用的寓言故事《北風(fēng)與太陽(yáng)》，共160個(gè)音節(jié)，如下文所示：有一回，北風(fēng)跟太陽(yáng)在那兒爭(zhēng)論誰(shuí)的本領(lǐng)大。說著說著，來(lái)了一個(gè)走道的，身上穿了一件厚袍子。他們倆就商量好了，說誰(shuí)能叫這個(gè)走道的把他的袍子脫下來(lái)，就算誰(shuí)的本領(lǐng)大。于是，北風(fēng)就卯足了勁，拼命地吹呀吹呀?？墒牵档迷絽柡?，那個(gè)人就把他的袍子裹得越緊。到了最后，北風(fēng)沒轍了，只好就算了。一會(huì)兒，太陽(yáng)出來(lái)一曬，那個(gè)人馬上就把袍子脫了下來(lái)。所以，北風(fēng)不得不承認(rèn)，還是太陽(yáng)比他的本領(lǐng)大。

語(yǔ)音采集在安靜房間里(環(huán)境噪聲<50 dB A)進(jìn)行，使用Zoom H4n便攜式數(shù)字錄音機(jī)，采樣率為44.1 kHz，量化精度16 bit。受試者坐在桌子前，桌上放置寫有寓言故事的紙張，錄音機(jī)離嘴唇約15 cm，在自然狀態(tài)下朗讀上述寓言故事。在充分熟悉語(yǔ)料并試讀后，開始正式錄音；為了避免抗帕金森病藥物對(duì)言語(yǔ)功能的影響，PD組每例受試者在實(shí)驗(yàn)前至少12小時(shí)內(nèi)不用藥。

用Praat軟件[13]提取每例受試者各音節(jié)在10個(gè)時(shí)間等分點(diǎn)上的基頻值，共獲得1 600個(gè)基頻值(160個(gè)音節(jié)×10個(gè)時(shí)間點(diǎn))；根據(jù)這些基頻值計(jì)算基頻均值(F0mean)、基頻范圍(F0range；即最大值與最小值之差)、基頻標(biāo)準(zhǔn)差(F0std)；因?yàn)橐园胍?semitone，St)為單位的基頻值能更好地反映音高的心理聽覺評(píng)估，故本研究將基頻由Hz值轉(zhuǎn)化為半音值，轉(zhuǎn)換公式為St = 12× log2 (f0/fr)，其中f0為Hz值，fr為參考頻率(這里設(shè)為50 Hz)。

同時(shí)，對(duì)每位受試者，用Praat軟件提取每個(gè)單元音/a/、/i/、/u/穩(wěn)定段(中間60%時(shí)段)的第一共振峰(F1)均值和第二共振峰(F2)均值，然后計(jì)算在整個(gè)文本材料中3個(gè)元音各自的F1、F2均值，最后按以下公式計(jì)算每例受試者的VAI值(最小值為0.5)[11]：VAI= (F2[i]+F1[a])/(F1[i]+F1[u]+F2[u]+F2[a] )。由于F1、F2直接與舌位的高低、前后相關(guān)，因此VAI的數(shù)值越小，說明元音的舌位越向中央靠攏，元音發(fā)音越不到位[11]。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)PD組和對(duì)照組的基頻均值、基頻范圍、基頻標(biāo)準(zhǔn)差及VAI值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用K-S檢驗(yàn)顯示所有數(shù)據(jù)均呈正態(tài)分布(P>0.05)，隨后對(duì)數(shù)據(jù)做獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1兩組基頻及VAI測(cè)試結(jié)果比較 兩組3個(gè)基頻指標(biāo)和VAI值比較見表1，PD組的F0std顯著小于對(duì)照組(P<0.05)，但兩組間F0mean和F0range的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；兩組間VAI值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 兩組基頻和VAI值比較

圖1 1例PD患者和1例對(duì)照組的基頻曲線示例圖

以“還是太陽(yáng)比他的本領(lǐng)大”這句話為例，圖1顯示了1例PD患者和1例對(duì)照組成人各自言語(yǔ)的基頻曲線，可見PD患者言語(yǔ)的基頻變化更平緩，而對(duì)照組受試者言語(yǔ)整體基頻的高低起伏變化更大。

2.2PD組和對(duì)照組元音/a/、 /i/、/u/的波形和語(yǔ)譜圖 1例對(duì)照組成人和1例PD患者發(fā)單元音/a/、/i/、/u/的波形和語(yǔ)譜圖見圖2，其中圖2a、b、c是1例對(duì)照組成人三個(gè)元音的波形圖和語(yǔ)譜圖，圖2d、e、f是一例PD患者三個(gè)元音的波形與語(yǔ)譜圖，從左到右分別來(lái)自音節(jié)“他”(ta1)、“比”(bi3)、“足”(zu2)；橫向的點(diǎn)狀曲線由下往上分別是第一共振峰(F1)和第二共振峰(F2)，豎向的虛線由左到右分別表示元音的起點(diǎn)和終點(diǎn)。可見，PD患者和對(duì)照組成人元音/a/、/i/、/u/的F1和F2顯現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)，即元音/a/、/u/的F1和F2相差不大，元音/i/的F1和F2相差較大；說明PD患者的元音發(fā)音與健康成人一致。

圖2 1例PD患者和1例對(duì)照組成人發(fā)元音/a/、/i/、/u/的波形圖和語(yǔ)譜圖 a.對(duì)照組/ta1/; b.對(duì)照組/bi3/; c.對(duì)照組/zu2/; d.PD組/ta1/; e.PD組/bi3/; f.PD組/zu2/

3 討論

帕金森病是一種慢性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的缺失導(dǎo)致患者出現(xiàn)各種臨床癥狀，如震顫、行動(dòng)遲緩、言語(yǔ)障礙等。PD患者典型的言語(yǔ)障礙表現(xiàn)為語(yǔ)調(diào)單一、發(fā)音不準(zhǔn)確、嗓音異常、語(yǔ)速異常等;皮質(zhì)-紋狀體-背側(cè)丘腦-皮質(zhì)環(huán)路受損、認(rèn)知障礙以及運(yùn)動(dòng)障礙都可能是PD患者言語(yǔ)功能受損的原因。首先，語(yǔ)言的神經(jīng)機(jī)制不僅涉及大腦皮層區(qū)，還涉及皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)，特別是丘腦、基底神經(jīng)節(jié)對(duì)言語(yǔ)功能起著重要作用。皮質(zhì)-紋狀體-背側(cè)丘腦-皮質(zhì)環(huán)路中任何一個(gè)環(huán)節(jié)因疾病而損傷都會(huì)導(dǎo)致言語(yǔ)障礙;其次，PD患者多伴有注意困難、聽覺、視覺障礙等認(rèn)知能力降低問題，這些都是影響PD患者言語(yǔ)功能的因素。最后，與運(yùn)動(dòng)障礙相關(guān)的起始運(yùn)動(dòng)困難、肌肉僵硬、震顫等癥狀也可能導(dǎo)致PD患者的言語(yǔ)功能受損。

PD患者言語(yǔ)障礙會(huì)隨著疾病進(jìn)展而逐漸加重，因此處于不同疾病階段PD患者的言語(yǔ)表現(xiàn)有所差別。早期(Hoehn Yahr分期為1～2.5期)PD患者的言語(yǔ)障礙往往表現(xiàn)為單一言語(yǔ)指標(biāo)的異常，如:發(fā)音不準(zhǔn)確[8,14]，并且采用量表評(píng)估方法通常難以發(fā)現(xiàn)這種輕微的變化[15];中晚期(Hoehn Yahr分期為3～5期)PD患者的言語(yǔ)發(fā)聲、韻律、呼吸等言語(yǔ)各方面都出現(xiàn)異常，言語(yǔ)整體清晰度和可懂度損傷嚴(yán)重[16]。目前尚沒有針對(duì)言語(yǔ)聽起來(lái)“正常”的早期PD患者的研究，因此，本研究在既往研究的基礎(chǔ)上，對(duì)UPDRS量表評(píng)估言語(yǔ)“正常”的早期PD患者的言語(yǔ)特征進(jìn)行分析。

本研究采用的聲學(xué)分析指標(biāo)包括基頻相關(guān)指標(biāo)和元音發(fā)音指數(shù)(VAI)，其中，基頻大致對(duì)應(yīng)聽覺上的音高，屬于言語(yǔ)韻律范疇；基頻均值反映言語(yǔ)的音高水平，基頻范圍和標(biāo)準(zhǔn)差反映言語(yǔ)的音高變化；VAI是由元音/a/、/i/、/u/的第一和第二共振峰(F1、F2)計(jì)算而得，而F1、F2與發(fā)音時(shí)舌位的前后和高低密切相關(guān)，F(xiàn)1越大，舌位越低；F2越大，舌位越靠前。每個(gè)元音發(fā)音時(shí)的舌位前后、高低都不相同，如：元音/i/的F1小、F2高，即發(fā)音時(shí)舌位低、靠前，元音/u/的F1和F2偏低，即舌位高、靠后。根據(jù)計(jì)算公式，VAI數(shù)值越小，說明發(fā)元音時(shí)舌位越往中間靠攏，不同元音之間的區(qū)別就越小，元音發(fā)音越難以辨別；VAI數(shù)值越大，說明不同元音之間的區(qū)別較大，元音發(fā)音越清晰[10]。從文中結(jié)果看UPDRS量表評(píng)估言語(yǔ)“正常”的早期PD患者的基頻標(biāo)準(zhǔn)差顯著小于對(duì)照組，兩組間其他基頻特征和VAI無(wú)顯著差異，提示這部分PD患者的言語(yǔ)障礙主要表現(xiàn)在基頻特征的變化上，即言語(yǔ)的音高變化小、語(yǔ)調(diào)缺乏起伏變化；表明，即使聽起來(lái)說話“正?！钡脑缙赑D患者，語(yǔ)音的聲學(xué)特征實(shí)際上已經(jīng)發(fā)生了輕微變化，此時(shí)中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變已經(jīng)損傷了PD患者的言語(yǔ)功能。

早期PD患者的基頻先于其他語(yǔ)音特征(如元音)出現(xiàn)異常，有兩個(gè)可能的原因：第一，PD患者基底神經(jīng)節(jié)的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)功能異常引起肌強(qiáng)直癥狀，而控制聲帶內(nèi)收、外展、伸縮的肌肉結(jié)構(gòu)更加精細(xì)，比控制唇、舌等發(fā)音器官的肌肉更容易受到基底節(jié)環(huán)路輕微變化的影響[17]，因此與聲帶直接聯(lián)系的基頻特征更早出現(xiàn)異常變化。第二，根據(jù)Braak等[18]提出的PD六階段分期，當(dāng)PD患者處于Braak一、二期時(shí)，尚未出現(xiàn)典型臨床癥狀，但是舌咽神經(jīng)和迷走神經(jīng)已經(jīng)受到損傷，而這兩對(duì)神經(jīng)主要控制咽喉部肌肉，與聲帶活動(dòng)密切相關(guān)，可能造成PD患者的基頻異常。

總之，雖然UPDRS量表評(píng)估PD患者是否存在言語(yǔ)障礙是一種有臨床意義且簡(jiǎn)便快捷的手段，但由于人類聽覺能力的局限性，聽覺感知并不能靈敏地捕捉到早期PD患者語(yǔ)音輕微的異常變化；本研究表明，言語(yǔ)聲學(xué)分析能夠更加客觀準(zhǔn)確地檢測(cè)出早期PD患者語(yǔ)音的異常變化，有助于深入了解早期PD患者的言語(yǔ)能力，為疾病的精確評(píng)估提供輔助手段。