Parkinsonova nemoc patří k závažným nevyléčitelným poruchám centrální nervové soustavy. Patří mezi neurodegenerativní onemocnění, je pro ni charakteristická postupná ztráta funkce neuronů (nervových buněk mozku), včetně jejich odumírání. Při Parkinsonově nemoci ubývají buňky produkující dopamin, tedy látku zajišťující přenos signálů mezi neurony.
Co se dozvíte v článku
Dopamin je zodpovědný za správnou funkci mozku a a různé aspekty lidského chování. Pokud produkce dopaminu nefunguje správně, pro organismus pacienta to má dalekosáhlé důsledky.
Proč při Parkinsonovi umírají neurony
Parkinsonova nemoc byla poprvé popsána před více než 200 lety, přesto o ní vědci a lékaři neví zdaleka vše. „Její příčinu vlastně stále úplně neznáme, ale víme, že existuje protein zvaný alfa-synuklein a ten se u nemocných začne srážet v nervových buňkách. V těch postupně vznikají inkluze (pro tělo toxické odpadní látky vznikající vlastní činností buňky, pozn. red.). Vznik inkluzí je spojen s následnou poruchou funkce nervových buněk,“ popisuje Petr Dušek z Neurologické kliniky 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy (LF UK) a Všeobecné fakultní nemocnice (VFN).
„Synuklein zpočátku postihuje určité populace nervových buněk, postupně se ale v nervovém systému šíří,“ doplňuje Petr Dušek s tím, že většinou trvá léta, než pacient rozvíjející se chorobu zaregistruje. „Za lékařem přijde obvykle ve stádiu, kdy synuklein postihne motorické funkce, takže se mu třeba zhorší písmo, má problém najíst se příborem nebo není schopen si zapnout knoflíky u košile,“ vyjmenovává příklady.
Parkinson se může projevit ztrátou čichu
Nemoc ale začíná mnohem dříve, než se projeví postižení jemné motoriky. „Onemocnění se šíří z čichového nervu a vstřebá se z bloudivého nervu, takže první příznaky, než se onemocnění dostane do mozkového kmene, jsou porucha čichu nebo zácpa,“ doplňuje Michal Novotný z Fakulty elektrotechnické Českého vysokého učení technického (FEL ČVUT). Potíže s čichem má podle něj 90 procent pacientů.
Počátek nemoci je často spojen se svalovou ztuhlostí. „Pacienti jsou celkově napjatí, takže mají například abnormální držení těla, což je patrné třeba při chůzi, kdy jsou lehce nahrbeni a mají ztrátu normálního souhybu rukou,“ uvádí docent Dušek. Svalové napětí může být pro pacienty bolestivé, přičemž jeden z prvních projevů onemocnění může být třeba bolest ramene, protože to je dlouhodobě kvůli svalové ztuhlosti v nepřirozeném postavení.
Třes, který si veřejnost s Parkinsonovou nemocí spojuje nejčastěji, naopak není až tak typickým příznakem. „Je přítomen u 50 procent pacientů, takže jeho přítomnost není pro diagnózu nutná,“ podotýká neurolog.
Dvě nové metody pro včasnou diagnózu
Na rané a časté příznaky Parkinsonovy nemoci, které si s ní pacient vlastně ani nespojí, sází dvě metody vyvinuté týmem vědců z FEL ČVUT ve spolupráci s neurology z 1. LF UK. Jde o akustickou analýzu řeči a automatickou videoanalýzu pohybů obličeje.
Obě metody využívají toho, že až 92 procent pacientů s Parkinsonovou nemocí trpí ztrátou spontánních pohybů obličeje. To se projevuje ztuhnutím svalů a ve finále může vyústit v „poker face“. Onemocnění postihuje také jazyk.
První z metod pomáhá určit diagnózu z melodii řeči. V tomto případě jde o metodu, jež se na půdě ČVUT a 1. LF UK zrodila již před 15 lety a v praxi již našla uplatnění. Mimo jiné ji využívají farmaceutické společnosti v klinických studiích nových léčiv. Novinkou je využití této diagnostiky v mobilní aplikaci nazvané SmartSpeech. Projekt zaměřený na sledování pacientů prostřednictvím aplikace v jejich mobilních telefonech vědci spustili v roce 2021 a je zatím ve stadiu výzkumu.
Druhá metoda se používá při diagnostice Parkinsonovy nemoci z mimiky, tedy pohybů svalů obličeje. V tomto případě jde o novinku, kterou vědci zatím testují jen v laboratoři. Hodnocení mimiky sice už nyní patří do standardního neurologického vyšetření, dosud však mimiku nebylo možné v brzkých stádiích nemoci objektivně zkoumat kvůli nedostatku účinných diagnostických nástrojů.
Složení vědeckého týmu, jenž vyvinul metodu automatické videoanalýzy pohybů obličeje při běžné promluvě:
ČVUT
- doc. Ing. Jan Rusz, Ph.D.
- Ing. Michal Novotný, Ph.D.
- Ing. Tereza Tykalová, Ph.D.
1. LF UK a VFN
- doc. MUDr. Petr Dušek, Ph.D.
- Prof. MUDr. Evžen Růžička, DrSc., FCMA, FEAN
- Mgr. Hana Růžičková, Ph.D.
Podle vědců má každá z metod u nově diagnostikovaných pacientů, kteří dosud nebyli s Parkinsonem léčeni, zhruba osmdesátiprocentní úspěšnost. Vědci ale zatím obě metody nenakombinovali do jedné analýzy. Až se tak stane, předpokládají, že efektivita bude ještě vyšší. Napomoci tomu má i to, že analýzy hlasu a mimiky se budou u jednoho člověka časem opakovat (aktuálně věci provádí pouze jedna u každého testovaného) a záznam bude delší. V laboratorních podmínkách totiž dosud činil 90 vteřin. Delší záznam by mohlo přinést používání aplikace SmartSpeech v domácím prostředí pacienta.
Určení diagnózy předchází sběr dat
Aby mohly být řeč nebo mimika analyzované, musí se sejít odborník s pacientem v prostředí bez hluku. Při sběru dat pro analýzu sedí naproti sobě. Pacient má na sobě umístěný mikrofon a jeho projev snímá také kamera s vysokou kvalitou záznamu.
Sběr dat probíhá tak, že logoped či někdo jiný (nemusí jít o zdravotníka) pacienta instruuje k provádění různých řečových úloh. Mezi ně patří například rychlé opakování slabik, prodloužená fonace, čtení úryvku z knihy Karla Čapka, krátký monolog či spontánní řeč (například popis koníčků). Při těchto úlohách se zaznamenává pacientům hlas, způsob řeči i výraz obličeje. Ten odborníci analyzují zejména z části, kdy pacient hovoří spontánně.
Jak diagnostické metody fungují
Zvukový a kamerový záznam z vyšetření se následně dočkají analýzy. Nedělá ji ovšem člověk, ale počítač. Výhodou toho je, že výsledky, které mohou mít třeba podobu grafu, lze považovat za objektivní. Navíc metody jsou zdokonalovány tzv. strojovým učením. „Není to ovšem tak, že data dáme do stroje a z něj vypadne ‚máte Parkinsonovu nemoc‘, ale stroj nám přesně detekuje důležité příznaky nemoci,“ říká pro Vitalia.cz Jan Rusz z FEL ČVUT a Neurologická klinika 1. LF UK a VFN. Vyřčení toho, že pacient má Parkinsona, je tedy stále v rukou lékaře.
Princip analýz je takový, že vědci mají nashromážděny informace o tom, jak se chová řeč a mimika zdravých lidí. Aby dala získali, sestavili tzv. kontrolní skupinu ze zdravých jedinců. Jejich biometrické ukazatele následně strojově srovnávají s projevy lidí, kteří mají Parkinsonovu nemoc, byť to zatím ještě neví.
„Pokud intonuje zdravý člověk, má nějakou variabilitu hlasivkové frekvence, protože intonaci vytvářím rychlostí kmitání hlasivek. Pokud u někoho propukne Parkinsonova nemoc, tato variabilita se snižuje,“ vysvětluje Jan Rusz.
Akustická analýza řeči počítačem
Tato metoda sází na to, že tuhnutí svalů obličeje se promítá do výslovnosti. „Řeč je monotónní, hůře artikulovaná a v pozdních stádiích se může stát zcela nesrozumitelnou,“ uvádí Petr Dušek.
Nedostatků v řeči využívá akustická analýza. „U zvukového záznamu jde o digitální zpracování signálu. Na něj jsou aplikovány různé matematické modely, jež objektivně vyhodnocují různé aspekty poruchy řeči. Třeba zhoršenou artikulaci samohlásek, sníženou hlasitost řeči, její zhoršenou plynulost s prodlouženými pauzami a záseky nebo pro Parkinsonovu nemoc typickou monotónnost, tedy že pacient mluví na stejné frekvenci,“ podotýká Jan Rusz.
Automatická videoanalýza pohybů obličeje
Videoanalýza pohybů obličeje využívá 12 biometrických ukazatelů popisujících pohyby čela, kořene nosu, obočí, očí, tváří, úst a čelisti.
Vědci vyvinuli algoritmus, tedy opakovatelný návod k vyhodnocení videozáznamu, jenž popisuje změny tvaru obličeje. Konkrétně změří změny vzdálenosti mezi významnými obličejovými body a také ve vráskách. Je to možné díky tomu, že videoanalýza zachytí rozdíly změn textury (struktury) v předem definovaných oblastech obličeje.
„Nejčastějším projevem je snížená variabilita pohybů úst a čelisti související se ztrátou hybnosti spodní části obličeje. Dalším signálem je snížený výskyt vrásek na čele a u kořene nosu. Provází je pokles emoční mimiky během mluvení,“ popisuje výzkumník Michal Novotný.
Jenže pokles mimiky a vyhlazení vrásek může být přítomné také u člověka, který si dopomůže k mladistvému vzhledu estetickými zákroky. Odborníci proto připouštějí, že aplikace botulotoxinu nebo různých výplní znamená, že videoanalýza nebude vypovídající. „Analýzy nejsou aplikovatelné na každého,“ připouští Jan Rusz s tím, že podobné je to u pacientů s onemocněním hlasivek.
Galerie: Jak probíhá diagnostika Parkinsonovy choroby z řeči a mimiky
K čemu včasná diagnostika slouží
Cílem českými vědci vyvinutých metod je odhalení a sledování Parkinsonovy nemoci zejména u lidí, kterým dosud nebyla diagnostikována. Včasná diagnostika onemocnění totiž umožňuje nasadit dříve účinnou léčbu. Parkinsonova nemoc je sice nevyléčitelná, to ovšem neznamená, že medicína nehledá cestu, jak pacienta léčit a zbrzdit poškozování a odumírání neuronů. Budoucím cílem pak je, aby průběh Parkinsona dokázali lékaři zvrátit ještě dříve, než onemocnění propukne, a tím předešli poškození neuronů.
Metody navíc pomohou velmi rychle ověřit, jak nasazená léčba funguje a zda mu vůbec pomáhá. To pomůže jak lékaři, tak třeba farmaceutickým společnostem při vývoji nových léčiv. Analýzy pomáhají také vytipovat pacienty vhodné pro klinické studie nových léků. V současné době sice neexistuje žádná léčba, která by neurony před jejich poškozením zachránila, ve vývoji jsou ale nové, nadějné léky a farmaceutické firmy i lékaři potřebují při jejich testování zhodnotit, zda jsou účinné, či nikoliv.
Přečtěte si také:
Nezabírá vám léčba nebo lék neexistuje? Můžete se zkusit dostat do klinické studie
„Metody jsou důležité kvůli dvěma faktorům, které v současné době brzdí vývoj léčby Parkinsonovy nemoci. Jednak jde o včasnou diagnózu, protože ve chvíli, kdy se k nám pacienti dostávají, tak u nich nemoc je přítomná třeba již 20 let, ale trendem je nasadit léčbu ještě před tím, než pacienta onemocnění přivede do ambulance,“ uvádí lékař Petr Dušek. „Druhým faktorem je, že pokud je vyvíjena nová účinná látka, tak průběh té nemoci je tak pomalý, že případné zlepšení zdravotního stavu pacienta nebylo možné objektivně změřit,“ doplňuje.
Sledovat změny hlasu lze i na dálku
Metodu postavenou na práci s intonací lze dostat ve formě aplikace s názvem SmartSpeech do mobilního telefonu, což umožňuje dlouhodobé sledování a vyhodnocování zdravotního stavu na dálku. „Pokud aplikace zaznamená změny hlasu, uživatele na ně upozorní a on se může objednat na komplexní neurologické vyšetření,“ podotýká Jan Rusz.
Benefity používání aplikace SmartSpeech vědci testují od loňského roku ve výzkumném projektu. Do něj se zapojilo 75 vytipovaných dobrovolníků, kteří mají dva roky k dispozici mobil se speciální aplikací a z něj vyřizují své běžné telefonní hovory. „Aplikace zaznamená všechny hovory, následně ale vyzve uživatele, aby si vybral, zda hovor má vymazat, nebo jej poslat k další analýze. Pokud je pošle k analýze, má ještě 24 hodin na dodatečné smazání hovoru,“ vysvětluje odborník, jak funguje ochrana před vyzrazením intimních informací.
Projekt, který pracuje s modulací hlasu, nikoliv mimikou, umožní vědcům získat delší typy záznamů než v laboratoři, což může vést k přesnějšímu vyhodnocování toho, zda došlo k významnému zhoršení řeči, například zda účastníci méně intonují a jejich artikulace se stává nepřesnější. To by mohlo poukázat na rozvoj Parkinsonovy nemoci. „Pokud se potvrdí naše hypotéza, bude projekt SmartSpeech znamenat průlom v možnostech časné diagnózy a zlepšení náboru vhodných pacientů pro klinické studie zabývající se vývojem neuroprotektivní (tj. ochraňující neurony, pozn. red.) léčby,“ dodává docent Rusz.
Výzkumníci počítají s tím, že verbální projev každého z nás je do jisté míry individuální. „Proto aplikace pracuje se změnami v čase. Pokud se projev u toho, kdo ji používá, za rok výrazně změní, je to známka toho, že se v mozku děje něco, co je zřejmě patologické,“ vysvětluje Petr Dušek s tím, že jen samotné upozornění z aplikace pro diagnózu nebude stačit. Lékař se bude vždy opírat o více projevů nemoci. Pokud se k poruše hlasu přidá i porucha mimiky či čichu, pravděpodobnost toho, že má pacient Parkinsona, se zvyšuje.
Aplikace je uživatelsky přívětivá, takže by v budoucnu mohla být dostupná širší veřejnosti. Zároveň by zůstala i nástrojem v rukou lékařů, kterým by pomohla na dálku sledovat pacienty se zvýšeným rizikem propuknutí nemoci (třeba z důvodu věku). Nebo ty, kteří již Parkinsonovo onemocnění mají, a proto je třeba dlouhodobě sledovat vývoj jejich zdravotního stavu.
Práci českých vědců z ČVUT a 1. LF UK v září 2022 publikoval prestižní vědecký časopis Digital Medicine ze skupiny časopisů vydavatelství Nature.
Pro vědce jde o potvrzení, že se vydali správným směrem, jenž má navíc další budoucí potenciál. „Kromě aplikace v různých jazycích se naše akustické metody dají využít i u dalších neurodegenerativních onemocnění, jako je například roztroušená skleróza, cerebelární ataxie nebo Huntingtonova nemoc,“ podotýká Jan Rusz.
ČLÁNKY DO MAILU