【中国声音】张建国教授团队首次揭示基于汉语的帕金森病声学评估及其与脑结构和功能的关系 - 脑医汇 - 神外资讯

2024年6月，首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心张建国教授团队在国际帕金森病专科期刊《NPJ Parkinson's Disease》发表了一篇题为《Acoustic assessment in mandarin-speaking Parkinson’s disease patients and disease progression monitoring and brain impairment within the speech subsystem》的研究论文。这项研究首次弥合了中西方语言的差异，证明了基于普通话的声学评估在中国帕金森病（PD）患者诊断和疾病监测中的广泛适用性，并进一步揭示了汉语PD患者的言语障碍不仅涉及言语的运动方面，还涉及语言生成的认知过程，为干预言语障碍的临床脑机接口转化提供了重要支持。北京天坛医院刁玉博士为第一作者，北京天坛医院张建国教授（末位通讯）、捷克布拉格大学Jan Hlavnicka教授为共同通讯作者。

引　言

中国目前有超过300万帕金森病患者，预计到2030年将达到500万，占全球患者的一半。研究发现，约90%的帕金森病患者存在低动力构音障碍。国际运动障碍协会通过提供《Guidelines for Speech Recording and Acoustic Analyses in Dysarthrias of Movement Disorders》以及随后针对印欧语种（非调性语言）的研究奠定了声学生物标志物领域的基础。然而，普通话作为全球使用最广泛的母语，属于声调语言，其语言障碍的研究相对较少。普通话通过声调和词组短句传达语义和语音信息，这些特性使现有针对印欧语中的研究结果和言语范式无法直接应用。

此外，目前PD患者的声学研究进展主要局限于声学层面的观察。常规治疗方法如多巴胺药物和脑深部刺激（DBS）在改善言语障碍方面效果有限，尤其对于晚期患者。因此，个性化和客观监测的干预措施显得尤为重要。探索与言语障碍相关的特定脑区是制定更精确治疗策略的基础。目前尚无研究从大脑的解剖和功能角度系统性地研究PD患者的低动力构音障碍。通过全面了解大脑的结构和功能变化，我们可以更好地理解PD患者的言语障碍，并为未来的临床干预提供依据。

主要结论

首都医科大学附属北京天坛医院神经外科张建国教授团队基于以上科学问题，首次针对普通话PD患者，通过四种言语范式进行言语子系统的全面声学分析，比较其与疾病进展和大脑结构及功能MRI之间的关系，填补非声调语言与声调语言之间的研究空白，推动临床指南的发展。

图5：基于汉语的语言评估范式及可敏感监测中国人群PD患者言语子系统损伤情况的语言指标

汉语声学评估：弥合中西差异

研究共入组160名以普通话为母语的参与者（包括80名PD患者、80名健康对照），提取发音、发声、共振、韵律、呼吸五个言语子系统下声学指标，筛选出区别于非声调语言的最佳汉语声学指标组合，并通过朴素贝叶斯模型预测患者的疾病状态和进展程度。结果显示汉语声学指标组合可作为敏感生物标记物区分PD及健康对照，曲线下面积达90%以上。

研究还与相同范式的非调性语言研究进行比较，突出了调性与非调性语言在帕金森疾病中的异同，如汉语PD患者通过词组编码语句并通过词语短语表达语义，阅读时具有更明显的语速及停顿损伤；但印欧语种通常通过韵律变化进行语义表达，因此阅读时基频变化的损伤更为显著。我们的结果弥合了非调性语言和调性语言之间的差异，并提出了基于汉语的声学生物标记物。

图1：基于汉语的最佳声学指标组合，用于PD疾病的诊断及监测疾病进展

重要突破：声学指标与脑功能的关系

此外，研究还探索了声音生物标记物与脑结构及功能MRI测量之间的关系。结果发现，简单的发音运动功能损伤与基底节-运动皮层具有显著相关性，而停顿和语速等韵律功能的损伤涉及基底节、海马、岛叶和梭状回等多个脑区。这些脑区的损伤反映了在言语产生过程中，语义编码和言语加工等功能的受损。

这些发现表明，PD患者的构音障碍不仅是运动控制的障碍，还涉及认知水平的语言生成障碍，是一种混合性的语言障碍。进一步说明，言语检查可以有效定位皮质和皮质下功能损伤，并通过廉价、无创和可扩展的声音生物标志物，识别患者的功能和解剖状态。

图3：皮层及皮层下损伤与言语子系统损伤之间的关系

展望未来：临床转化与应用

目前，该研究成果已经完成专利布局，并计划进行临床转化。本研究扩展了基于非调性语言的传统语音范式，证明了这一声学评估方法在帕金森病患者早期诊断和疾病进展监测中的应用潜力。通过这一方法，期望能为帕金森病患者提供更精准的治疗方案，从而提升他们的生活质量。该研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：81830033，81870888）等项目的支持。

第一作者简介

刁玉博士

首都医科大学附属北京天坛医院

首都医科大学附属北京天坛医院专业型博士研究生
师从北京天坛医院张建国教授，主要研究方向为脑功能性疾病的颅内电生理及影像学研究
近五年发表SCI论文十余篇

通讯作者简介

张建国教授

首都医科大学附属北京天坛医院

教授，主任医师，博士生导师
首都医科大学附属北京天坛医院神经外科学中心副主任兼功能神经外科主任
北京市神经外科研究所功能神经外科研究室主任、神经电刺激研究与治疗北京市重点实验室主任
首都医科大学运动障碍性疾病诊疗与研究中心主任、神经调控技术国家工程研究中心副主任
享受国务院政府特殊津贴、北京学者、北京市有突出贡献专家
兼任中国医师协会神经外科医师分会常务委员兼总干事、中国医师协会神经调控专业委员会主任委员、中国抗癫痫协会（CAAE）副会长、中华医学会神经外科学分会神经生理监测学组主任委员、北京医学会帕金森病与运动障碍分会副主任委员、北京医学会神经外科分会副主任委员、中国神经调控联盟理事长、世界立体定向和功能神经外科学会（WSSFN）常务理事、亚洲癫痫外科协会常务理事等
专注脑功能性疾病30余年，率先应用脑起搏器治疗帕金森病，开启了神经调控治疗脑功能性疾病的序幕，建立首个国家级神经调控多学科诊疗体系和平台，组建中国神经调控联盟，主持推动脑起搏器国产化的临床验证，为我国有源性植入脑起搏器的研发和临床推广做出了突出贡献
主持科技部、国自然重点及省部级课题20余项，近5年在《JAMA Neurology》、《Nature Communications》、《JNNP》、《Brain》等国际期刊发表相关研究成果150余篇
主编和编译论著8部，主持撰写临床诊疗指南及专家共识8项，其中1部被纳入国际指南规范
2018年获“国家科技进步一等奖”，2021年获“华夏医学科技奖一等奖”，2021年当选“北京学者”等

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