La tua voce conta: usare il parlato per monitorare la malattia di Huntington

Attualmente, la progressione della malattia di Huntington viene monitorata principalmente attraverso test valutati dai medici, neuroimmagini e misurazioni effettuate nel sangue o nel liquido spinale. Tuttavia, un gruppo di ricercatori francesi ha recentemente sviluppato un dispositivo automatizzato in grado di stimare la progressione della malattia analizzando il parlato di una persona mentre esegue un semplice compito di conteggio.

Incredibilmente, le misurazioni della produzione vocale sono state in grado di prevedere con precisione i risultati delle valutazioni cliniche nelle persone con MH e di tracciare con successo i cambiamenti nel tempo. Questi risultati dimostrano che l’analisi della voce potrebbe rappresentare uno strumento promettente, non invasivo e applicabile nel mondo reale per monitorare la progressione della malattia. Strumenti come questi potrebbero un giorno permettere alle persone con MH di monitorare la propria condizione usando uno smartphone, riducendo la necessità di frequenti visite in clinica, abbassando i costi sanitari e aiutando i medici a fornire cure più personalizzate.

La voce di ognuno è unica

La nostra voce è un tratto individuale: non esistono due persone con un suono esattamente identico. Alcune voci sono estremamente riconoscibili. I lettori che appartengono a un’epoca precedente ai telefoni cellulari e all’identificativo del chiamante ricorderanno di aver risposto a un telefono fisso e di aver riconosciuto la voce di un amico all’altro capo del filo. I lettori più giovani potrebbero riconoscere il loro attore preferito dietro un personaggio dei cartoni animati, o i toni dolci di Taylor Swift alla radio. Molti fattori rendono unica la voce di ogni individuo. Tra questi, la forma delle corde vocali, la dimensione della gola, della bocca, della lingua e delle cavità sinusali, e il modo in cui il suono rimbalza nella testa e nel collo. Anche il modo in cui parli è influenzato dall’età, dalla salute, dall’accento locale e dallo stile personale di conversazione.

Perché gli esseri umani possono parlare e gli animali no?

Ottima domanda. La voce umana, per come la conosciamo, è come uno strumento a fiato che si basa su tre elementi principali: suono, risonanza e articolazione. Il suono proviene dalle corde vocali. Le tue corde vocali sono due bande flessibili di tessuto muscolare e membrane mucose a forma di V all’interno della laringe, meglio conosciuta come “scatola della voce”, che si trova al centro del collo. Durante la respirazione regolare, le corde vocali rimangono completamente aperte in modo che l’aria possa passare nei polmoni. Ma quando parli, il cervello segnala ai muscoli della laringe di chiudere le corde, facendole vibrare e creando così le onde sonore della tua voce. Questi suoni vengono modificati dai risonatori — la gola, la cavità orale e i passaggi nasali — che producono la voce riconoscibile di una persona. Infine, la lingua, il palato molle e le labbra sono considerati gli articolatori che modificano il suono emesso e sono fondamentali per articolare vocali e consonanti.

Mammiferi, rettili e persino anfibi hanno un’anatomia delle corde vocali simile a quella umana. Questi animali comunicano tra loro usando rumori e suoni, come latrati, ruggiti o stridori, ma solo gli esseri umani possono pronunciare parole. Ciò è dovuto al controllo neurale diretto della laringe, della lingua e delle labbra e ad aree corticali specializzate nel cervello che consentono il controllo cosciente dei nostri suoni, piuttosto che rumori istintivi. I ricercatori studiano queste connessioni neuronali per capire come il cervello controlla il parlato e il linguaggio, e come questo processo possa alterarsi in presenza di malattie.

Complicazioni del parlato nella MH

Parlare comporta abilità motorie complesse, controllo cognitivo e pianificazione a più livelli, quindi non sorprende che le difficoltà nel parlare siano state documentate nelle persone con MH sintomatica per decenni. I primi studi hanno mostrato che gli individui con MH avevano ritmi di conversazione più lenti, impiegavano più tempo per pronunciare le parole e producevano silenzi più lunghi tra e all’interno delle parole, rispetto ai controlli sani. Cambiamenti specifici includono anche un aumento della tonalità o dell’asprezza della voce e una ridotta coordinazione della lingua e delle labbra, rendendo più difficile articolare le parole. È interessante notare che alcuni rapporti hanno anche suggerito che i deficit del parlato possono precedere l’insorgenza dei primi sintomi motori evidenti. Pertanto, si ritiene che il monitoraggio dei cambiamenti nel parlato possa essere un prezioso marcatore dell’insorgenza e della progressione della malattia.

La tua voce come biomarcatore

Un “biomarcatore”, o marcatore biologicoMarcatore biologico Un test di qualunque tipo . incluso esami del sangue, test sul pensiero e ecografie del cervello – che possono misurare o predire la progressione di una malattia come la MH. I biomarcatori posson rendere più veloci e affidabili le sperimentazioni cliniche dei nuovi farmaci., è formalmente definito come una caratteristica che viene misurata e valutata oggettivamente come indicatore di un processo biologico normale, di uno stato di malattia o di una risposta a un intervento. In parole povere, è qualcosa che puoi misurare concretamente e che fornisce informazioni su ciò che accade all’interno del corpo a causa della malattia o in risposta a un trattamento. I biomarcatori svolgono un ruolo cruciale in molteplici aspetti della cura della MH e dello sviluppo di farmaci. È importante notare che possono essere utilizzati per valutare l’insorgenza della malattia, monitorarne la progressione o determinare l’efficacia di una nuova terapia. Attualmente, i biomarcatori più comuni per la MH includono proteine che possono essere misurate nel liquido cerebrospinale (ad esempio, la catena leggera del neurofilamento [NfL] e la proteina huntingtinaProteina huntingtina Proteina prodotta dal gene della MH. [HTTHTT Una abbreviazione per il gene che causa la malattia di Huntington. Lo stesso gene é chiamato HD e IT-15]), o biomarcatori di imaging cerebrale (come la risonanza magneticaRisonanza magnetica Una tecnica che utilizza potenti campi magnetici per produrre immagini dettagliate del cervello negli esseri umani e animali [RM]) che determinano il volume del cervello.

Ma invece di invasive punture lombari o costose neuroimmagini, non sarebbe fantastico avere un modo semplice e non invasivo per monitorare regolarmente, e potenzialmente a distanza, i sintomi della malattia o l’efficacia di un farmaco in una sperimentazione clinica? Studi recenti suggeriscono che questo potrebbe essere possibile!

Prevedere i punteggi clinici con un breve test del parlato

Una visita standard da un neurologo per una persona con MH comporta una vasta gamma di valutazioni delle prestazioni motorie, cognitive e funzionali. Da questi punteggi clinici, i medici hanno sviluppato la scala composita Unified Huntington’s Disease Rating Scale (cUHDRS), che combina le caratteristiche dei sintomi motori, cognitivi e funzionali in un’unica unità. La cUHDRS è un metodo ampiamente accettato per tracciare la progressione della MH ed è comunemente usata come endpoint nelle sperimentazioni cliniche sulla MH. Ma come per ogni test per monitorare la MH, ci sono degli svantaggi: questa valutazione viene spesso eseguita solo una volta all’anno, non è progettata per cogliere i cambiamenti in modo molto sensibile e i risultati possono variare a seconda di chi la esegue. La MH, dopotutto, è tremendamente complessa.

In studi all’avanguardia pubblicati nel 2022, un team guidato da Anne-Catherine Bachoud-Lévi ha reclutato 181 portatori del gene della MH da tre coorti prospettiche francesi per fornire semplici registrazioni vocali. Queste registrazioni consistevano nel contare i numeri da 1 a 20 in avanti e poi all’indietro in meno di 45 secondi. Contare all’indietro è in realtà molto più difficile e richiede più memoria di lavoro, concentrazione e attenzione, quindi questa è stata un’aggiunta importante allo studio. I risultati hanno mostrato che alcune caratteristiche del parlato potevano prevedere i principali sintomi clinici misurati dalla cUHDRS. Inoltre, i dati della risonanza magneticaRisonanza magnetica Una tecnica che utilizza potenti campi magnetici per produrre immagini dettagliate del cervello negli esseri umani e animali hanno mostrato che il deterioramento del parlato sembrava coincidere con il danno allo striato, la parte del cervello più colpita dalla MH.

Cosa ha mostrato il nuovo studio

Basandosi su questo studio precedente, il team di Bachoud-Lévi ha recentemente sviluppato uno strumento chiamato xHD-Vox (x per eXplainable, HD per malattia di Huntington e Vox per voce) per tracciare e analizzare le registrazioni vocali. Hanno prima automatizzato le registrazioni vocali usando “Whisper”, un sistema di riconoscimento vocale automatico – sì, intelligenza artificiale (IA). Whisper è stato creato da OpenAI, la stessa azienda che ha sviluppato ChatGPT.

Come ogni strumento basato sull’IA, xHD-Vox ha dovuto essere programmato e addestrato con dati e istruzioni umane. In questo caso, dei logopedisti avevano ascoltato le registrazioni vocali di persone con MH che contavano da 1 a 20 in avanti e all’indietro, contrassegnando o etichettando manualmente le caratteristiche del loro parlato e dei loro suoni. Il team di Bachoud-Lévi ha utilizzato questi dati per addestrare xHD-Vox a identificare e categorizzare le caratteristiche del parlato, e xHD-Vox ha estratto una serie di caratteristiche importanti. Queste includevano deficit nell’articolazione e nel suono, cambiamenti nel ritmo e nella velocità del conteggio, così come pause, l’aggiunta di suoni extra ed errori nella sequenza dei numeri. In pratica, stavano insegnando al dispositivo informatico a valutare le registrazioni vocali dei pazienti senza la necessità di un valutatore umano.

Gli autori hanno poi dimostrato che le caratteristiche vocali valutate dal computer erano fortemente correlate con le prestazioni nei test clinici, in particolare con il gold standard cUHDRS, rendendolo essenzialmente un “biomarcatore” digitale. Questo è stato un passo fondamentale, poiché ha dato agli autori maggiore fiducia nel fatto che questo test vocale riflettesse accuratamente la biologia sottostante della MH.

Nella parte successiva dello studio, i ricercatori hanno testato quanto bene xHD-Vox potesse tracciare la progressione della MH in un arco di tempo di 2 anni. Hanno scoperto che xHD-Vox poteva prevedere il declino dei sintomi della MH in modo simile a quanto i medici potevano prevedere usando i punteggi clinici. Una parte molto entusiasmante di questo studio è che il loro modello può essere implementato in app mobili che potrebbero essere utilizzate sullo smartphone di una persona per il monitoraggio remoto della propria voce nel tempo.

Quali sono i prossimi passi?

L’uso dell’intelligenza artificiale in questo modo è rivoluzionario. Tuttavia, xHD-Vox non è ancora del tutto pronto per il debutto su larga scala. Prima di poter essere preso in considerazione per un uso diffuso, sarà importante testare xHD-Vox in altre popolazioni di persone con MH e testare registrazioni vocali reali utilizzando i telefoni cellulari. Con questo obiettivo, i ricercatori hanno già sviluppato un prototipo Android di xHD-Vox per esplorare il suo potenziale per l’implementazione mobile e il monitoraggio remoto. Non è qualcosa che troverai nel tuo app store, ma è attualmente in fase di test sperimentale.

Inoltre, questo dispositivo deve essere testato in altre lingue, oltre all’inglese. Un biomarcatore veramente efficace deve essere accessibile a livello globale. C’è stato solo uno studio multilingue sull’analisi della voce nella MH (Fahed et al.) che si è concentrato su compiti di lettura, e questo studio ha mostrato che le caratteristiche della lettura dipendevano dalla lingua. Poiché Whisper supporta 96 lingue, i ricercatori ritengono che adattare xHD-Vox a una nuova lingua sarebbe facile ed efficiente perché comporta il conteggio di numeri anziché la lettura di parole.

Tuttavia, questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nella telemedicina per il monitoraggio della MH, con il potenziale di rilevare la progressione della malattia. Ciò potrebbe essere particolarmente importante nelle regioni con accesso medico limitato o nelle comunità rurali.

Riassunto:

• Il parlato umano dipende da una precisa coordinazione tra cervello, corde vocali, lingua e labbra.
• Gli scienziati studiano queste connessioni per capire come il cervello produce il parlato e come questo processo cambia in malattie come la MH.
• Le persone con MH possono parlare più lentamente, fare pause più frequenti o avere difficoltà a coordinare i suoni necessari per un parlato chiaro.
• I ricercatori hanno sviluppato xHD-Vox, uno strumento basato sull’IA che analizza il parlato durante un semplice compito di conteggio.
• Le caratteristiche del parlato misurate da xHD-Vox riflettono le valutazioni cliniche e hanno tracciato i cambiamenti nella MH nell’arco di due anni.
• Con ulteriori test, l’analisi della voce potrebbe offrire un modo semplice e non invasivo per monitorare la MH a distanza.