Nezastavitelný třes, ztráta jemné motoriky nebo silná svalová ztuhlost jsou příznaky, se kterými přicházejí pacienti do ambulancí neurologů s podezřením na Parkinsonovu chorobu. Jenže neurodegenerativní onemocnění, jehož původ není vědcům znám, v těle propuká podstatně dříve, než se tyto v populaci poměrně známé příznaky objeví. Odborníci z Fakulty elektrotechnické ČVUT ve spolupráci s neurology z 1. lékařské fakulty UK vyvinuli metodu analýzy pohybů obličeje a řeči, díky které dokážou chorobu odhalit v její počáteční fázi.

Parkinsonovu nemoc jako první popsal James Parkinson v roce 1817. Uplynulo více než 200 let, ale diagnostika onemocnění, kvůli kterému postupně zanikají populace nervových buněk, se takřka nezměnila. Vědci vědí, že se šíří z čichového nervu a z bloudivého nervu ve střevě, proto se v počátečních fázích může projevovat poruchami čichu nebo zácpou. V průběhu let pak postupuje do mozkového kmene a teprve tehdy začíná způsobovat příznaky významně ovlivňující motoriku.

Mezi nejranější projevy patří ale také snížení mimiky, tedy ztráta spontánních pohybů obličeje, a poruchy řeči. A právě na tyto příznaky se zaměřil vědecký tým ve složení doc. Jan Rusz, dr. Michal Novotný, dr. Tereza Tykalová z katedry teorie obvodů FEL ČVUT a doc. Petr Dušek, prof. Evžen Růžička a dr. Hana Růžičková z Neurologické kliniky 1. LF UK. Společně vyvinuli metodu automatické videoanalýzy pohybů obličeje, která dokáže z běžné promluvy zachytit chorobu u nově diagnostikovaných pacientů, tedy v brzkém stádiu onemocnění.

Foto: Petr Neugebauer

Nová metoda odhalí Parkinsonovu chorobu z mimiky obličeje

„Naše skupina se zaměřuje na takzvané digitální biomarkery. Snažíme se objektivizovat motorické syndromy Parkinsonovy nemoci, jako je například porucha řeči nebo ztráta výrazu obličeje, tedy zhoršená mimika způsobená sníženou hybností svalů. Věříme, že objektivizací těchto příznaků dokážeme nemoc zachytit dříve,“ vysvětluje Jan Rusz.

Hodnocení mimiky totiž patří do standardního neurologického vyšetření, doposud však nebylo možné ztrátu expresivity obličeje v brzkých stádiích Parkinsonovy choroby objektivně zkoumat kvůli nedostatku účinných diagnostických nástrojů. V praxi vyšetření probíhá tak, že pacient přijde k neurologovi, který má k dispozici škálu, na základě níž může pacientovu promluvu hodnotit pouze subjektivně. Jde tak o velmi nepřesnou metodu a věda dlouho směřuje k hledání biomarkerů nezávislých na hodnotiteli.

Nová metoda využívá dvanáct biometrických ukazatelů, tedy markerů, popisujících pohyby čela, kořene nosu, obočí, očí, tváří, úst a čelisti. V projevu řeči se pak zaměřuje na hlasitost, intonaci, přesnost artikulace nebo pauzy v promluvě. Tím, že se vědcům podařilo vyvinout nástroj, který spojuje markery mimiky a řeči, vzniká komplexní přehled o příznacích. Díky tomu má diagnostika úspěšnost 80 procent. Analýza přitom probíhá na nově diagnostikovaných pacientech, u nichž ještě nebyla nasazena léčba, která by mohla příznaky zmírnit.

„Pro lékaře je metoda důležitá kvůli dvěma faktorům, které souvisí s vývojem léků pro Parkinsonovu nemoc. Prvním je včasná diagnóza. Pacienti, kteří za námi přijdou s problémem motoriky, mají chorobu klidně i 20 let. Ve chvíli, kdy je tak začínáme léčit, je patologie v mozku natolik vysoká, že můžeme zachránit jen zbytky jeho funkcí. Proto je nesmírně důležité posunout diagnózu do časných stádií,“ vysvětluje doc. Petr Dušek.

A pokračuje: „Druhý faktor se týká měření účinnosti látek s potenciálně neuroprotektivními účinky. Studie všech preparátů, které dosud proběhly, selhaly. A my se domníváme, že je to proto, že byly nasazeny pozdě. Neuroprotektivní léčbu je potřeba nasadit ještě před tím, než se u pacienta objeví příznaky, které ho přivedou do ambulance neurologa.“

V současnosti je nová metoda stále v laboratorních podmínkách. Pacient si sedne před HD kameru, na hlavu si nasadí mikrofon a dostává instrukce, co má říkat. Cílem výzkumu je získat 90 sekund promluvy, která zahrnuje jak rychlé opakování slabik, testující schopnost artikulace, tak standardizované čtení textu – například úryvku z knihy od Karla Čapka –, jakož i spontánní monolog, z něhož se dá posléze dobře analyzovat i mimický projev.

Foto: Petr Neugebauer

Doc. Petr Dušek z Neurologické kliniky 1. LF UK

Samotnou analýzu pak provádí speciálně vyvinuté algoritmy, které dokáží rozklíčovat jednotlivé příznaky a následně je vyhodnotit. Model přitom promluvu pacientů srovnává s kontrolní skupinou poskládanou ze zdravých jedinců. Vědci ale počítají s tím, že do budoucna by se dala metoda implementovat do smartphonů, což by jim umožnilo získat mnohem delší záznamy, jejichž vývoj navíc mohou sledovat v delším časovém horizontu.

Součástí výzkumu je tak i projekt SmartSpeech, který vědci spustili v loňském roce. „Pomocí aplikace dokážeme monitorovat hovory – po každém hovoru se totiž uživatele zeptá, jestli nám může záznam hovoru poslat k další analýze. Na bázi těchto hovorů chceme monitorovat naše subjekty dva roky a sledovat, jestli z běžné řeči zaznamenáme trend jejího zhoršení,“ doplňuje Rusz.

Aplikaci do mobilu testují tři soubory: zdravá kontrolní skupina, skupina s brzce diagnostikovanou Parkinsonovou nemocí a také speciální skupina s poruchou chování v REM spánku – u těchto pacientů je totiž vysoké riziko rozvoje Parkinsonovy nemoci, vyvine se až u 80 procent z nich. „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 léčby,“ dodává Rusz.

Tým z FEL ČVUT již dříve spolupracoval s Michael J. Fox Foundation a dalšími evropskými a americkými špičkovými klinickými centry a soustředí se na rozšíření testování na větší vzorky pacientů v dalších indoevropských jazycích. „Kromě aplikace v různých jazycích se naše akustické metody dají využít i u dalších neurodegenerativních onemocnění, jako je například roztroušená skleróza nebo Huntingtonova nemoc,“ uzavírá Rusz.

Foto: Petr Neugebauer

Pro diagnostiku je potřeba záznam dlouhý 90 vteřin